张栋梁 打造新能源风电产业“脊梁柱”

赵汉琪

今年8月，在首届“大走廊杯”2023中国·杭州博士后科创精英赛总决赛上，上演了一场青年科创人才的“华山论剑”。15项“高精尖”博士后科技创新项目团队齐聚杭州，经过一番激烈角逐，来自中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司（简称“华东院”）张栋梁团队的《大型风电免灌浆装配式超高钢-混组合塔架关键技术及应用》项目摘得桂冠。

作为全球清洁低碳能源、水资源与环境建设的引领者，中国电建始终将打造具有全球竞争力的世界一流企业的发展战略，融入到建设美丽中国的宏伟使命中，聚焦“水、能、砂、城、数”核心优势，集成“投建营”全产业链一化优势，在清洁能源发展、低碳城市建设、现代服务业升级、培育壮大战略性新能源产业上下功夫，以生态底色描绘发展绿色，用责任担当践行初心使命，描绘出了一片姹紫嫣红、壮美秀丽的绿色画卷。

企业发展的方向，就是电建青年奋斗的方向。

从业以来，张栋梁扎根新能源风电领域，不断突破创新、追求卓越，入选浙江省领军人才、“杭州市高层次人才特殊支持计划”和“中国电机工程学会青年人才托举工程”，主持多项博士后、国家重点实验室和企业科研课题，荣获国务院国资委中央企业青年岗位能手、电建集团十大杰出青年提名奖、全国创新创业优秀博士后、中国钢结构协会创新人才奖等多项荣誉，并获5项省部级科技进步奖和2项省部级专利奖。

“对工程常怀敬畏之心”是浙江华东新能科技有限公司董事、总经理张栋梁在采访中多次提及的一句话。这位眼中有光、心中想做事、手里能成事的青年科技工作者，正在他热爱的新能源领域，矢志创新，笃定前行。

从无到有开拓全新市场

张栋梁的家乡在浙江东阳，2007年，他考入华中科技大学工程力学专业，本科毕业后，获得了免试保送直攻博士学位的资格。在武汉度过了十年的时光后，2017年，张栋梁博士毕业。经过层层面试遴选，他进入华东院博士后科研工作站，开展新能源领域的技术研发。

入职伊始，张栋梁主要从事博士后科研工作，与大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室联合培养，主要负责新能源海上风电领域大型海上电气平台的设计和研发工作。与博士期间主攻的陆上特高压大跨越输电塔线体系覆冰导线舞动课题不同，博士后期间，他的主要研究方向转变为此前几乎未曾涉猎的海洋工程领域。由于缺乏相关的专业知识储备，在跨研究领域进入海上风电板块后，他一方面要面临实际工程设计生产任务的进度需求，另一方面还要结合具体工程问题开展针对性的研究工作，这就需要在尽可能短的时间内恶补海工领域的专业知识，以满足岗位职责需求。

“以前在学校里做的理论研究工作，很多没有机会经历实际的工程检验，难免有些‘纸上谈兵。”张栋梁深刻理解到，对工程的敬畏之心，是结构工程师的职责根本。当看到自己的一项项科研成果和一张张设计图纸在具体工程项目中落地时，内心也由最初的忐忑，转为见证实际工程长期安全稳定运行后的自豪。

2018年，国内陆上风电补贴退坡，传统风电资源好的地方逐步被开发殆尽，华东院凭借在新能源领域深耕多年的行业敏感性，预判未来风电开发将逐步向大单机容量、长叶片和高塔架方向发展以达到降本增效。张栋梁介绍，华东院在前期承担的风电场勘察设计和总承包业务中，均逐步开始涉及高塔架领域。“应用更大单机容量的风电机组，可以降低风电场建设中征地、道路、集电线路的综合造价；采用更长的叶片，可以显著提高叶轮的扫风面积；提升塔架的高度，可以捕获更高空化的优质风能资源，三管齐下，可显著提升发电效率，满足补贴退坡后的电价要求。”风电技术大型化、高空化发展在降本增效的同时，也给其重要支撑结构——塔架带来了前所未有的挑战。

张栋梁还没出站，就已经牵头开展对陆上风电高塔筒领域的研究，这就意味着，他博士后期间要承担两个课题。“两个课题，一方面关系到自身能否如期完成海上风电博士后研究课题并顺利出站，另一方面，关系到陆上风电高塔架领域时不我待的研发紧迫性以及企业业务布局。”两手都要抓，两手都要硬，两个课题都要快出成果，攻克行业痛点，形成整体解决方案。

经过对行业同类竞品的多维度调研，超高轮毂高度的柔性全钢塔筒，和灌浆湿连接的钢-混凝土组合式塔筒均存在不同程度的安全、成本及施工效率缺陷，应用场景受限。“任何一个产品，如果不具备降本增效的优势，市场是不会选择它的。”张栋梁提出，把绿色装配式建筑理念首次推广应用至新能源风电领域，创造性提出免灌浆干式连接分片预制装配式混塔理念。

“纵观行业发展历史，风电机组塔架经历了三次重要‘革命，第一次是材料变革，由传统的钢制塔筒向现浇式钢-混组合式塔筒转变；第二次是生产方式变革，由现浇式钢-混组合式塔筒向灌浆湿连接预制式混塔转变；第三次是装配方式变革，由灌浆湿连接混塔向免灌浆干式连接混塔转变。以前没人敢想，像地铁管片这样竖向积木式拼装的混凝土塔筒可以作为大型风电机组的核心支撑结构。塔筒是风电机组的‘脊梁柱，其重要性不言而喻。”当时，免灌浆干式连接混塔对于整个行业而言，无概念、无标准、无工艺，属于技术空白区。

“在无概念的狀态下，发明免灌浆混塔全结构体系；在无标准的背景下，搭建混塔设计体系；在无工艺的前提下，开发混塔建造体系。”这是张栋梁混塔团队的“三步走”布局。历时半年多，当免灌浆干式连接混塔的雏形慢慢展现在人们眼前时，困难挑战才刚刚开始。

峰回路转后一往无前

任何一个新产品，从概念设计到首台样机的应用，都会遇到行业认可度的巨大挑战，这从“0”到“1”的第一步最是艰难。

为了加快科技成果转化应用的进程，张栋梁决定双管齐下，在仅有概念设计的阶段就积极开展对客户的宣传和推介，同步开展理论研究、工艺试验验证和产业链的整合。他坦言：“新兴市场很大、变化也很快，把所有问题弄清楚后再去向业主推广，难免会错失良机。”但在样机推广阶段，业主对免灌浆干式连接混塔作为风电机组核心支撑结构的安全性问题存疑。“一台轮毂高度140m的风电机组，相当于约150辆轿车放置在近50层楼高的悬臂塔筒上，且在机组20年服役期内无时无刻不在承受着压-弯-剪-扭耦合的复杂动态载荷，技术挑战巨大。”他形象地介绍道。

为了把样机推广出去，迈出混塔团队科技成果转化的第一步，2019年上半年，张栋梁背着一摞厚厚的资料一直奔波在全国各地，半年飞了近10万公里，終于在当年9月凭借技术和施工组织方案的优越性，团队成功中标了第一个混塔项目——湖北应城有名店风电项目。该项目安装32台单机容量2.5MW风力发电机组，轮毂高度140m，总装机容量80MW，直接实现了“从0到批量”的跨越。

张栋梁深知这个项目的分量和来之不易——这是华东院混塔板块第一次从传统勘察设计业务，向成品输出的综合性业务转型的首个项目，同时也是国内首个免灌浆装配式混塔工程、华中地区首个140m级混塔工程，标志着国内免灌浆干式连接混塔产品从无到有的突破。他带领团队做“第一个吃螃蟹的人”，敢于啃“硬骨头”，深入探索技术空白区，逐一攻克了结构体系创新、设计体系搭建和建造体系开发等方面的系列技术难题并在实际工程中应用。

在项目现场，爬塔筒是张栋梁时常要做的事。“为了实地检验设计的合理性和施工的规范性，充分保证混塔的安全性，还是要到现场、去一线实操总结。”对于有些恐高的他而言，“每次上下塔筒都不敢往下看，看了深不见底的塔筒之后腿脚发软”。在几乎垂直的爬梯上，一爬就得30分钟，累了也只能通过安全绳挂在梯子上休息片刻。这一上一下，手上就会磨出水泡，但他总是现场爬塔筒次数最多的技术人员。通过长期与施工一线工人的对接，他对整个混塔产品的施工可操作性有了更直观的认知和总结，也为后续产品的技术更新迭代奠定了实践基础。张栋梁坦言：“严谨和对工程的敬畏，是结构工程师的根本。一项好的工程，必然是设计和施工紧密融合的成果，对于首次应用的非标准产品尤为重要，因此我们团队都把这个产品当做孩子一样来看待，不希望在任何环节出现任何问题，团队成员也前赴后继地前往项目施工一线开展技术服务工作，力保工程安全稳定建设。”

2019年12月26日，应城项目首台混凝土塔筒刚吊装完成，还未施加预应力钢绞线，整个结构处于无预应力状态下的不利工况。当天晚上，项目所在地突发4.9级地震，震源中心离塔筒仅5公里，当地很多民房、道路都被地震破坏。虽然在项目前期，团队做了大量施工工况的计算复核及预防措施，但当地震发生时，团队成员还是在心里都捏了一把汗。地震当晚，项目团队第一时间驱车冲上山，“有种‘出师未捷身先死的感觉。”当赶赴现场看到塔筒还稳稳屹立在那里、岿然不动的时候，项目团队悬到嗓子眼的心才敢放下。次日，他们对塔筒进行了全方位的检测，未发现基础沉降、混凝土塔筒开裂、崩落、倾斜等情况，塔筒结构完好无损。“这是一次来自大自然的真实考验，在振动台试验中反而模拟不出来。这次意外，恰好验证了我们混塔产品的安全可靠性。”张栋梁说。

“整个应城项目，我们倾注了非常多的精力，融入了非常多的情感。”项目期间，张栋梁背负着巨大的压力，手机铃声永远调到最大，24小时随叫随到。2021年6月，整个项目在经历了地震、武汉新冠肺炎疫情、水灾等不利因素的影响下，所有参建方协同作战，项目顺利实现竣工。“每天都在创新，每天都在前进，这个项目教会了我如何成为一名合格的结构工程师，也再次教会我要始终对工程怀有敬畏之心。”至今回忆起来，他仍难掩激动。“在团队的协同努力下，2023年上半年，我们有幸在应城中标一个新的混塔项目，四年后又踏上这块孕育着我们最初梦想的土地，不变的是初心，变的是我们更加从容的内心和对技术本身的坚定。”

迈出实干第一步后，张栋梁带领团队“以战养战”，从客户和市场需求出发，不断深化升级平台产品——河南虞城风电项目是全球首批166m级免灌浆装配式混塔工程，也是全球首个轮毂高度和叶轮直径均突破160m的风电工程，创下了当时全球风电领域叶尖最高高度记录；黑龙江大庆风电项目是国内首批高寒地区免灌浆装配式混塔应用工程，首次将混塔应用范围拓宽至高寒地区……一个个精品工程，一步一个脚印踏实的足迹，让张栋梁和团队逐渐提升了行业知名度，打造了华东院混塔良好的行业口碑。

推动传统行业绿色变革

“新技术、新产品的研发需要一群思想统一、毅力坚定、专业技术扎实、能勇挑重担的伙伴并肩前行，这样的团队才能敢打硬仗、能打胜仗。”张栋梁在团队组建之初，对整个团队的分工布局、发展规划及人员需求就有一个清晰的目标，而团队组建本质是一个双向选择的过程，通过和团队每位成员深入且坦诚地交流，彼此交换想法，最终大家决心一道前行，共同创新创业。经过几年培育，张栋梁的混塔团队已成为一支以青年高层次人才为主体，专注新能源领域技术研发与产品成果转化的创新创效团队。目前有团队成员近30人，其中博士后4人，硕士研究生及以上成员占比75%。

“近年来，随着国家倡导‘央地合作发展新模式，我们以免灌浆干式连接混塔产品作为传统混凝土制品行业新的投资引擎和带动行业发展的增长靶点，牵头在国内多个省份打造了风电混凝土塔筒预制高质量生产示范工厂，积极推动地方传统混凝土制品行业的绿色变革，进一步整合并延伸混塔下游产业链，增强产品生命力，从而实现混塔产业的快速和规模化发展。”截至今年，张栋梁带领团队累计销售混塔产品近1000台，装机容量近5000MW，销售额达数十亿元，实现了全国十多个省份的首个免灌浆混塔产品应用，创下多个全球、全国第一。

绿水青山就是金山银山，免灌浆干式连接混塔产品基于“装配式建筑理念”，摒弃了传统高污染、粗放型的游牧式预制厂生产模式，采用集约化预制厂生产模式，因地制宜，就地取材，降低资源消耗，减少户外施工对生态环境的污染，节能减排，满足绿色文明施工的要求。截至目前，全部应用项目投产后可累计发出绿电约120亿度/年，节约标煤420万吨/年，减排二氧化碳1050万吨/年，具有十分显著的环境和社会效益。

辛勤耕耘换来了累累硕果，张栋梁和团队在混塔板块累计申请专利70余项，目前已授权发明专利10项（含美国专利1项）、实用新型专利42项、获批商标5项、工法5项、软著4项……2022年上半年，相关成果经中国科学院和中国工程院院士领衔的专家组鉴定，达到国际领先水平。相关成果进驻北京中关村科博会、浙江省首届创新馆、东盟博览会、全国绿色低碳创新大会参展，荣获央视新闻报道。与此同时，华东院作为联合发起单位之一，成立了中国首个风电混塔协会，促进行业交流，共同发展。

为勉励张栋梁及其团队在国内混塔领域的技术创新和开拓引领作用，2021年11月，华东院成立了首个以个人名字命名的创新创效工作室——“张栋梁混塔工作室”，作为华东院混塔业务技术研发和市场推广的战略主推部门，继续深化混塔产品平台化研发设计，进一步增强产品竞争力。今年8月，在华东院“双创”机制的培育下，华东院全资成立了以研发钢-混凝土组合（混合）结构系列产品为核心的独立法人科创公司——浙江华东新能科技有限公司（简称“华东新能”），张栋梁任总经理。

张栋梁介绍，“一塔两海四步走，全栈全链全周期”是华东新能的发展规划。我们团队将进一步做好混塔产品的迭代创新，同时深耕新技术、聚焦新产品、探索新工艺、研制新装备，始终从市场实际需求出发，致力于打造一家具有自主滚动创新能力的多核驱动型科技公司。未来，他期待把科技创新成果描绘在祖国大地、布局到五洲四海，在新能源这块热土上，引领行业技术发展，做持续技术创新和成果转化的“追风人”。

责任编辑 张惠清