——记风电专家、西安理工大学教授穆安乐

郑 心　张雅慧

“天地一沙鸥，悠悠万里凭乘风。”自古以来，风就意味着自由和力量，它能将沙鸥送上长空，也能驱动帆船远航。而今，在风能专家、西安理工大学博士生导师穆安乐的眼中，风不仅是一种自然现象，更是一股清洁而充满无限可能的绿色能量来源。

风，一直是自然之力中最让人难以驾驭的一种。它可以轻柔地拂面，也可以狂暴地摧枯拉朽。面对风的多变，古人多抱有敬畏和忌讳之心，而穆安乐选择了破除这层迷障，面对狂风，亲身体会风的本质。几十年来，他视风为友，围绕风力发电机的结构设计、动力学分析和控制开展研究，毕生追求将风力转化为造福人类的清洁动能。

“我的兴趣是跟随国家战略需求而变化的。科技创新要面向国计民生，解决实际问题。”这是穆安乐一直以来秉持的科学信念，正是这样的信念让“风”有了能量，有了希望。

起点：一份热爱

1984年，穆安乐考入西安电子科技大学机电工程学院。那时的他几乎所有的时间都是在图书馆和实验室度过的。“我当时对机械振动特别感兴趣，我的本科生导师刘庆云、仇原鹰教授就让我参与了一个机载绘图仪结构的随机振动试验项目。我负责随机振动信号的测量和动态数据预处理与建模分析。”这次实践让他走进振动力学的研究领域，并深深喜欢上了机械动力学与振动控制方面的研究。大学毕业后，穆安乐进入原航天部第四研究院从事电子设备的结构动态设计工作。在对航天工程技术有了更立体和全面的认识后，他意识到仅仅依靠大学期间简单的知识是远远不够的，要想在航空航天领域取得更高的成就，就必须系统地学习机械动力学、现代控制理论、系统优化理论等前沿专业知识，于是他报考了西安交通大学机械工程学院的硕士研究生，师从国内著名的机械动力学专家曹龙华教授。1993年，穆安乐获取硕士学位后，选择留校任教，开始了漫长的学术研究生涯。

穆安乐在2003年读博期间获得日本政府奖学金资助，前往日本北九州的工业大学进行留学交流和学习。在日本期间，他除了在大学实验室进行学术研究外，还参观了许多日本知名大公司，如日产、日本钢铁、安川电机、三菱化工和三菱重工等，与他们进行了深入的交流。这段经历让穆安乐深刻感受到当时中国科技水平与日本之间的差距。特别是在参观三菱重工时，当看到他们在长崎的公司总部可以通过远程遥控控制数百公里外的海岸风电场，这让穆安乐对风电技术的神奇有了更为深刻的感受，同时也意识到了我国在这方面的差距，因此下定决心开展风力机动力学与控制的研究。那时，国内因为受到环境污染和能源短缺的双重压力，对风能技术十分渴望，但却受限于国内的技术水平，风力发电技术十分落后，要想攻克这样的风电技术难题必须下苦功。穆安乐深知科研并没有捷径可走，只能脚踏实地。经过大量的调研和深入研究，最终他提出了一个全新的机电混合驱动变速恒频与最大功率点追踪的控制方法，发表了多篇有国际影响力的论文，申请了多项发明专利。这些成果引起了国内著名风电企业的兴趣和重视，后续到实验室与穆安乐团队进一步开展交流和探讨合作。

2010年，穆安乐获得美国怀俄明大学电子与计算机工程系主任、美国风电控制界先驱——马克·J.巴拉斯（Mark J. Balas）教授的青睐和资助，在这所大学开始了风力机流动控制方面的博士后研究。学成回国后他成为西安理工大学的教授和博士生导师，继续带领学生开展与风电有关的动力学与控制研究。

突破：对风的执着

几十年来，穆安乐一直将目光聚焦在可再生能源领域，研究工作主要是集中在海上漂浮式风电发电系统的结构设计、动力学分析和控制研究方面。与外界所想的不同，这项研究本身就具有极大的难度和跨度。

海上漂浮式风力发电机是一个复杂的跨学科系统，需要综合运用机械、航空航天、自动控制、电气、材料等多个领域的知识。只有不同领域的专业知识互相补充，才能形成更加系统和优化的设计方案。多学科专业知识的融合既推动了穆安乐所在团队技术和理论上的创新，也帮助他们提升了综合能力，开阔了视野。例如，在进行风力机低风速启动控制的研究时，穆安乐和团队尝试了各种风力机桨叶的气动设计，但传统桨叶的风能转换效率仍然很难有实质性的提高。尴尬的局面迫使他们另辟蹊径，创造性地提出了采用基于“马格努斯效应”的混合驱动方案，显著提高了低风速下的启动性能。这项成果在优化迭代后，成了团队攻关的标志性成果，获得了包括国家自然科学基金在内的多项基金支持，发表了多篇有国际影响力的论文，并申请了多项发明专利。

在研究风力机高风速控制时，建模成为摆在穆安乐面前的棘手难题。最初，团队因使用过于简化的数学模型而无法准确描述机翼的气动弹性特征。为攻克难关，他们邀请航空学院的专家进行指导，更换使用一种更严谨的、考虑动态失速模型的气固耦合模型。新的模型考虑了风力机桨叶的弯曲和扭转变形，大大提高了计算精度。团队最终设计出有效的主动流动控制策略，确保在强风环境下风机的动力学稳定性。

多学科的交叉融合带来了新的碰撞和成果。近年来，穆安乐团队开始了海上风电的研究项目。与陆上风电场相比，海上风电场的优点主要是不占用土地资源，基本不受地形地貌影响，风速更高，风能资源更丰富，但海上风电面临更多未知的技术问题。在项目实施初期，团队在设计中考虑了风力机系统结构动力学的稳定性，却忽略了不同海上波浪等对浮体之间的相对运动对锚链的影响。当时，团队中有力学背景的学生认为设计没有考虑到浮体运动间的耦合效应，而控制专业的学生则坚持认为实时控制系统需要增加自适应调节机制。面对分歧，经过激烈的讨论，作为导师的穆安乐确定采用主动扩展调谐质量阻尼器（ETAMD）鲁棒自适应控制的深吃水立柱式平台（SPAR）结构,开发出了一个结构稳定、控制鲁棒的三浮体串联式海上风电平台。这个设计充分考虑了浮体运动学特性，实现了平台的自适应控制。这一成果为我国海上风力发电提供了新的设计方案。

在技术推广与产业化方面，穆安乐提出了风电与电机混合驱动实现油井智能抽油的设想，在关键技术方面还研发出了智能化混合驱动控制系统，协调风电机组与电机的输出，保证抽油杆的稳定运动，优化了抽油效率。目前，这项技术已经在陕西省长庆油田进行产业化应用，与传统抽油方式相比，提高了约15%的抽油效率。

未来：新的承诺

“研发自主的风电装备，实现技术自主，这是我们这一代科研工作者应尽的历史责任。”谨记使命任务，多年来，穆安乐主持并参与了包括国家重大专项基金和国家自然科学基金在内的16项科研课题，在风力发电机领域进行了系统而原创的研究工作，在风电技术上取得了一系列创新成果。在叶片优化设计方面，他首次采用精细的三维数值计算方法，考虑到叶片的复杂空气动力效应，实现了叶片的轻量化设计和风能的高效利用；在风电机组控制方面，穆安乐和团队还开发出了一种基于自适应流体力学的叶片主动控制系统。这个系统可以根据环境风速变化，实时调整叶片形状，最大限度捕捉风能，显著地提升发电量。这项技术也填补了国内相关方面的空白。除了在风力发电机研究方面取得丰硕成果外，穆安乐在推动机械工程学科的发展、大规模储能技术研究方面和物联网技术在民生及医疗领域应用方面都作出了卓越探索与贡献。

作为教师，穆安乐始终肩负传播知识和启迪思想的社会责任，努力培养优秀的人才；而作为科研人员，他秉持着科技创新要面向国计民生，解决实际问题的宗旨去完成每个项目。

关于未来，穆安乐也有明确的规划。他和团队正在进行风电机组气动力学建模、海上漂浮式风力机动力学与控制、面向风电的大规模液流电池储能及医用机器人控制优化等研究项目。“在未来的3～5年，我打算继续围绕风电设备、大规模储能及医用机器人领域开展前沿技术研究，发表高水平论文；争取承担更多国家级科研项目，以保证我们的研究在相关领域处于国际领先水平。同时，我们团队还会继续推动科研成果的转化应用，加强产学研合作，促进技术成果面向产业转化；也会积极申报和建设省部级重点学科，努力将团队建设成为相关领域高水平科研团队，为国家培养更多优秀的工程技术人才。”天不言而四时行，地不语而百物生。时间是最好的证明，这是穆安乐对未来的期待，更是一份真心的承诺。