2月6日，被譽為“工程界諾貝爾獎”的2024年伊麗莎白女王工程獎（2024 QEPrize for Engineering）揭曉，兩位獲獎者?丹麥的HenrikStiesdal 和英國的AndrewGarrad，均為風電行業的領軍人物。其中，Henrik Stiesdal 作為“現代風電產業之父”，開發了全球首款商業化三葉片風電機組，以首席技術官的身份領導了西門子歌美颯風電業務的崛起，最早提出并設計了海上風電機組。如今，他繼續推動漂浮式海上風電基礎、制氫等技術創新，為風電行業帶來新思路。

2024年伊麗莎白女王工程獎授予兩位風電工程先驅

與氣候變化作斗爭

當人們談及風電發展歷史時，一定會提到的國家是丹麥。實際上，當代的風電工業誕生于構成丹麥國土面積大部分的一個多風地區?日德蘭半島（Jutland）。這里正是Stiesdal的家鄉。

50年前，當Stiesdal還是十幾歲少年的時候，始于1973 年的石油禁運切斷了對西方大部分地區的能源供應，能源成本急劇上升，再加上人們想找到核能的替代品，以此為開端，丹麥當地的發明家和機械師開始探尋新路徑，寄希望于利用這片平坦地帶的風能資源來化解能源危機。

當時，無數懷揣夢想與熱情的年輕人將他們打造出來的新奇設備安裝到海岸線、平原和山脊上，這其中就包括Stiesdal，而他也成為了眾多創新者中最有影響力的一位。

Stiesdal對化石燃料的厭惡可以追溯到他19 歲時前往英國的一次自行車之旅。當時，他發現自己騎了好幾個小時，才逃出了由一座發電廠噴出的煙霧所籠罩的地帶。“我非常堅定地認為這是不對的。”他向記者回憶道。

然而， 正是因為這次旅行，Stiesdal 受到英國發電廠冷卻塔冒出的蒸汽羽流的啟發，后來用木材、鋼鐵和織物打造出兩個小型風電原型機。

“1976 年年底，我才真正開始對利用風能資源產生興趣。”他解釋道，“設計風電設備具有挑戰性，但又不至于難到讓人望而卻步。有了數學和物理方面的高中知識，對于風電涉及的空氣動力學、電氣工程和強度計算等問題，我都可以熟練地進行計算。與此同時，風電還有一點非常吸引我，那就是它所涉及的東西是在當時經過努力就能建造出來，真正用于日常生活的。”

Stiesdal 的首次嘗試，是用一塊厚厚的疊層木材切割出一個雙葉片部件，葉片寬度約10厘米。他還安裝了一段約半米長的水管作為旋轉軸。

在講述這段經歷時，Stiesdal 提到了一本讓他備受鼓舞的書，它是由克勞斯·尼布洛（Claus Nybroe）和卡爾·赫弗思（Carl Herforth）撰寫的《太陽與風》（Sol og Vind）。在這本書中，Stiesdal 讀到了普林斯頓大學的實驗。實驗中，一個布袋被拉伸在一個簡單的框架結構上，這樣它就像機翼一樣具有良好的空氣動力學特性。Stiesdal進行了相同的嘗試，并認為書中的技術內容和樂觀主義讓他受益匪淺。

發明創造的過程并不總是愉快且安全的。就像許多其他事故一樣，事后人們可以輕松地說出“這注定要出錯”之類的話，但面對未知，如果沒有人冒險去嘗試，那么就很難實現“從0到1”的突破。Stiesdal冒險嘗試的，則是讓風電原型機按逆時針方向旋轉。

通常情況下，旋轉方向沒有實際意義，早期的風車就是逆時針方向旋轉的。然而，這次不同，這臺自行建造的風電原型機使用的是普通配件組裝，就像所有其他正常配件一樣，這里面包括右旋螺紋。

正是逆時針旋轉和右旋螺紋的結合引發了事故。根據定義，如果發電機的扭矩超過了擰緊扭矩，輪轂就會從發電機的軸上被擰下來。“當時，我想研究發電機在強風中的效率，所以才會這么做。意識到要出事，我馬上撲倒在車后面，緊接著就看到整個葉片在空中回旋，‘砰’的一聲砸到了車上。”回憶起此事，Stiesdal至今仍心有余悸。

有了這次實踐的基礎，Stiesdal意識到，雙葉片存在動態穩定性問題，因此，“真正的”風電機組應該有三支葉片。1977年的春天，他開始建造這種風電機組，但也遇到了新的問題。依靠此前的兼職工作，Stiesdal攢下了一些錢，但想用這些錢購買全新的組件，來建造一臺具有一定單機容量的風電機組，是遠遠不夠的。

就像許多其他發明者一樣，Stiesdal 采用的解決方案是回收零件。他在當地的廢品站里翻遍各個角落，找到了大部分部件。值得一提的是，廢品站的商品價格是固定的，即每千克1丹麥克朗，因此，總價可以通過簡單的稱重來確定，也就意味著Stiesdal能準確地控制這臺自造風電機組的成本。

正準備大干一場的時候，Stiesdal自1977年5月到1978年2月服了兵役，但他心中的夢想不曾改變。就在退役回來的那一周，Stiesdal滿懷熱情地參加了由可再生能源組織舉辦的“風能會議”（Wind Meet），并做了主題演講。會上，專家們很快達成了一項協議，即應該提前制定風電機組的安全指導方針。為此，Stiesdal和另外五名先驅者成立了一個安全委員會。1979年年初，該委員會發布了一本關于風電機組安全規則的小冊子，其中的規則成為后來丹麥核準風電項目的依據，其基本原則也被眾多國際標準采用。

Henrik Stiesdal在工作間進行實驗

在對的時間遇到對的人

雖然“風能會議”及其成果對推動風電行業發展具有很重要的意義，但擺在Stiesdal面前的現實難題卻是如何將自己那臺“真正的”風電機組造出來。幸運的是，很快他遇到了一個人，并成為Stiesdal未來幾年在風電機組研發方面的“左膀右臂”。

“當時，我需要在主軸上做些加工， 但我沒有工具， 就去了附近一家機械加工廠，剛進門就看到有個人正在擺弄一個多葉片風電機組的部件。”Stiesdal提到的這個人名叫卡爾·埃里克·約根森（KarlErik J?rgensen，于1982年去世），他出生和成長在一個貧困的農村，年紀輕輕便外出謀生。后來，約根森患過一場嚴重的癌癥，給他留下了多處殘疾和全額殘疾撫恤金，但這并沒有影響他對機械的熱愛。約根森的這家機械加工廠就是最好的證明，他對房屋進行了改造，從廚房和浴室就能直通工作車間，便于更快地投入工作。

“我們從一開始就一拍即合，他是非常優秀的工匠，想要建造真正的風電機組，但他缺少理論方面的支持，而我則需要實踐方面的幫助。”Stiesdal說道。

時間來到1978 年的春天，丹麥技術研究所（DanishTechnological Institute） 成立了一個特別的部門，即發明者辦公室（Inventors’ Office），旨在向發明者提供咨詢服務，并幫助獲得某些形式的政府贈款。

聽聞此事，Stiesdal 畫了一張簡單的三葉片風電機組的草圖，并寫了一份簡短的項目描述，迫不及待地前往發明者辦公室。“結果是，我們拿到了一張5萬丹麥克朗的支票，用于支持我們的合作項目。顯然，這筆贈款是從經濟上實現建造風電機組的先決條件，但也是一種非常鼓舞人心的激勵?有人相信風電將有所作為。”Stiesdal自豪地表示。

有了資金支持，兩人開始著手工作，Stiesdal 負責計算、組件采購和編寫應用程序，約根森負責實際工作。

包括塔架在內的所有設備，都是由約根森親手打造。葉片則是通過他們在安全委員會認識的埃里克·格羅夫-尼爾森（ErikGrove-Nielsen） 那里得到的。

1979 年，兩人開始開發風電機組的量產版本。“我們一致認為，是時候找企業進行規模生產了。當時正好聽說有一家制造商在測試風電機組。經過簡短的談判，我們于1979年秋天達成了協議。”Stiesdal提到的這家公司，當時是一家起重機制造商，現在叫作維斯塔斯風力系統公司（VestasWind Systems），“這是維斯塔斯風電業務的開始，實際上也是我自己開拓時期的結束”。

Stiesdal 與約根森設計的產品結合了許多后來被稱為“丹麥概念”的想法。例如，采用三支葉片，以及可以防止旋轉失控的“空氣剎車”（airbrakes）。而為捕獲最多的風能資源，他們設計了讓機艙隨著風向轉動的功能，并對變槳技術和直驅系統發展作出重要貢獻。這些想法在當時是很新穎的，正是這些創新，為后來的全球風電產業奠定了基礎。

Henrik Stiesdal于1978年制造的15kW風電機組原型發電機，展示于丹麥風電歷史收藏博物館

助力綠色能源巨頭崛起

起初，維斯塔斯用來進行試驗的是一種效率較低的雙葉片原型機。隨著Stiesdal等人設計的三葉片機組成為維斯塔斯的主力產品，這家企業成為了全球領先的風電機組制造商，2022年的銷售額達到145億歐元。

在上大學（學習醫學、物理學和生物學）和為維斯塔斯提供咨詢的間隙，Stiesdal加入了日德蘭半島的一家名為Bonus的能源公司， 并在日后成為公司的首席技術官。這家企業被收購后同樣成為風電行業巨頭，現在名為西門子歌美颯可再生能源公司（Siemens Gamesa Renewable Energy）。

當被問及正式入職公司后有何感想，Stiesdal 首先想到的是測試。“對于早期的工作經歷，要說有什么遺憾的事，或許是沒能更早地發現測試工作的重要性。例如，我在Bonus公司擔任技術經理期間，雖然做了現場測試，但對部件的測試驗證工作有所不足。許多機組問題都源于此，事后看來，我們應該比實際早10~15年建造試驗臺。”他表示，如果能夠回到過去，并給年輕時的自己及團隊提建議，那么一定會讓大家將測試作為工作中的一大重點。

在西門子歌美颯，Stiesdal 主導了技術上的突破，如葉片的新鑄造工藝，使風電機組的大型化成為可能。該公司負責新風電機組設計的斯蒂芬·鮑爾森（Steffen Poulsen）表示，“Stiesdal確定了自己的愿景和夢想，然后會將其變為現實。”

也許Stiesdal 最具預見性的創新，是通過1991年在丹麥Vindeby附近的淺水區建造世界上第一座海上風電場，引領風電行業走向海洋。

這一創新幫助丹麥培育出全球最大的兩家可再生能源開發企業?Vindeby風電場的所有者沃旭能源（Orsted），以及管理著190億歐元的私營企業哥本哈根基礎設施合作伙伴公司（Copenhagen Infrastructure Partners）。然而，他呼吁，“我們花了20年的時間，讓陸上風電發揮出重大作用。但對于海上風電，我們沒有這么長時間的學習曲線了。”

據Stiesdal 介紹，在20世紀80年代初，海上風電在（少數）風能會議上是一個非常熱門的話題。然而，沒有人為此真正去做任何探索。

值得慶幸的是，到20 世紀80年代末，丹麥政府意識到自己遲早會耗盡陸上風電的開發空間，是時候該開拓思路了。1989年，丹麥政府指示該國東部的ELKRAFT和西部的ELSAM兩個公用事業協會各自開發一個5MW的海上風電場示范項目。由于之前沒有人從事過海上風電，因此，在實踐中進行了諸多考慮，主要包括確保機組的密封性，在機艙或塔筒內沒有外部空氣循環，并使用除濕器使之保持干燥，在外部應用與北海海上條件相對應的涂料系統。為方便維修操作，風電機組安裝了內置起重機，并開發出一種大型可移動起重機，用于更換主要部件。安裝工作使用的是駁船上的傳統液壓起重機。

“每個人都討厭可移動的起重機，安裝困難，存在安全隱患。這種設計后來被廢棄了。”Stiesdal說，“不過，從結果來看，海上風電不僅是可行的，也是有效的。”

雖然從1991 年到2010年左右，海上風電的發展經歷了一段緩慢期，但如今它已經成為行業發展的新“賽道”。預計到2050年，海上風電發電量將滿足歐洲一半的電力需求。

靠創新與降本吸引投資

時至今日，在日德蘭半島中部小鎮的一家工廠里，工人們拿著焊接工具，準備生產巨大的四面體結構，足足有兩個美式橄欖球場那么大。由Stiesdal設計的這些結構，將作為漂浮式風電機組的基礎。

在風電巨頭工作幾十年后，Stiesdal 建立了一家以他的名字命名的初創企業，尋求以創新的方式來提供清潔、負擔得起的能源，并應對氣候變化。

在公司的另一個車間，工程師們正測試著一臺機器，它看起來像一堆自助餐廳的托盤。這是一種新設計的電解槽?能夠吸水并從中提取氫氣的裝置。

Stiesdal 還在自家地下室里用氫氣做實驗（氫氣是一種潛在的爆炸性氣體）。“應對氣候變化不只是說說而已，我們已經做出承諾，就要用實際行動來證明。”雖然已經年近70歲，但身高超過1.9米的Stiesdal看起來依舊健碩，他相信自己的一套技術將有助于大幅減少溫室氣體排放。

此外， 他與丹麥技術大學（Technical University ofDenmark）的研究人員正在合作開發電解槽，旨在降低制造綠氫的高昂成本。雖然電解槽仍處于調試階段，但他的公司已經與印度能源巨頭信實工業（Reliance Industries）達成了設備生產的初步協議。

“我們從來沒有預見到風電會發展到現在的規模。恰恰相反，我們曾經看著歐洲和美國的大型風電項目，搖了搖頭認為看不到成為商業項目的前景。但是我們把規模問題和行業問題混淆了。隨著行業的不斷發展，企業能夠從規模優勢中獲益。我們也沒有預見到風電需要像現在這樣支持電力系統。我們曾只將風電視作電力供應的補充，而不是作為實際提供大部分電力的單元。但在風電能夠為世界作出貢獻這點上，我深信不疑，從未改變。”他說道。

即便遇到困難，Stiesdal 也從來不曾后退，而是思考如何改變這種狀況。在北歐可再生能源行業陷入低迷之際，該地區的風電機組制造商由于成本上升和項目審批緩慢而面臨著前所未有的困難。Stiesdal主動行動，他的公司籌集了大約1億美元。為降低成本并擴大業務范圍，Stiesdal計劃將大部分新產品授權給其他企業生產，并指出要“通過標準化和模塊化組件來降低生產和物流成本”。

在投資者看來，Stiesdal 會將技術創新和降低成本融合到一起去考慮。“他有很強的商業頭腦，這正是吸引投資最重要的一點。”丹麥養老基金公司（Pension Danmark）首席執行官托本·莫杰·佩德森（Torben Moger Pedersen）給出了這樣的解釋。該公司管理著80萬名員工的退休基金，是Stiesdal最大的投資者之一。

在創新道路上步履不停

根據國際能源署（IEA）的數據，風電是擴大各國可再生能源增長潛力最重要的技術之一。隨著成本競爭力的提高，到2028年，風電和太陽能光伏的新增裝機容量預計將增加一倍以上，占可再生能源全部新增裝機容量的96%。

自從西門子歌美颯首席技術官的職位上退休以來，Stiesdal一直在尋找新的方式來取得新的成就。其中一個領域是漂浮式風電機組的基礎。雖然海上風電為風電行業開辟了更廣闊的領域，但漂浮式海上風電機組的安裝成本更高，部分原因是它們不在裝配線上生產。

Stiesdal公司設計的漂浮式海上風電模塊化基礎及TetraSpar示范項目

Stiesdal 認為，接下來的十年里漂浮式海上風電可以實現商業化。風電“可以提供我們所需的全部電力，但風能資源的分布非常不均勻。在歐洲西北部有很多淺水區，容易開發海上風電，電力用戶也很多。中國、美國東海岸同樣如此。然而，世界上大多數地方并沒有這樣的場景。如果我們引入漂浮式海上風電，風能資源的利用潛力可以增長10倍”。

不僅是風電機組，海上電纜的成本也會隨之下降。值得注意的是，固定式海上風電的成本也將越來越低，最終固定式海上風電和漂浮式海上風電的成本曲線會有交集。“這些產品并非特別高科技或勞動密集型的，在很多方面，與我45年前作為開拓者所做的事情很相似。”他解釋說，“真正需要的，是親身實踐的方法和具備專業知識的新一代工作者。”

Stiesdal 與中國風電行業頗有淵源，曾多次到中國參加風電會議，積極分享自己的從業經歷和研究成果，他的真知灼見給了業界很多啟發。

早在2019 年的全球海上風電發展大會上，他就對中國海上風電發展給予了肯定，“中國擁有巨大的潛力，這里有著眾多優秀的供應商，政府對海上風電產業也很重視，各方的支持為海上風電可持續發展奠定了扎實基礎。相信在未來幾十年內，海上風電將成為世界上部分地區主要的電力來源。”

CWP 2023邀請Henrik Stiesdal作為中外風電產業先行者之一，向其致敬與致謝。在CWP 2023開幕式“風起五十年”主題論壇上，Henrik Stiesdal講述了其作為Bonus風電機組技術負責人參與中國達坂城風電場建設的故事2023 年，Stiesdal在參加2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）期間表示，風電機組需要更加智能，而不是一味追求大型化。“就像其他產業在出現指數級增長后，最終會觸碰到‘天花板’一樣，如大型客機、油罐車等，因為無法收回成本而停止。這不是一個技術問題，而是成本問題。”

Andrew Garrad（左）和Henrik Stiesdel 在2024伊麗莎白女王工程獎活動現場2024 年年初，Stiesdal和AndrewGarrad 共同被授予伊麗莎白女王工程獎，以表彰他們在高性能風電機組設計、制造和安裝方面取得的成就。他們的技術創新工作使風電為全球發電作出了重大貢獻，并給全球能源結構多樣化帶來了變革性影響。該獎項的評選標準是對公眾有切實和廣泛利益的工程進步，每屆僅選擇一類研究領域。風電領域首次獲此殊榮，也代表著風電作為最成熟的可再生能源之一，獲得了來自全球專業機構與專家的認可。

“保持思想開放和積極心態，質疑任何看起來不對的事情，享受與有著共同目標的風電專業人員一起，為更好的生活質量、更健康的生態環境作貢獻的樂趣。”在結束記者專訪前，Stiesdal給出了這樣的建議。