“追風者”
——記風電專家、西安理工大學教授穆安樂

鄭 心 張雅慧

“天地一沙鷗，悠悠萬里憑乘風。”自古以來，風就意味著自由和力量，它能將沙鷗送上長空，也能驅動帆船遠航。而今，在風能專家、西安理工大學博士生導師穆安樂的眼中，風不僅是一種自然現象，更是一股清潔而充滿無限可能的綠色能量來源。

風，一直是自然之力中最讓人難以駕馭的一種。它可以輕柔地拂面，也可以狂暴地摧枯拉朽。面對風的多變，古人多抱有敬畏和忌諱之心，而穆安樂選擇了破除這層迷障，面對狂風，親身體會風的本質。幾十年來，他視風為友，圍繞風力發電機的結構設計、動力學分析和控制開展研究，畢生追求將風力轉化為造福人類的清潔動能。

“我的興趣是跟隨國家戰略需求而變化的。科技創新要面向國計民生，解決實際問題。”這是穆安樂一直以來秉持的科學信念，正是這樣的信念讓“風”有了能量，有了希望。

起點：一份熱愛

1984年，穆安樂考入西安電子科技大學機電工程學院。那時的他幾乎所有的時間都是在圖書館和實驗室度過的。“我當時對機械振動特別感興趣，我的本科生導師劉慶云、仇原鷹教授就讓我參與了一個機載繪圖儀結構的隨機振動試驗項目。我負責隨機振動信號的測量和動態數據預處理與建模分析。”這次實踐讓他走進振動力學的研究領域，并深深喜歡上了機械動力學與振動控制方面的研究。大學畢業后，穆安樂進入原航天部第四研究院從事電子設備的結構動態設計工作。在對航天工程技術有了更立體和全面的認識后，他意識到僅僅依靠大學期間簡單的知識是遠遠不夠的，要想在航空航天領域取得更高的成就，就必須系統地學習機械動力學、現代控制理論、系統優化理論等前沿專業知識，于是他報考了西安交通大學機械工程學院的碩士研究生，師從國內著名的機械動力學專家曹龍華教授。1993年，穆安樂獲取碩士學位后，選擇留校任教，開始了漫長的學術研究生涯。

穆安樂在2003年讀博期間獲得日本政府獎學金資助，前往日本北九州的工業大學進行留學交流和學習。在日本期間，他除了在大學實驗室進行學術研究外，還參觀了許多日本知名大公司，如日產、日本鋼鐵、安川電機、三菱化工和三菱重工等，與他們進行了深入的交流。這段經歷讓穆安樂深刻感受到當時中國科技水平與日本之間的差距。特別是在參觀三菱重工時，當看到他們在長崎的公司總部可以通過遠程遙控控制數百公里外的海岸風電場，這讓穆安樂對風電技術的神奇有了更為深刻的感受，同時也意識到了我國在這方面的差距，因此下定決心開展風力機動力學與控制的研究。那時，國內因為受到環境污染和能源短缺的雙重壓力，對風能技術十分渴望，但卻受限于國內的技術水平，風力發電技術十分落后，要想攻克這樣的風電技術難題必須下苦功。穆安樂深知科研并沒有捷徑可走，只能腳踏實地。經過大量的調研和深入研究，最終他提出了一個全新的機電混合驅動變速恒頻與最大功率點追蹤的控制方法，發表了多篇有國際影響力的論文，申請了多項發明專利。這些成果引起了國內著名風電企業的興趣和重視，后續到實驗室與穆安樂團隊進一步開展交流和探討合作。

穆安樂在辦公室

2010年，穆安樂獲得美國懷俄明大學電子與計算機工程系主任、美國風電控制界先驅——馬克·J.巴拉斯（Mark J.Balas）教授的青睞和資助，在這所大學開始了風力機流動控制方面的博士后研究。學成回國后他成為西安理工大學的教授和博士生導師，繼續帶領學生開展與風電有關的動力學與控制研究。

突破：對風的執著

幾十年來，穆安樂一直將目光聚焦在可再生能源領域，研究工作主要是集中在海上漂浮式風電發電系統的結構設計、動力學分析和控制研究方面。與外界所想的不同，這項研究本身就具有極大的難度和跨度。

海上漂浮式風力發電機是一個復雜的跨學科系統，需要綜合運用機械、航空航天、自動控制、電氣、材料等多個領域的知識。只有不同領域的專業知識互相補充，才能形成更加系統和優化的設計方案。多學科專業知識的融合既推動了穆安樂所在團隊技術和理論上的創新，也幫助他們提升了綜合能力，開闊了視野。例如，在進行風力機低風速啟動控制的研究時，穆安樂和團隊嘗試了各種風力機槳葉的氣動設計，但傳統槳葉的風能轉換效率仍然很難有實質性的提高。尷尬的局面迫使他們另辟蹊徑，創造性地提出了采用基于“馬格努斯效應”的混合驅動方案，顯著提高了低風速下的啟動性能。這項成果在優化迭代后，成了團隊攻關的標志性成果，獲得了包括國家自然科學基金在內的多項基金支持，發表了多篇有國際影響力的論文，并申請了多項發明專利。

在研究風力機高風速控制時，建模成為擺在穆安樂面前的棘手難題。最初，團隊因使用過于簡化的數學模型而無法準確描述機翼的氣動彈性特征。為攻克難關，他們邀請航空學院的專家進行指導，更換使用一種更嚴謹的、考慮動態失速模型的氣固耦合模型。新的模型考慮了風力機槳葉的彎曲和扭轉變形，大大提高了計算精度。團隊最終設計出有效的主動流動控制策略，確保在強風環境下風機的動力學穩定性。

多學科的交叉融合帶來了新的碰撞和成果。近年來，穆安樂團隊開始了海上風電的研究項目。與陸上風電場相比，海上風電場的優點主要是不占用土地資源，基本不受地形地貌影響，風速更高，風能資源更豐富，但海上風電面臨更多未知的技術問題。在項目實施初期，團隊在設計中考慮了風力機系統結構動力學的穩定性，卻忽略了不同海上波浪等對浮體之間的相對運動對錨鏈的影響。當時，團隊中有力學背景的學生認為設計沒有考慮到浮體運動間的耦合效應，而控制專業的學生則堅持認為實時控制系統需要增加自適應調節機制。面對分歧，經過激烈的討論，作為導師的穆安樂確定采用主動擴展調諧質量阻尼器（ETAMD）魯棒自適應控制的深吃水立柱式平臺（SPAR）結構,開發出了一個結構穩定、控制魯棒的三浮體串聯式海上風電平臺。這個設計充分考慮了浮體運動學特性，實現了平臺的自適應控制。這一成果為我國海上風力發電提供了新的設計方案。

在技術推廣與產業化方面，穆安樂提出了風電與電機混合驅動實現油井智能抽油的設想，在關鍵技術方面還研發出了智能化混合驅動控制系統，協調風電機組與電機的輸出，保證抽油桿的穩定運動，優化了抽油效率。目前，這項技術已經在陜西省長慶油田進行產業化應用，與傳統抽油方式相比，提高了約15%的抽油效率。

未來：新的承諾

“研發自主的風電裝備，實現技術自主，這是我們這一代科研工作者應盡的歷史責任。”謹記使命任務，多年來，穆安樂主持并參與了包括國家重大專項基金和國家自然科學基金在內的16項科研課題，在風力發電機領域進行了系統而原創的研究工作，在風電技術上取得了一系列創新成果。在葉片優化設計方面，他首次采用精細的三維數值計算方法，考慮到葉片的復雜空氣動力效應，實現了葉片的輕量化設計和風能的高效利用；在風電機組控制方面，穆安樂和團隊還開發出了一種基于自適應流體力學的葉片主動控制系統。這個系統可以根據環境風速變化，實時調整葉片形狀，最大限度捕捉風能，顯著地提升發電量。這項技術也填補了國內相關方面的空白。除了在風力發電機研究方面取得豐碩成果外，穆安樂在推動機械工程學科的發展、大規模儲能技術研究方面和物聯網技術在民生及醫療領域應用方面都作出了卓越探索與貢獻。

作為教師，穆安樂始終肩負傳播知識和啟迪思想的社會責任，努力培養優秀的人才；而作為科研人員，他秉持著科技創新要面向國計民生，解決實際問題的宗旨去完成每個項目。

關于未來，穆安樂也有明確的規劃。他和團隊正在進行風電機組氣動力學建模、海上漂浮式風力機動力學與控制、面向風電的大規模液流電池儲能及醫用機器人控制優化等研究項目。“在未來的3～5年，我打算繼續圍繞風電設備、大規模儲能及醫用機器人領域開展前沿技術研究，發表高水平論文；爭取承擔更多國家級科研項目，以保證我們的研究在相關領域處于國際領先水平。同時，我們團隊還會繼續推動科研成果的轉化應用，加強產學研合作，促進技術成果面向產業轉化；也會積極申報和建設省部級重點學科，努力將團隊建設成為相關領域高水平科研團隊，為國家培養更多優秀的工程技術人才。”天不言而四時行，地不語而百物生。時間是最好的證明，這是穆安樂對未來的期待，更是一份真心的承諾。