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紧跟国家能源战略 服务社会电力需求
  文章来源:电工研究所 发布时间:2008-08-19 【字号: 小  中  大   

    中国科学院电工研究所是国内最早投入可再生能源发电研究领域的科研机构之一。三十年来,虽经历波折,仍不断发展,取得了一系列研究成果,也得到国家主管部门和国内同行的好评和重视。在光伏发电领域,先后建成国内第一个与建筑结合的并网示范电站、第一座在戈壁荒漠建设的光伏高压并网示范电站,和目前亚洲最大的并网光伏电站——深圳国际园林花卉博览园1MWp并网光伏电站,并建成国家体育馆100kWp并网光伏电站,为科技奥运服务;正在承担两项 “十一五”863重点课题和2项院知识创新方向性项目。在农村电气化方面,近20年来先后建成约200座光伏及风/光互补电站,解决了约10万人的生活用电问题。

    在风力发电领域,在国内首先提出并研究变速恒频风电技术,获得两项中国科学院科技进步二等奖,其研制的1.5MW变速恒频风力发电机组控制系统及变流器是目前唯一国内研制的在风电场并网运行的控制系统及变流器;研制的600、750kW失速型风电机组控制系统已经实现产业化,正在承担两项 “十一五”支撑课题。在太阳热发电领域,承担了太阳能塔式热发电系统方面两项863“十一五”重点项目,并将在延庆建成国内最大的太阳能热发电示范电站。

    此外,设立了太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心,承担国家光伏发电和风力发电重大项目中的产品质量检测及评估工作,参加国家标准的制定与修订工作。还设立了可再生能源发电咨询与培训中心,为国家主管部门、国内外有关单位提供可再生能源电力方面的规划政策研究咨询服务和可再生能源先进电力技术应用方面咨询服务。

    三十年来,随着政策起落,我国从事可再生能源发电工作的单位和科技人员换过了一批又一批,但电工所的相关研究工作却一直坚持下来,并一步步发展壮大。目前,电工研究所已经成为我国最重要的风力发电、太阳光伏发电、太阳热发电的研究机构之一。回顾其发展历程,确有其独到之处。

    一、站得高,看得远

    1、紧跟国家战略需求,早看到、早部署

    前瞻性是科研工作的精髓。在电工所确立新能源的发展方向,没有前瞻性和探索精神是不可能实现的。早在1973年世界石油危机发生之时,电工所的领导者们就敏锐地看到了我国潜在的能源紧缺问题,看到了进行节省能源和开发新能源的研究工作的必要性。虽然当时所内外都有不同的声音,认为可再生能源发电不是电工学科传统的研究领域。但所领导决策果断,于1978年开始了风力发电、太阳能发电的基础研究工作。经过一段酝酿调研准备,于1979年正式成立了太阳能研究室。

    当时在国内,太阳能研究与利用仅限于太阳能低温热能利用,风力发电机的单机容量最大不过几千瓦,光电池仅用在计算器等微型电源上,大规模的开发和利用可再生能源不可想象。但电工所从国家能源和环境战略需求的角度出发,一开始就着眼于国家中长期洁净能源需求,旨在大规模开发利用分布广泛、取用不尽、不污染环境的太阳能,并且在研究课题上与国家需求紧密结合,从事中高温热能利用和面向大型风力发电的技术研究。在研究组的布局上,兼顾了系统总体、聚光集热器、发电系统、储能系统和太阳能辐射测量技术,研究领域涵盖风力发电、太阳能热发电、光伏发电等,为电工所太阳能技术研究发展提供了很好的扩展空间。

    20世纪90年代,我国新能源蓬勃发展势头初现,国家政府部门在高水平、深层次、全方位的可再生能源专业咨询上出现急迫需求。电工所凭借多年积累的宝贵经验和丰富基础调研信息,成立了北京计科电可再生能源技术开发中心,并获得了由中国工程咨询协会颁发的工程咨询单位资格甲级证书。成为国内最早的可再生能源专业咨询服务机构,为后来“1999中国新能源和可再生能源白皮书”、《中国新能源“十五”计划与2015年远景目标》和《中国新能源“十一五”太阳能光伏发电专项发展规划》等国家能源战略规划的制定及编写提供了专业咨询意见。

    2、课题部署要注意远近结合

    学科布局要看得远一些,但光有远见不行,研究课题的部署还需要脚踏实地,注意远近结合。只有远近结合,才是生存之道。在太阳能发电研究室成立之初,研究课题的部署就既注重聚光、集热、发电、储能等技术的基础性研究,也注重这些设计的应用研究。同时选择容易出成果的突破点,进行集中攻关。

    比如最早开始的变速恒频风力发电系统及风电控制系统研究。虽然其对象主要是针对大型风力发电机组,但一开始是从研制小、中型风力发电机入手,主要目标是解决无电网地区特别是边远地区及沿海岛屿的生活和生产用电。因为在当时的技术条件下,只有在这些无法应用传统电力的地方才能显示出风电技术的应用价值。太阳能热利用研究也是从极具实用价值的太阳能熔化沥青、太阳能水泥养护等中温太阳能热利用开始。事实证明,只有与应用结合的技术,才拥有顽强的生命力。1983年,太阳能发电研究遭遇了前进中的曲折,由于所内学科布局调整,太阳能发电研究室被撤销。但部分研究人员凭借已取得的研究成果和正在进行的应用项目,继续从事太阳能发电技术研究,不断发展。1986年,迎来了可再生能源发电研究室的新生。

    在大批可再生能源发电应用项目上马的同时,电工所也努力开拓一些具有前景的基础研究工作。2000年前后,在国内电力系统建设上还是大电网一统天下之时,电工所便开始了分布式发电及储能的前沿探索研究。几年来积累了一系列的研究成果。2008年南方冰雪灾害,为单一的大电网建设敲响了警钟,分布式发电开始得到广泛的关注。电工所凭借既有优势,在分布式发电研究领域项目的争取上占据了关键一席,为其在该领域发展开辟了新的广阔天地。

    二、引领国家技术发展

    1、技术研究要有创新性

    创新性是科学技术研究的生命。在现代科学技术研究中,很多的创新都来自于交叉学科领域。风力发电是一个多学科的工作,很多人只偏重于某一学科或某一方面而忽略了其他学科或其他方面,从而使得一些困难的问题难以突破。电工所风力发电研究从一开始就没有受单一学科局限,而是将电机和电力电子电路结合起来,在国内首先提出并研制出一种新型的变速恒频风力发电系统。

    在最初的两年时间内,电工所开展磁场调制型变速恒频发电机系统的实验室研究,获1979年中国科学院科技成果三等奖。接着又研制成功一种无刷爪级自励发电机,并成功应用于Φ型立轴风电机组,获1982年中国科学院科技成果二等奖。“六五”期间,研制成功我国首台变速恒频风力发电机组,也是我国第一次成功地实现了与相近容量柴油发电机并联运行的风力发电机组,获1986年中国科学院科技进步二等奖。“八五”期间,承担了国家“八五”重点科技攻关项目“30千瓦风/光互补电站系统工程技术和装备的研制”,成果获1996年中国科学院科技进步二等奖。

    目前,大型变速恒频风力发电系统已被立为国家“863”项目。此外,为使我国完全掌握大型风力发电机组的核心技术、开展风能基础理论研究、加强大规模风电应用技术研究以及提高实施自主科技创新能力,电工所正在积极推动北京市、中国科学院建设国家级风电工程技术中心及大型风电机组传动系统实验平台,推动我国风电产业链的发展,使其在风电技术领域继续处于“领跑者”地位。

    图:1.5MW双馈式变速恒频风电机组控制系统及变流器实验现场.

    2、紧跟国外最新研究发展方向

    除研究开发具有自主创新的技术外,电工所也重视紧跟国外可再生能源技术最新发展方向,开展跟踪研究。自“十五”开始,随着国际能源危机的进一步凸显与发达国家并网光伏技术的迅速发展,并网型光伏发电系统成为当今和未来世界光伏技术应用的主要形式。在学科带头人许洪华的带领下,研究团队积极响应国家的战略需求,迅速提升并网光伏应用技术水平。在并网光伏发电系统两个主要方向,即城市光伏建筑一体化并网系统(BIPV系统)研究与荒漠大规模高压并网光伏系统研究,都取得了一系列突破性进展。

    2003年,电工所完成国家科技攻关项目,在北京建成了我国第一座光伏建筑一体化的50kWp并网光伏系统,对城市中光伏技术的综合应用进行了尝试。2004年,电工所在深圳园艺花卉博览园结合建筑、景观自主设计、建设了总容量为1MWp的并网光伏发电系统,该项目为当时国内乃至亚洲容量最大的光伏电站,标志着我国并网光伏系统的设计、建设水平达到了一个新的高度。2005年,电工所在西藏羊八井建成了我国第一座荒漠型高压并网光伏发电系统。2006年,研制成功150kVA集中型逆变器,并替换了羊八井电站原有的进口逆变器;并在国内率先研制成功3种太阳光伏跟踪系统。2005年-2007年,电工所在北京奥运中心区,结合国家体育馆建成了一座容量为100kWp的光伏建筑一体化系统,其中用到的3kW、5kW两种支路型并网逆变器均为自主研发产品。国家体育馆系统也体现了中国光伏技术的最高水平。

    “十一五”期间,电工所将继续保持国内光伏技术的领军地位。在科技部的支持下,将于2010年前分别在北京、西藏各建设一座兆瓦级并网光伏示范系统,并研制其核心设备,实现我国光伏系统集成技术的标准化和光伏产品的系列化。

              图:国家体育馆100KWp并网光伏电站示意图

    三、贴近实际,服务社会

    1、所有的项目都应用到实际中去

    电工所是以应用型工科为主的研究所,因此所有的研究工作都比较注意与应用相结合。可再生能源技术研究表现得尤为突出。几乎每一个项目在研究的过程中都紧密与实践相结合,研究成果也都在实际中得到了应用,没有停留在实验室里。小到早期的太阳能熔化沥青、太阳能水泥养护技术研究,大到兆瓦级光伏电站建设任务,每一个项目都是与实际应用紧密联系在一起的。

    在搞好科研的同时,电工所可再生能源技术研究也非常注意科研成果的转化。2001年,在许洪华等同志的积极倡导下,成立了北京科诺伟业科技有限公司,该公司是国内最早从事太阳能光伏发电研究及产品开发的单位之一。作为中国科学院电工研究所前沿技术的市场转化基地,公司凭借丰富的工程设计经验、雄厚的技术实力、优质的产品和服务,在国内可再生能源市场上赢得了骄人的成绩。自成立以来,先后建成了近200座光伏电站和风/光互补电站,承建了“西藏阿里光明工程项目”和西藏那曲“送电到乡”项目;建成深圳国际园林花卉博览园1MWp并网光伏电站、西藏羊八井100kWp并网光伏电站、北京奥运会国家体育馆100kWp并网光伏电站等。同时,公司研发产品正不断实现产品化、系列化,并逐步实现批量生产。

    2、服务社会、建设西部

    电工所可再生能源技术研究在开展项目的同时非常注重社会效益。其科研成果直接用于老、少、边、穷地区,给他们带来了党的温暖,送去了光明,为建立和谐社会做出了贡献。1990年国家计划委员会提出了实施“中国光明工程”的设想,旨在开发利用边远、贫困无电地区的风能、太阳能等新能源,提高无电地区人民生活水平。结合国家的实际需要,电工所通过自身在光伏发电及风力发电方面长期积累的技术基础,先后建成多座大型独立运行的光伏系统,包括当时国内最大、海拔最高的西藏安多县100kWp光伏电站,世界最高的阿里革吉县亚热乡电站等。除系统集成技术外,电工所开发出独立运行光伏系统控制器、逆变器、风电控制器、监测系统等一系列成熟可靠的装置设备。在此基础上,中国光明工程开始进入规模化实施阶段。

    2002年-2003年,在技术与实践经验均日趋成熟的基础上,国家发改委启动实施了西部无电省份“送电到乡”工程,工程覆盖西藏、青海、新疆等11个省(区、市),共建设光伏、风/光互补电站721座。电工所作为唯一在送电到乡中建设风/光互补系统的单位,承担了这其中难度最大的西藏那曲地区92座光伏、风/光互补电站的建设工作。经过两年努力,圆满完成了国家任务,并在西藏当地培养了近200名电站管理技术人员。为解决我国无电群众的生活用电问题做出了巨大贡献。

    四、形成优秀的团队文化

    1、“特别能吃苦,特别能奉献”的奉献精神

    可再生能源工作主要在那些边远地区、缺乏常规能源或者常规能源难以到达的地区展开。为了从事可再生能源的研究和开发,研究人员经常要去生活条件十分艰苦的西藏、青海、新疆、内蒙等地工作,也要常到一些海岛去工作。当然他们也可以不去,而只承担研究设计工作,在实验室作些理论分析。但同志们感到,做工作不能脱离实际,“哪里最需要可再生能源,我们的事业就在那里。”

    电工所原副所长李安定首先带队挺进海拔5100米、终年积雪的西藏红旗拉普地区和双湖地区,为边防哨所解决通讯用电和生活用电,建设了当时最大的25千瓦光伏电站。接着前任所长孔力又在西藏安多完成了100千瓦光伏电站的研发项目,获得了2002年中国科学院科技进步二等奖。本世纪初,现任副所长许洪华承担了国家的光明工程项目和送电到乡项目,带大队人马进驻西藏,历时两年,解决了西藏乡镇的供电问题,组织完成了羊八井100KWp高压并网光伏电站的攻关项目,为今后的大规模戈壁电站打下了坚实的基础。

    所有这些地区都在平均海拔4至5千米以上,那里高寒缺氧,人烟稀少,工作条件也极为不便。大家越是艰苦越向前,发扬奉献精神。为了完成这些任务,克服了许多难以想象的困难,甚至是生死考验。赵斌、刘光启在赴那曲考察回拉萨的途中,遇到了泥石流把汽车冲翻了。他们从汽车里爬出来,浑身泥水,光着脚走了两个多小时,才遇到一辆货车,把他们带回拉萨。工程部经理江燕兴在考察途中车陷入雪窝里,前后百里见不着人,他们冒着零下十几度的严寒,穿着湿衣服在车里度过了一夜在车上地方干部提醒他,绝不能打盹,一旦睡着就再也醒不了!张先谋在西藏执行任务时,车过河陷入冰水中,他从车里爬出来浑身湿透了,然后步行十几公里才找到救援。实践锻炼是培养人的最好课堂,特别是在那种条件艰苦、情况复杂的环境中,经受过考验和磨练,人的思想和意志都会得到升华。

    2、重视对年轻人的培养和引进

    年轻人思路敏捷,富有开拓创新精神;科研工作也需要承前启后、继往开来。可再生能源研究室领导们都很重视对年轻人的培养。在实际工作中,充分发挥年轻人的作用,给他们丰富的锻炼机会;在代际转移过程中,还发扬“扶上马,送一程”的传承精神,通过言传身教,给与后辈实际的指导。许洪华当研究室副主任时只有28岁,武鑫刚满30岁就成为风机控制系统生产基地的副总经理。他们都是在进组不久,就在老一辈的指导下、在实践中得到了充分的培养和锻炼,迅速脱颖而出,承担重要科研任务,发挥骨干作用。

    在科技干部的使用方面,电工所还注意培养和引进相结合。随着可再生能源研究的不断发展,边缘学科不断涌现,既囊括了电工、电能领域,也包含了热物理和材料领域。所里现有的人才配置不能满足有关学科发展的需要,电工所就注意引进热物理和光伏材料方面的人才,并于2001年和2005年新组建了太阳热发电研究组和太阳电池研究组。如今电工所在这两个领域也大显身手,在太阳能热发电领域还争取到了“十一五”国家863重点攻关项目“1兆瓦塔式太阳热发电试验示范系统的研究”。同时也使电工所在可再生能源领域配置齐全,有利于重拳出击,完成国家重大的科研课题。

    三十年来,电工所可再生能源研究在一代代科研人员的不懈努力之下取得了长足进步。从早先在国家投入不多的困难条件下蹒跚起步,到如今囊括光伏发电、风力发电、太阳热发电、太阳电池、分布式电力与储能、可再生能源咨询与培训、光伏\风力发电系统质量检测等多学科领域全方位布局,点滴进步都凝聚了几代电工所人的辛勤汗水。他们发扬无私奉献的精神,紧跟国家能源战略的需求,服务社会电力供应的需要,奋斗在祖国最艰苦的地方,把光明和温暖带给最贫苦的百姓。同时也引领了我国多项可再生能源发电技术的发展,为我国可再生能源事业做出了不可磨灭的贡献。

                  图:可再生能源发电研究发展中心合影

    (李安定、陈振斌、武鑫、江燕兴、吕芳等为本文提供了宝贵材料)

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