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引领行业 “电”亮未来

文章来源:中国科学报 | 发布日期:2019-07-30 | 作者: | 点击次数:

今年6月24日,来自全国42个单位的70余名学员汇聚在河北省张家口市黄帝城小镇,参加中国科学院“太阳能热利用技术”培训班。

中国科学院电工研究所(以下简称电工所)牵头承担的中科院战略性先导科技专项(A类)“张家口黄帝城小镇100%可再生能源示范”项目就坐落在这个小镇。该示范项目集成了电工所多个实验室的多项关键技术,将为北方城镇和2022年冬季奥林匹克运动会探索一条清洁绿色的用能途径。

发挥特色优势,协同多部门创新攻关,决胜重大工程项目建设,是电工所多年来探索特色研究所建设的生动实践。

2014年,中科院启动实施“率先行动”计划,以研究所分类改革为突破口,全面深化体制机制改革。作为扎根于可再生能源与电气工程领域的重要国家级科研机构,电工所成为特色研究所建设中能源领域唯一的试点单位。

优化组织模式和科研布局,促进重大产出,畅通转化渠道,全链条促进成果落实,电工所积极面向国民经济主战场,为服务国家重大战略和社会可持续发展作出了应有的贡献。

曾经“率先” 再次改革

围绕国家重大需求,发挥“特色”优势,服务行业发展,是电工所60年奋斗历程的写照。

1958年电工所筹建,主要目标就是服务三峡水电工程。

中国工程院院士、电工所研究员顾国彪带领团队经过数十年攻关,使三峡机组用上完全自主创新的蒸发冷却技术,相关指标达到国际先进水平。

1978年,电工所在国内率先开展光伏和风力发电技术研究,成为我国可再生能源发电与利用领域重要的开拓者和奠基者之一。

2015年,电工所进入中科院特色研究所试点建设序列。为充分发挥“特色”,电工所整合形成了可再生能源发电技术、电力电子与电能变换技术、电力设备新技术、电网技术、超导与新材料应用研究、生物电磁学与电磁探测技术等6个实验室。

新的科研布局,既有对原有优势方向的传承,也有对新领域的战略布局。而为集中力量进行大项目协同攻关,也为培育新研究方向,多学科交叉中心得以保留。

特色研究所建设,总体定位于电能生产、输配和高效利用领域战略高新技术及电气科学前沿交叉研究。电工所聚焦可再生能源发电与利用、高效电能转换与节能、能源与电工材料及应用3个特色方向,不断强化主学科和主要领域的优势地位。

行业所需 义无反顾

电工所作为国家能源与电气领域的国家战略科技力量,把研究和行业需求有机结合起来,在我国能源体系转型中作出应有的贡献。

广袤的华夏大地,分布着丰富的太阳能、风能等可再生能源。但是,光伏发电性能受太阳辐照、温度等气候因素影响很大,实际应用表明,光伏组件、部件及系统在不同气候区的性能表现存在差异。

国内在这方面缺乏面向行业的公共测试平台和实证研究,难以支撑光伏技术的差异化研究。这些公共平台建设和共性关键科技问题研究,正是电工所需要深入开展的工作。

为此,电工所可再生能源发电系统研究部联合黄河水电、三峡新能源等相关企业,将在青海、云南、河北(渤海港口)、西藏、新疆、上海和海南建设7个“光伏系统及部件实证性研究和测试平台”。

目前,青海省共和县寒温带气候区的平台已经建成,而云南省大理市是在建的第二个平台——暖温带气候区测试平台的所在地。

基于平台的研究深化了对光伏电池之于气候区适应性的理解。这些研究认识将对光伏行业的产品改型和技术改进提供指导。未来,这些不同气候区的实证性研究和测试平台,将面向全行业开放共享。

早在2012年,电工所联合国内十多家科研及企事业单位,在北京市延庆八达岭设计完成了我国首个1兆瓦塔式光热发电示范项目。这是“十一五”期间国家计划“太阳能热发电技术及系统示范”重点项目,是我国光热发电产业发展史上具有里程碑意义的标志性事件。“十二五”期间,延庆基地又建成了我国第一座槽式热发电电站。

这是在光热发电领域的开创性研究。延庆光热发电基地现在成了一个研究载体,电工所多个研究部在这里对太阳能聚光、吸热、导热介质等技术进行改进,对核心技术的研究不断深入,正朝着第四代太阳能热发电技术迈进。在科技部、中科院、北京市和电工所领导的大力支持下,各部门齐心协力,该基地的实验设施目前已跻身太阳能热发电领域全球一流行列。

在延庆光热发电示范项目的基础上,电工所在中国科学院科技服务网络计划(STS)支持下,将聚光吸热技术应用于供热采暖系统,与企业结合,在张家口黄帝城小镇研制建设“太阳能跨季节储热供热示范系统”。

该示范项目中,可再生能源发电通过直流方式与储能直接相连,根据电网和用户需求,电能可以在不同变压器和线路间自由调配,提高可再生能源接入的灵活性和供电可靠性。这一示范项目突破了长周期储能、可再生能源直流配用电等多项技术难关,将对行业发展起到引领作用。

责任所在 攻坚克难

让人才、团队、项目都充分活跃起来,形成科技创新的强大合力,突破制约经济社会发展的关键核心技术,推动成果转化为现实的生产力,是电工所作为特色研究所的使命和责任。

柔性高压直流输电技术,是大规模可再生能源集中并网、大型电网异步互联、区域供电最有效的技术解决手段,发展前景广阔。

电工所科研团队先后突破了柔性高压直流输电领域的多项核心关键技术。在此基础上,2016年电工所联合西电集团,研制成功±350千伏/1044兆瓦换流器及控制保护系统,于当年8月在云南电网与南方电网主网鲁西背靠背直流异步联网科技示范工程中一次成功投运。

其时,该工程创造了多项世界纪录:单台柔性直流换流器容量最大(1044兆瓦)、直流电压最高(±350千伏)、换流器电路最为复杂,有5616只高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)同时实时协调工作。这些关键核心技术的突破,引领带动了我国可再生能源发电规模并网和高压大功率电力电子技术的发展。

电气化是未来交通发展的必然趋势。特色研究所建设以来,电工所瞄准电动汽车电驱动系统宽域高效规划与控制技术等核心关键,集中高功率密度电气驱动及电动汽车、车用能源系统及控制等研究部力量,开展协同攻关,取得了一系列创新突破,且相关成果实现了转移转化,已进入工程应用。

“团队开发出的电动汽车高功率密度永磁电机驱动系统系列化产品,已先后在物流车、环卫车、大客车上装车应用。”电工所研究员温旭辉介绍。

2018年,电工所科研团队与宁波菲仕绿能科技有限公司在天津市东丽区华明产业园成立合资公司中科菲仕,推动电动汽车电驱动技术走向产业化。目前,中科菲仕已成为新能源汽车电机驱动系统研发生产标杆性企业。

在中科院STS项目支持下,电工所科研团队还研制成功了500千伏安大功率直线电机、1.3兆伏安牵引变流器等一整套轨道交通牵引动力工程化装置,在首都机场线装车应用,累计正线安全载客运营超过10万公里。如今,这些装置正批量应用于首都机场线,并在大连轻轨、南京地铁、北京地铁S1线等工程中推广使用。

2016年,该项成果被评为中科院转移转化亮点工作。目前,电工所正与南京华士科技有限公司合作成立产业化公司,共同推动成果转移转化和规模应用。

为积极推进成果转移转化,“电工所已理顺转移转化平台,正积极打造市场化的成果转化体系。”韩立介绍,原电工所的中科电气高技术有限公司,已改造为全资控股投资平台。该平台将与电工所的转移转化办公室合署办公,明晰职责,配强队伍,使院地合作和技术转化工作通过市场更专业、更规范的运作,打通转移转化渠道,提升经济社会发展的服务效益。

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