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原标题:水电蒸发冷却技术遭遇推广难js333.com:,院士批

浏览次数:156 时间:2019-09-27

在今年6月份举办的国家“十二五”科技创新成就展上,来自中国科学院的各大原创性成果吸引了众多参观者的目光。其中,由中科院电工研究所电力设备新技术实验室自主创新研发的“全浸式自循环蒸发冷却高性能计算机”,作为科技部优选的“十二五”期间重大标志性成果项目之一亮相展会。

电工电气网】讯

js333.com 1 中国工程院院士、中科院电工所研究员顾国彪

但鲜为人知的是,该成果是从为水轮发电机组这样的大型发电设备的蒸发冷却技术“脱胎”而来。《中国科学报》记者日前就此对“发电设备蒸发冷却技术”的带头人、中科院电工所研究员、中国工程院院士顾国彪进行了专访。

“嗡嗡嗡……”置身三峡右岸地下电站29号机组上方,发电机产生的强烈震动穿过脚底瞬间传导全身。而站在28号机组上,震感并不明显。

  学术的真正价值是造福于民

三峡大坝用上自主技术

据了解,28号机组的稳定性,得益于采用了我国完全自主知识产权的常温无泵自循环蒸发冷却技术(以下简称“蒸发冷却技术”)。这项由中国工程院院士顾国彪团队历时几十年自主研发的技术,具备高绝缘、低沸点、自循环、经济高效等优点,其效果堪比水冷,可靠性、维护费用优于空冷。

  ——访中国工程院院士顾国彪

什么是蒸发冷却技术呢?据顾国彪介绍,这是一种利用高绝缘性能、低沸点的冷却介质通过相变换热来传递热量,从而实现发热部件冷却的技术。它是一种经济高效的新型冷却技术,涉及电机学、结构材料、流体力学以及电化学等多学科交叉。“最关键的是,它是一种完全由中国科学家提出并最终实现的原创科技,是中科院电工研究所几代科学家50余年持续努力的结果。”顾国彪说。

“随着采用蒸发冷却技术的27、28号机组设备进入运行稳定期,蒸发冷却系统的维护便捷性、运行经济性等优势正逐渐凸显。”三峡水力发电厂副总工程师叶华松在现场告诉记者。

  □本报记者 陈岩 冉倩婷

这项技术的研发几经波折。早在1958年左右,他和同事就研制出了一台15千瓦的低温蒸发冷却电机,证明了蒸发冷却技术用于大型电机设备的可能性。但后来因为“文革”,他和同事被下放,该技术的研究一度停滞。“文革”之后,顾国彪又开始带队进行该技术的研发。上世纪80年代初,他完成1万千瓦蒸发冷却水轮发电机的研制,该发电机在云南大寨水电站运行良好。1992年,他研发的5万千瓦蒸发冷却水轮发电机在陕西安康发电成功。

蒸发冷却技术目前已在国内10兆瓦、50兆瓦、400兆瓦和700兆瓦常规水电机组上实现成功应用,其中三峡地下电站700兆瓦蒸发冷却水轮发电机已安全运行六年有余。

  与东方电机合作30多年来,中国工程院院士顾国彪每年至少来德阳五次,总共往返四川近200次。近日在德阳举办的四川省·中科院重大技术装备科技成果对接会上,记者看到,78岁的顾国彪精神矍铄。

2011年12月15日和2012年7月4日,安装在三峡大坝右岸地下电站、采用蒸发冷却技术的27号、28号700兆瓦水轮发电机相继投入商业运行,2013年5月11日通过了科技部组织的项目验收。

然而,就是这样一项世界首创、自主研发、经济高效、先进成熟,并让国外企业争相购买的技术,在国内却只在小范围应用。

  78岁的他还在往四川跑,因为他希望在“脑子糊涂”前看到真正的院企合作体系。那么,他理想中的院企合作体系是什么样?对接会后,顾国彪接受了本报记者的专访。

“从原理到样机,从1万千瓦到700兆瓦,蒸发冷却技术经过了许多波折,但最终实践证明,这是一项非常成功的技术。”顾国彪介绍。运行近5年来,三峡水电站的两台机组状态良好,没有任何故障,这充分证明了该技术的可靠性。

自主技术缘何得不到推广?能否找到合适的推广模式?记者就此进行了采访。

  我满脑子都是学以致用

“近年来,德国等一些跨国能源企业、电力设备企业纷纷找到我们,要求我出国访问并给他们授课。我们的技术得到了国外同行的高度认可。”顾国彪说。

多重因素致推广难

  记者:您与四川结缘30年,如何看待与四川的合作?

从水电到超级计算机

“我国很多科研成果只能在实验室,蒸发冷却技术已算得上科技成果进入商用的成功案例了。即便如此,其规模化、产业化之路依然遥远。”中国电工技术学会副秘书长奚大华接受记者采访时坦言。

  顾国彪:重装领域的科研成果产业化相对困难。从1958年算起,我有20多年的理论研究成果从来没有机会实现产业化。后来在一个学术会上,东方电机提出是不是可以合作。我们与东方电机陆续研制了云南大寨水电站10兆瓦、陕西安康火石岩电站50兆瓦、青海李家峡水电站400兆瓦、三峡电站700兆瓦的蒸发冷却水轮发电机组。可以说,没有东方电机就没有这些项目的成功。

目前,顾国彪团队正在和云南等地在建的水电站进行洽谈,试图将这项技术应用在更多的水电站设备上。同时,研究人员开始寻找蒸发冷却技术新的生长点,在这样的背景下,“全浸式自循环蒸发冷却高性能计算机”应运而生。

“兰生山谷无人识”、制造企业推广力度不大、业主对自主研制的设备不信任、无人敢为创新应用担责等诸多因素,导致了蒸发冷却技术多年来推而不广。

  记者:您一直非常执着于自己科研成果的应用,为什么?

顾国彪介绍,采用蒸发冷却技术的高性能计算机凭借自然循环蒸发冷却系统自身零功耗、无噪音的优异性能,从本质上杜绝了原空冷方式计算机和小型服务器系统的高耗能和高噪声问题。此外,系统全密封特点也达到了信息安全的物理屏蔽作用。

曾参与顾国彪团队研究工作的上海交通大学教授姚若萍感慨,中科院电工所曾免费让国内企业使用蒸发冷却技术,实施应用时只需花费制造设备资金。而在当时,国内企业要从阿尔斯通、ABB购买同等水平的技术,必须先花费巨资购买专利。

  顾国彪:这可能与我早年的经历有关。1958年大学毕业前,我和六七个同学建了个小发电厂,当时在这个领域的学生里是第一个。我满脑子都是学以致用的想法。现在学界有一个不太好的倾向:盲目追求论文,认为搞研究就是为了发论文、评职称、拿经费。大量学术成果停留在纸面上,很可惜。我希望在科研阶段就要有产业化的考虑,不要止步于纸面上的突破,要学以致用、造福于民,这才是学术的真正价值。

经过4年多攻关,2013年年底,蒸发冷却技术成功应用在超级计算设备中,完成3套样机和1套商业运行产品制造。目前,曙光公司正在和顾国彪团队合作,进行该技术的推广。

“目前的状况,首先在于国内企业对高端技术依然抱有引进国外先进技术,再消化吸收和再创新的惯性思维,而对国内自主研发的有先进技术始终带着‘有色眼镜’。”国网新能源控股有限公司一位不愿具名人士坦言,“而且,业主和制造企业都对国产设备持吹毛求疵的态度,国外设备出点毛病属正常,国内设备出一点小问题,大家就‘鸡蛋里挑骨头’”。

  理想的院企合作是整合两个研发体系

“大型超算中心冷却能耗相当于一个小型电站,运营电费惊人,我们设计的冷却系统能够部分或全部取消风扇和精密空调。”中科院电工所研究员阮琳说,从实测结果看,蒸发冷却技术在超算上的应用比全球技术最好的冷却系统综合节能40%以上。

三峡右岸地下电站700兆瓦蒸发冷却机组曲折的建设过程,很说明上述问题。

  记者:对于科技成果产业化,您有何建议?

原创技术期待推广加速

据顾国彪介绍,由于国外没有技术和设备,三峡右岸电站首次采用蒸发冷却技术共召开过9次评审会。而且,为了试运行安全可靠,三峡公司曾多投入几百万元制作了一个1:1模型,同时开展了理论计算与实验验证,最终证明理论计算与实验结果相符合。“这个过程消耗了大量人力、物力,进度也被推迟。”

  顾国彪:包括四川很多企业在内,我国重大装备虽有很大进步,但大部分处于加工和仿制阶段。其实这种情况在国外也存在,比如俄罗斯,他们在军工方面有很多创新,但民用工业方面几乎没有。

那么,对于蒸发冷却技术未来的发展和应用,顾国彪有怎样的期待呢?

“推广难还在于,决策者不知道自主研发出的蒸发冷却技术是独创,并且世界领先。”中国工程院院士饶权芳接受记者采访时说:“很多用户习惯用空冷技术,不敢采用蒸发冷却技术。国内设备制造商也不推广该技术。制造生产企业交流推广力度不大,导致电站业主对该技术一无所知,即便知晓,企业对此也是视若无睹。”

  我们的情况也类似,集体患上“仿制病”:工程技术人员无心搞创新,因为创新要费很大劲,冒较大风险,于是把国外买的东西随便改改,就变成自己的创新了。时间长了,我们就缺乏自主创新的自信心,也造成我们盲目相信国外的技术。我希望多创造产学研结合的创新平台。永远买国外技术,就等于永远落后于外国。

“现在大数据的应用日趋火热,每天都有海量的数据产生,这就需要更多的数据中心、更多的服务器、更多的机房。阿里巴巴、中国移动等大型公司已经在贵州等地建设了数据储备中心,我们也在试图和他们联系,将这项技术应用于更多的企业。”顾国彪介绍,利用蒸发冷却技术,可极大地降低服务器的能耗,比传统的水冷、空调冷却等手段要优越。

上述不愿具名人士表示,没人愿意为创新应用担责是关键,即便选定自主研发的机型,更面临无人拍板的窘境。“我们曾多次建议在800兆瓦以下抽蓄机组上采用该技术,但没人敢做决定。干好了,没事,出问题,谁担责?”

  记者:您下一步在四川的打算是什么?还有何期望?

“现在国家都在谈科技创新,希望并鼓励科研人员将更多的成果应用到经济建设中去。但对于我们这样的科研人员而言,拥有了好的技术却不善于推广。因此,国家应该采取更多的措施,扩大先进科技成果的推广渠道,让科研人员的心血早日转化为生产力,发挥更大的作用。”顾国彪表示。

受体制、人才制约

  顾国彪:我们现在依然与东方电机进行电机制造的研究合作。坦率地说,过去30年,我们对人才体系建设有一些努力,但还不够。重大技术装备的研发周期长,常常需要20-30年,如果没有长期、稳定、完备的人才队伍,是无法完成的。所以,一定要进一步整合院校和企业的研发体系。理想的院企结合就是两个体系的完整结合,而不仅是某些项目的短时间结合。

(原载于《中国科学报》 2016-07-18 第4版 综合)

除上述因素外,现有体制机制也导致蒸发冷却技术规模化应用缓慢。

  人物名片

奚大华告诉记者:“我国目前没有形成一套有利于自主创新技术的科技生态规则,强调科技创新成果转化的同时,实质性促进措施却存在缺位。一项科技研发需要不断试验、改进,有些新技术更需长时间印证。

  顾国彪,中国工程院院士,中科院电工所研究员,学位评定委员会主任。1958年开始,他一直从事大型发电机新型蒸发冷却技术的创新和产业化工作,实现了一项国际创新技术从研究到产业化的全过程。2011年,他与四川东方电机合作研发的世界单机容量最大等级的700兆瓦蒸发冷却水轮发电机组在三峡电站成功运行。

顾国彪对此也深有感触:“在国内,自主创新技术必须经过一个个台阶往上走,而每上一个台阶都需要得到方方面面的认同和支持,才能走下一步,每一步要走十年左右。一项创新技术几十年能‘结果’实属不易。”

 

体制机制之外,人才问题同样制约蒸发冷却技术发展。

“很多电机专业毕业生基本功不扎实,连力学都没学好。而蒸发冷却技术又是一个集电工学科、热工学科、材料学科交叉的学科,专业覆盖面更是涉及电气工程、机械设计、热能工程、测控技术、有机化学等。多学科深度交叉使得真正懂蒸发冷却技术的人少之又少。”饶权芳说。

顾国彪也告诉记者说:“在技术转化为生产力的过程中,一定要和制造厂、使用单位结合,才能将技术真正从实验室推入实践。”但人才稀缺迫使科研人员需要从生产加工、安装、检查等环节进行全方位跟踪监督指导。“一个小零件,都要全程‘紧盯’。”

也恰恰是科研人员这种全程式跟踪,促使蒸发冷却技术很好地融合应用在水轮发电机上。实际使用情况证明,采用该技术的发电机组表现出较好的经济性。

“蒸发冷却系统水轮发电机组运行了18年,未发生由于蒸发冷却系统故障而导致的机组非计划停运、定子绕组击穿、部件损坏等事件。”黄河上游水电开发有限责任公司李家峡发电分公司高级工程师孙天虎介绍,“尤其水轮发电机组的增冷凝器检修状况极少。”

“蒸发冷却技术少维修可减少企业的维修费,而这竟引来维修人员的‘不满’。”一位知情人士向记者直言,“而且受利益驱使,制造厂商更倾向于电站业主定期更换设备,而非永久使用。”

产学研用需共赢

在国内“不遭待见”的蒸发冷却技术,却是外企眼里的“香饽饽”,德国西门子、威意特等企业曾通过各种渠道购买。

“这是我国首创独有的技术,国内抽蓄、火电和核电机组,以及变流器、超算、服务器等很多地方都适用。若轻易卖给国外企业,经改进后再转卖回国内,那时国家和企业的损失无法估量。”顾国彪说。

对此,多位业内人士建议,应采用商业化模式,搭建平台实施专业运作以推广该技术,而非研发人员边搞科研边“卖”技术。

“我国没有给完全自主研发技术产品一个宽容的使用环境,”饶权芳建议,“相关主管部门应设计、建立保险体系,出现问题时,由保险公司赔偿,打消业主担心事故风险的同时,也为科技成果推广提供了保障。”

中国工程院院士夏长亮也表示,在大力推广蒸发冷却技术的同时,关键要保护好核心技术,可否与制造企业成立实体一起做大规模,把技术以更合理方式运用起来。

对商业化运作,顾国彪告诉记者:“此前曾思考过多赢模式,使产学研三方形成需求明晰、风险共担、利益共享的新型技术联合体及利益共同体,以此加快蒸发冷却技术产业化。例如,电机在使用期内不出现问题,业主可把部分利润回馈给制造企业,制造企业也就有了推广技术的积极性。”

顾国彪表示,解决科技成果大规模转化问题,需要政府、高校和研发机构,以及企业三方同时发力,只有这样才能从根本上解决产学研用的实质性结合问题。

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