„Wind“ rast wie ein „Blitz“ auf das Meer zu! Er verfolgt seinen Traum vom tiefen Blau für die Meeresbrise

„Eine Möwe fliegt über den Himmel und über Tausende von Meilen, getragen vom Wind.“ Seit der Antike steht Wind für Freiheit und Macht. Es kann Möwen in den Himmel schicken und Segelboote auf eine lange Reise schicken. In den Augen von Mu Anle, einem Windenergieexperten und Doktorvater an der Technischen Universität Xi'an, ist Wind nicht nur ein Naturphänomen, sondern auch eine saubere Quelle grüner Energie mit unendlichen Möglichkeiten.

Der Wind war schon immer eine der am schwierigsten zu kontrollierenden Naturkräfte. Es kann sanft und sanft oder gewalttätig und verheerend sein. Die Menschen der Antike waren von der Unberechenbarkeit des Windes voller Ehrfurcht und Tabus, doch Mu Anle beschloss, diese Barriere zu durchbrechen, sich dem starken Wind zu stellen und die Essenz des Windes aus erster Hand zu erfahren. Jahrzehntelang betrachtete er den Wind als seinen Freund und forschte an der Konstruktion, dynamischen Analyse und Steuerung von Windkraftanlagen. Sein Leben lang verfolgte er die Umwandlung von Windkraft in saubere kinetische Energie zum Wohle der Menschheit.

▲Mu Anle im Büro

„Meine Interessen ändern sich mit den strategischen Bedürfnissen des Landes. Wissenschaftliche und technologische Innovationen sollten sich an der Volkswirtschaft und dem Lebensunterhalt der Menschen orientieren und praktische Probleme lösen.“ Dies ist der wissenschaftliche Glaube, den Mu Anle immer vertreten hat. Es ist dieser Glaube, der „Wind“, Energie und Hoffnung gibt.

Ausgangspunkt: eine Leidenschaft

1984 wurde Mu Anle an der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Universität Xidian aufgenommen. Damals verbrachte er fast seine gesamte Zeit in der Bibliothek und im Labor. „Ich interessierte mich damals besonders für mechanische Schwingungen, daher baten mich meine Studienberater, die Professoren Liu Qingyun und Qiu Yuanying, an einem Projekt zur Messung zufälliger Schwingungen an der Struktur eines luftgestützten Plotters mitzuarbeiten. Ich war für die Messung zufälliger Schwingungssignale sowie die Vorverarbeitung und Modellanalyse dynamischer Daten verantwortlich.“ Diese Praxis ermöglichte ihm den Einstieg in das Forschungsgebiet der Schwingungsdynamik und er verliebte sich tief in die Forschung zur mechanischen Dynamik und Schwingungskontrolle. Nach seinem Universitätsabschluss trat Mu Anle dem Vierten Forschungsinstitut des ehemaligen Ministeriums für Luft- und Raumfahrt bei, um sich mit dem strukturdynamischen Design elektronischer Geräte zu beschäftigen. Nachdem er ein dreidimensionaleres und umfassenderes Verständnis der Luft- und Raumfahrttechnik erlangt hatte, erkannte er, dass es bei weitem nicht ausreichte, sich lediglich auf das einfache Wissen zu verlassen, das er sich im Studium angeeignet hatte. Wenn er im Bereich der Luft- und Raumfahrt größere Erfolge erzielen möchte, muss er sich systematisch mit modernstem Fachwissen wie mechanischer Dynamik, moderner Kontrolltheorie und Systemoptimierungstheorie befassen. Also bewarb er sich für ein Master-Studium an der Fakultät für Maschinenbau der Jiaotong-Universität Xi'an und studierte bei Professor Cao Longhua, einem bekannten einheimischen Experten für mechanische Dynamik. Im Jahr 1993, nachdem er seinen Master-Abschluss erlangt hatte, entschied sich Mu Anle, an der Schule zu bleiben und dort zu unterrichten. Damit begann seine lange akademische Forschungskarriere.

Während seines Promotionsstudiums im Jahr 2003 erhielt Mu Anle ein Stipendium der japanischen Regierung und ging zum Studium und Austausch an das Kitakyushu Institute of Technology in Japan. Während seines Aufenthalts in Japan führte er nicht nur wissenschaftliche Forschungsarbeiten in Universitätslaboren durch, sondern besuchte auch viele namhafte japanische Unternehmen wie Nissan, Nippon Steel, Yaskawa Electric, Mitsubishi Chemical und Mitsubishi Heavy Industries und führte mit ihnen einen intensiven Austausch. Durch diese Erfahrung wurde Mu Anle die Kluft zwischen dem wissenschaftlichen und technologischen Niveau Chinas und dem Japans zu dieser Zeit deutlich. Besonders bei seinem Besuch bei Mitsubishi Heavy Industries, als Mu Anle sah, dass der Firmensitz des Unternehmens in Nagasaki Hunderte von Kilometern entfernte Windparks an der Küste fernsteuern konnte, verstand er die Magie der Windkrafttechnologie noch besser. Gleichzeitig war er sich der diesbezüglichen Defizite in meinem Land bewusst und beschloss, Forschungen zur Dynamik und Steuerung von Windkraftanlagen durchzuführen. Damals litt das Land unter der doppelten Belastung der Umweltverschmutzung und der Energieknappheit und war sehr gespannt auf die Windenergietechnologie. Allerdings war dies auf das inländische Technologieniveau beschränkt und die Technologie zur Erzeugung von Windenergie war sehr rückständig. Um solche Probleme der Windkrafttechnologie zu überwinden, war harte Arbeit nötig. Mu Anle weiß sehr gut, dass es in der wissenschaftlichen Forschung keine Abkürzungen gibt und er nur hart arbeiten kann. Nach umfangreichen Forschungen und eingehenden Studien schlug er schließlich eine neue Steuerungsmethode für variable Geschwindigkeit, konstante Frequenz und maximale Leistungspunktverfolgung des elektromechanischen Hybridantriebs vor, veröffentlichte eine Reihe international einflussreicher Artikel und meldete eine Reihe von Erfindungspatenten an. Diese Erfolge haben das Interesse und die Aufmerksamkeit namhafter inländischer Windkraftunternehmen geweckt, die anschließend ins Labor gingen, um mit dem Team von Mu Anle weiter zu kommunizieren und eine Zusammenarbeit zu besprechen.

Im Jahr 2010 erhielt Mu Anle die Gunst und Förderung von Professor Mark J. Balas, dem Leiter der Abteilung für Elektro- und Computertechnik an der University of Wyoming und Pionier der amerikanischen Windkraftsteuerungsbranche, und begann an der Universität mit der Postdoc-Forschung im Bereich der Strömungssteuerung von Windkraftanlagen. Nach seiner Rückkehr nach China wurde er Professor und Doktorvater an der Technischen Universität Xi'an und leitete weiterhin Studenten bei der Durchführung von Forschungen zur Dynamik und Steuerung im Zusammenhang mit Windkraft an.

Durchbruch: Obsession mit dem Wind

Mu Anle konzentriert sich seit Jahrzehnten auf den Bereich der erneuerbaren Energien und seine Forschungsarbeit konzentriert sich hauptsächlich auf die strukturelle Gestaltung, dynamische Analyse und Steuerungsforschung schwimmender Offshore-Windkraftanlagen. Im Gegensatz zu dem, was die Außenwelt denkt, ist diese Forschung selbst äußerst schwierig und umfangreich.

Schwimmende Offshore-Windkraftanlagen sind komplexe interdisziplinäre Systeme, die die umfassende Anwendung von Wissen aus mehreren Bereichen wie Mechanik, Luft- und Raumfahrt, Automatisierungstechnik, Elektrotechnik und Werkstofftechnik erfordern. Nur wenn sich Fachwissen aus verschiedenen Bereichen ergänzt, kann eine systematischere und optimierte Designlösung entstehen. Die Integration multidisziplinären Fachwissens hat nicht nur die technologische und theoretische Innovation des Teams von Mu Anle gefördert, sondern ihnen auch geholfen, ihre umfassenden Fähigkeiten zu verbessern und ihren Horizont zu erweitern. Bei der Erforschung der Anlaufsteuerung von Windkraftanlagen bei schwacher Windgeschwindigkeit probierten Mu Anle und sein Team beispielsweise verschiedene aerodynamische Designs von Windkraftanlagenblättern aus, doch es war immer noch schwierig, die Effizienz der Umwandlung von Windenergie in herkömmliche Blätter wesentlich zu verbessern. Die missliche Lage zwang sie, einen anderen Weg zu finden und schlug kreativ eine Hybridantriebslösung auf Basis des „Magnus-Effekts“ vor, die das Startverhalten bei niedrigen Windgeschwindigkeiten deutlich verbesserte. Nach Optimierung und Iteration wurde diese Leistung zu einem Meilenstein der Forschung des Teams und erhielt Unterstützung von mehreren Fonds, darunter der National Natural Science Foundation. Darüber hinaus führte es zur Veröffentlichung zahlreicher international einflussreicher Artikel und zur Anmeldung mehrerer Erfindungspatente.

Bei der Untersuchung der Steuerung von Windkraftanlagen bei hohen Windgeschwindigkeiten wurde die Modellierung für Mu Anle zu einem heiklen Problem. Anfangs war das Team nicht in der Lage, die aeroelastischen Eigenschaften des Flügels genau zu beschreiben, da es ein zu vereinfachtes mathematisches Modell verwendete. Um die Schwierigkeiten zu überwinden, baten sie Experten der School of Aeronautics um Anleitung und ersetzten das Modell durch ein strengeres Gas-Feststoff-Kopplungsmodell, das das dynamische Stallmodell berücksichtigt. Das neue Modell berücksichtigt die Biege- und Torsionsverformung der Rotorblätter von Windkraftanlagen und verbessert so die Berechnungsgenauigkeit erheblich. Das Team entwickelte schließlich eine wirksame Strategie zur aktiven Strömungskontrolle, um die dynamische Stabilität der Windturbine in Umgebungen mit starkem Wind sicherzustellen.

Die bereichsübergreifende Integration mehrerer Disziplinen hat zu neuen Kollisionen und Ergebnissen geführt. In den letzten Jahren hat das Team von Mu Anle Forschungsprojekte zur Offshore-Windenergie gestartet. Im Vergleich zu Onshore-Windparks liegen die Vorteile von Offshore-Windparks vor allem darin, dass sie keine Landressourcen beanspruchen, grundsätzlich nicht von der Topographie beeinflusst werden, höhere Windgeschwindigkeiten und reichhaltigere Windenergieressourcen aufweisen, allerdings ist die Offshore-Windenergie mit mehr unbekannten technischen Problemen konfrontiert. In den frühen Phasen des Projekts berücksichtigte das Team bei der Konstruktion die Stabilität der Strukturdynamik des Windturbinensystems, ignorierte jedoch die Auswirkungen unterschiedlicher Meereswellen auf die Relativbewegung zwischen Schwimmkörpern an der Ankerkette. Damals waren die Studenten mit Mechanik-Hintergrund im Team der Meinung, dass der Kopplungseffekt zwischen den Bewegungen der schwimmenden Körper bei der Konstruktion nicht berücksichtigt wurde, während die Studenten mit Schwerpunkt Regelungstechnik darauf bestanden, dass dem Echtzeit-Regelungssystem ein adaptiver Anpassungsmechanismus hinzugefügt werden müsse. Angesichts der Unterschiede entschied sich Mu Anle als Mentor nach intensiven Diskussionen für die Einführung der SPAR-Struktur (Deep Draft Column Platform) mit der robusten adaptiven Steuerung eines aktiven Extended Tuned Mass Damper (ETAMD) und entwickelte eine Offshore-Windkraftplattform mit drei schwimmenden Reihen, die eine stabile Struktur und eine robuste Steuerung bietet. Dieses Design berücksichtigt die kinematischen Eigenschaften des Schwimmkörpers vollständig und ermöglicht eine adaptive Steuerung der Plattform. Diese Errungenschaft bietet eine neue Designlösung für die Offshore-Windenergieerzeugung in meinem Land.

Im Hinblick auf die Förderung und Industrialisierung der Technologie schlug Mu Anle die Idee vor, einen Hybridantrieb aus Windkraft und Motoren zu nutzen, um eine intelligente Ölförderung aus Ölquellen zu erreichen. Im Hinblick auf Schlüsseltechnologien entwickelte er außerdem ein intelligentes Hybridantriebssteuerungssystem, um die Leistung von Windturbinen und Motoren zu koordinieren, die stabile Bewegung des Pumpengestänges sicherzustellen und die Pumpleistung zu optimieren. Derzeit wird diese Technologie im Changqing-Ölfeld in der Provinz Shaanxi industriell eingesetzt und hat im Vergleich zu herkömmlichen Ölpumpmethoden die Effizienz der Ölförderung um etwa 15 % gesteigert.

Die Zukunft: ein neues Versprechen

„Die Entwicklung unabhängiger Windkraftanlagen und die Erlangung technologischer Unabhängigkeit ist die historische Verantwortung unserer Generation wissenschaftlicher Forscher.“ Unter Berücksichtigung dieser Mission hat Mu Anle im Laufe der Jahre 16 wissenschaftliche Forschungsprojekte geleitet und daran teilgenommen, darunter den National Major Special Fund und die National Natural Science Foundation. Er hat systematische und originelle Forschungen auf dem Gebiet der Windkraftanlagen durchgeführt und eine Reihe innovativer Ergebnisse in der Windkrafttechnologie erzielt. Bei der Rotorblattoptimierung verwendete er erstmals eine hochentwickelte dreidimensionale numerische Berechnungsmethode, die die komplexen aerodynamischen Effekte der Rotorblätter berücksichtigte, um eine Leichtbauweise der Rotorblätter und eine effiziente Nutzung der Windenergie zu erreichen. Im Hinblick auf die Steuerung von Windkraftanlagen haben Mu Anle und sein Team außerdem ein aktives Rotorblattsteuerungssystem auf Basis adaptiver Strömungsmechanik entwickelt. Dieses System kann die Form der Rotorblätter in Echtzeit an Änderungen der Umgebungswindgeschwindigkeit anpassen, die Nutzung der Windenergie maximieren und die Stromerzeugung deutlich steigern. Diese Technologie füllt auch Lücken in verwandten Bereichen in China. Neben den fruchtbaren Ergebnissen in der Windturbinenforschung hat Mu Anle herausragende Forschungen und Beiträge zur Förderung der Entwicklung des Maschinenbaus, der Forschung zu groß angelegter Energiespeichertechnologie und der Anwendung der Technologie des Internets der Dinge im Lebensunterhalt der Menschen und in der Medizin geleistet.

Als Lehrer übernimmt Mu Anle stets die gesellschaftliche Verantwortung, Wissen und erhellende Gedanken zu verbreiten, und ist bestrebt, herausragende Talente zu fördern. Als wissenschaftlicher Forscher verfolgt er das Ziel wissenschaftlicher und technologischer Innovationen, sich auf die Volkswirtschaft und den Lebensunterhalt der Menschen zu konzentrieren und praktische Probleme zu lösen, um jedes Projekt abzuschließen.

Auch für die Zukunft hat Mu Anle klare Pläne. Er und sein Team führen derzeit Forschungsprojekte zur aerodynamischen Modellierung von Windkraftanlagen, zur Dynamik und Steuerung schwimmender Offshore-Windkraftanlagen, zur groß angelegten Flüssigkeitsflussbatterie-Energiespeicherung für Windkraft und zur Steuerungsoptimierung medizinischer Roboter durch. In den nächsten drei bis fünf Jahren plane ich, weiterhin Spitzentechnologieforschung in den Bereichen Windkraftanlagen, groß angelegte Energiespeicherung und medizinische Roboter zu betreiben und hochrangige Arbeiten zu veröffentlichen. Außerdem werde ich danach streben, mehr nationale wissenschaftliche Forschungsprojekte durchzuführen, um sicherzustellen, dass unsere Forschung in verwandten Bereichen auf internationalem Spitzenniveau liegt. Gleichzeitig wird unser Team weiterhin die Transformation und Anwendung wissenschaftlicher Forschungsergebnisse vorantreiben, die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Universitäten und Forschung stärken und die Transformation technologischer Errungenschaften in die Industrie fördern. Wir werden uns auch aktiv um Schlüsseldisziplinen auf Provinz- und Ministerienebene bewerben und diese ausbauen und danach streben, das Team zu einem hochrangigen wissenschaftlichen Forschungsteam in verwandten Bereichen auszubauen und mehr herausragende Ingenieur- und Techniktalente für das Land heranzubilden. Der Himmel spricht nicht, aber die vier Jahreszeiten gehen weiter; die Erde spricht nicht, aber alles wächst. Die Zeit ist der beste Beweis. Dies ist Mu Anles Erwartung für die Zukunft und ein aufrichtiges Versprechen.