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人民日报 2013-10-21——五十年就干一件事
  作者:    日期:2013-10-21     信息来源:人民日报 综合办公室 【背景色 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色) 】  【字体:
 

  在中科院电工所,有这么一个研究组:它与电工所“同龄”,50多年来就干了一件事:钻研蒸发冷却技术。

  经过几代人接力,2011年12月,700兆瓦蒸发冷却水轮发电机在三峡电站成功运行,圆了研究团队半个多世纪的创新梦。此举打破了国外技术在大型电力设备技术上的垄断,展示了我国自主技术的竞争力。

  最近,研究团队拿下了中国科学院网络中心——“深腾7000”的升级改造项目,蒸发冷却技术又找到了新的“用武之地”。

  是怎样的一种力量,支撑他们几十年持续攻关?

  

  坚持源于科技自信

  我一定要做成一两件超越国外的事,这是我一辈子的信念

  电机装备运行发热,如何把热散出来?最初,人们借用风吹散热的方法,开发了空气冷却技术。但随着发电机容量增大、绝缘体增厚,发热量也不断提高,空冷这一外部冷却的方法日显不足。

  20世纪70年代,不同于“吹风”的外部冷却,一种类似“喝冰水降温”的内部冷却技术流行起来。其中,水内冷技术成为电机行业成熟、主流冷却技术。但它对绝缘要求很高,一旦漏水引发电气事故,后果不堪设想。

  “上世纪50年代,我们就创造性提出,能不能不用水作为冷却介质?” 中科院电工所研究员、蒸发冷却技术带头人顾国彪院士说,“更换掉水介质,既利用了内冷的优势,还避免了漏水隐患。”按照这个思路,他开始了蒸发冷却技术的研究。

  空冷、水冷等冷却方式,从热学原理上来讲都是利用介质的比热吸热,而蒸发冷却是利用流体沸腾时的汽化潜热带走热量。由于流体的汽化潜热远远大于流体的比热容,蒸发冷却的效果更好。

  1958年电工所筹建,很重要的一个目的就是服务三峡工程。顾国彪介绍说,当时设立了很多课题,蒸发冷却技术研究组是唯一一个坚持至今的团队。

  2011年12月15日,对蒸发冷却团队来说是一个重要的日子。三峡电站首台700兆瓦蒸发冷却水轮发电机成功运行,圆了团队半个世纪的梦。

  蒸发冷却技术工业应用之前,我国大型水利工程电力设备领域,几乎所有关键技术均为国外技术垄断。三峡机组用上自主创新的蒸发冷却技术,打破了国外的技术垄断,且在技术指标上超越了国外的各类冷却技术。

  “我绝不做与国外重复的事情。一定要做成一两件超越国外的事,这是我一辈子的信念。”顾国彪说,自己能坚持下来,首先源于科技自信。

  顾国彪常常告诉团队成员:做工程技术,要有敢想的精神,不要外国人有什么,就信什么;不能满足于国外好的东西,要敢于质疑,相信自己能做得更好。

  虽然同时期有很多国家开展了蒸发冷却技术研究,但只有顾国彪的团队将该技术做到了工业级应用。

  现在,在三峡的32台机组中,已经有2台机组应用了蒸发冷却技术——正是这两台电机的成功应用,整体拉低了国际厂商的投标价格。

  顾国彪说,在三峡电站这样的大型工程上成功应用,说明我们自主创新的技术不是没有竞争力。他希望这项新技术能被工业界广泛接受,得到更大的推广和应用。

  据介绍,研究组已经开始百万千瓦级(1000兆瓦级)蒸发冷却机组的预研,争取应用到乌东德等大型电站上。

  只选踏实干活的人

  加入团队是为了事业,为我国自主装备研制争一口气

  “梅花香自苦寒来。”团队成员、顾国彪的学生阮琳研究员如此评价她老师的研究工作。

  蒸发冷却技术成功应用于三峡机组的背后,是半个多世纪的艰辛。

  20世纪50年代末至60年代初,顾国彪等第一代团队成员,从理论上证明了蒸发冷却技术的可行性,一时风光无限。不料,受“文化大革命”运动影响,队伍散伙、工作停止,研究团队千方百计才使部分数据得以保存。

  上世纪80年代,研究工作重新启动,但因经费不足,工作常常难以推进。更为不利的是,国内大多数人对自主创新缺乏信心,他们更倾向使用国外水内冷技术——没有用户的支持,团队每走一步都很艰难。

  顾国彪没有放弃。他坚信蒸发冷却技术在安全可靠、经济性和工艺上的优势。通过不懈争取,他们先把该技术应用于云南大寨电厂两台10兆瓦机组、安康50兆瓦级机组和李家峡400兆瓦蒸发冷却水轮发电机。这些工程实践的成功,树立了蒸发冷却技术“高效安全可靠”的形象。

  蒸发冷却技术走到今天,离不开一个成熟、稳定、团结的团队。顾国彪说,工程类的关键技术不能发表文章,申请专利也要有所保留,而以论文为导向的评价体系,往往不利于工程类技术人员的职称评定。面对困难,顾国彪等一批核心成员并没有停止对技术的探索。

  一个研究团队怎样才能做到成熟、稳定、团结?顾国彪选人有一个“窍门”:找那些坐得下来、能踏踏实实干活的人。

  按这个“规矩”选出的新团队没有辜负他的期望。2000年以来,这个20人左右、平均年龄只有30多岁的年轻团队,将蒸发冷却技术一步步向前推进。

  “某种程度上,我们都是理想主义者。”阮琳说,自己能坚守是因为享受这份有理想、有担当的工作,而为了事业、为了自主装备的研制争一口气,成为这个团队的文化。

  阮琳告诉记者:“研究组里,老一辈恨不得把所有的经验、知识教授给你,他们淡泊名利的品格潜移默化地影响着我们这些年轻人。”

  融洽、互助,共同的信念塑造了团队文化,这种文化也营造了平等、自由的科研氛围。

  “顾老师常告诫我们,不要总听他的,要敢于提出新问题。”电工所高级工程师、团队成员袁佳毅、陈彪均表示,在团队中,不论资排辈,从来没有绝对的权威,争论就像家常便饭。

  年轻的团队能否承担起重任?“我对团队成员很有信心!”顾国彪说,自己培养博士,都是经过实实在在的工程训练、动手设计、做模型,通常一个课题就是好几年,虽然花费时间比较多,但练就了扎实的本领。

  “我要求研究组里的每个人,要成为各自领域的专家,而不是只想着当院士。”顾国彪说,为三峡发电机冷却技术做预研的时候,他自己根本没有去想当院士,“当时心里就是憋着一股气,一定要把蒸发冷却技术应用到三峡工程中去!”

  开辟应用新领域

  运用蒸发冷却的方式,能使大型超级计算/数据中心冷却能耗降低40%以上

  前不久,蒸发冷却技术又找到了新的“用武之地”。经过近4年的技术攻关和积累,研究团队今年拿下了中国科学院网络中心——“深腾7000”的升级改造项目,以帮助中心实现高性能计算服务。

  据阮琳介绍,蒸发冷却技术是一种通用技术,任何一个高发热、有冷却需求的行业都可以结合自己特点使用该技术。

  近年来,社会对电力需求激增,电力设备体量增大,在电器和电子各行各业,遇到了常规冷却不能解决的发热问题。这为蒸发冷却技术提供了新的舞台。

  在顾国彪看来,蒸发冷却技术的工程应用技术已经成熟,接下来就是如何推广利用。他认为,除了水力发电设备,在火电、风力发电设备以及环保节能领域,蒸发冷却技术都大有可为。

  拓展应用,是机遇也是挑战。“如果对冷却对象相关的专业不了解,就不能有效地解决他们的问题。”阮琳说。虽然当前团队集合了电机工程、热能工程、测量、化学等不同专业背景的成员,使学科交叉、融合有了可能,但为了满足不同用户的需求,团队不得不钻研新的学科。

  由于高性能计算机对于团队是一个全新的技术领域,团队组成了一个10人小组。在3年多的时间里,几乎没有周末和假期,终于自主研制成功了蒸发冷却超级计算机系统。

  中国科学院网络中心——“深腾7000”为代表的超级计算和数据中心,正是当前团队着力攻克的项目。

  阮琳说,各类数据中心在提高运算能力的同时,也带来了严重的能耗问题。例如,天河一号的能耗为4.2兆瓦,相当于一个小的发电厂;天河二号一期工程计算能耗为17.8个兆瓦,而冷却系统耗能高达8个兆瓦。运用蒸发冷却的方式后,有望把冷却能耗降低40%以上。

  对比当前主流的空冷技术,蒸发冷却方法不仅有节能减排优势,还能大大降低运行的噪音。

  顾国彪认为,蒸发冷却技术在超算中心有很好的应用前景,目前进展很顺利,他现在更多的工作,是“泼泼冷水”,提醒团队注意技术推进、实验、安装等环节可能出现的问题。

  “我有个愿望,以后不单是蒸发冷却技术团队成长起来,还要推进电气工程学科的发展。” 顾国彪说,电气工程这个在很多人眼中的老学科,与其他学科融合后还有很大的活力。他希望通过团队的努力,改变人们的看法,重视、推动这个学科向前发展。