百年清华

发明中国自己的电机冷却技术——记中国工程院院士顾国彪

2016-09-22 | 刘瑾 | 来源 《经济日报》2016年8月31日 |

顾国彪(中)在青海李家峡电厂调研。(资料图片)

顾国彪在三峡地下电站700MW蒸发冷却水轮发电机定子前。(资料图片)

“我要做成一两件外国没有的,或者外国人做不到的事。”这是电机学专家、中国工程院院士顾国彪从清华大学毕业一年后,郑重立下的志愿。

生命不息,奋斗不止,58年来,他将一腔热血倾注到蒸发冷却事业中,最终让梦想照进现实。

他研发的常温无泵自循环蒸发冷却技术(简称蒸发冷却技术)世界领先,已成功应用于三峡电站的全球最大功率水轮发电机中。运行实践证明,其性能稳定、经济高效,大大延长了电机的使用寿命,是其它冷却方式无法比拟的。

如今,80岁的顾国彪仍带领团队奋斗在蒸发冷却技术的研发事业上,那份专注,一如当年那个刚刚走出校园的青年。

发明新型冷却发电机

2011年12月15日对顾国彪来说是个特殊的日子:三峡电站首台70万千瓦蒸发冷却水轮发电机成功运行。这是世界单机容量最大的蒸发冷却发电机组,采用了我国具有完全自主知识产权的“定子绕组自循环常温蒸发冷却技术”,并由我国自行设计生产。这一天,距离我国蒸发冷却团队的成立已经过去了53年。

将蒸发冷却技术应用在三峡工程中,是顾国彪最大的梦想。为此,1994年,他曾向三峡工程技术委员会委员提出使用蒸发冷却技术的建议。

对方半开玩笑地说,“你们的技术我了解过,才搞了一个50兆瓦的发电机,但我们这是700兆瓦的。如果你能在四五年内完成400到500兆瓦的电机,并且两年之内不出故障,我就一定用”。

顾国彪的斗志被激起。恰巧,青海李家峡水电站有个400兆瓦的发电机组要上马。由于此前蒸发冷却水轮发电机获得了良好声誉,顾国彪争取到了这个项目,成为“九五”国家科技攻关计划中的一项。

经过顾国彪及其团队的努力,1999年,李家峡水电站的蒸发冷却水轮发电机正式投入运行。顾国彪回忆李家峡电站启动电机时的紧张心情时说:“腿都发软了。”

50兆瓦及400兆瓦蒸发冷却水轮发电机的研制与运行,获得国家科技进步奖二等奖。2006年,三峡总公司将两台机组交给电工所蒸发冷却技术研发中心进行冷却系统优化。

目前,在三峡水电站安装的32台发电机组中,有2台采用了顾国彪等人研发的蒸发冷却技术。顾国彪介绍说,大型发电机运行时会产生大量热量,需要进行冷却。目前,国际上主要有空冷、水冷两种冷却方式,而蒸发冷却技术则是利用低沸点的液体通过相变换热来传递热量,实现对发电设备的冷却。这种经济高效的新型冷却技术,是我们提出并实现的原创技术。

在蒸发冷却技术工业应用前,我国大型水利工程电力设备领域采用的都是国外技术。无论从装备容量还是技术指标上,这2台70万千瓦蒸发冷却水轮发电机都达到了国际领先水平。“事实证明,我们的技术全面超越了他们。未来,我们的设备完全能在国际市场上和他们竞争。”顾国彪肯定地说。

“从1千瓦到70万千瓦,走完每一个台阶,我们都花了大约10年的时间。”顾国彪回忆说,项目组先后因故被解散了3次,但他一直没有放弃。第四次重组后,这个团队更有朝气、更努力,并取得了现在的成就。

顾国彪表示,“如果水轮发电机的功率提高到百万千瓦以上,水冷技术因高水压,安全性难以保证,而我们的蒸发冷却技术完全没有问题”。此外,作为一种通用冷却技术,蒸发冷却技术已在超级计算机、服务器上成功应用,还将在新能源配电、抽水蓄能等凡要解决发热、节能、安全可靠问题等方面有用武之地。

历经坎坷的创新路

目前,蒸发冷却技术一直居于世界领先地位,但当初做大型电机项目时,顾国彪不但要承受科研攻关的压力,还要面对来自各方面的质疑和指责:行业里的人不了解他在做什么。但他咬紧牙关坚持了下来,并通过多年努力换来了人们的认可。

回顾往昔,顾国彪的圆梦之旅充满坎坷曲折。对于这位热爱体育运动的老院士而言,他的创新之路堪称一场“人生马拉松”。

1936年,顾国彪出生在上海一个知识分子家庭,接受了良好的教育。1953年,他考入清华大学动力类电机系。回忆清华时光,他说,“最大的收获,是培养出了敢闯敢干的性格以及解决实际问题的能力”。

1958年从清华毕业后,顾国彪被分配到刚筹建起来的中科院电工研究所工作。当年正是各界热议三峡工程之时,电工所接到了为三峡工程研制新型冷却系统的任务。工作没几天,顾国彪就受命进入该课题组。课题组通过后续研究分析,用模型试验证明了常温下自循环蒸发冷却方案的可行性。

期间,相关蒸发冷却电机项目上马失败。当初因对此提出异议而被迫离开的顾国彪被重新安排到蒸发冷却研究组工作,开始建立发电机内两相流的模拟试验装置,进行设计理论研究及有关参数与数据的获取。1963年,他们与其他团队一起,成功研制了天津发电设备厂的650千瓦水轮发电机。经过半年的成功运行,证明了自循环蒸发冷却技术在水轮发电机上应用的可行性。

为全面研究分析自循环蒸发冷却技术,团队成员们改行搞起了热力学、两相流体力学以及电介质化学等研究。顾国彪事后总结道,蒸发冷却技术研究实际上是电工学、电机学和热力学等的交叉学科,只有交叉学科才能形成新的学科方向,成长出创新技术。

然而好景不长,课题组被迫解散。

顾国彪心有不甘,四处奔走寻找合作厂家及电站用户。直到上世纪80年代初,顾国彪团队与四川东方电机厂合作,研制了两台10兆瓦自循环蒸发冷却水轮发电机组,安装在云南大寨水电站。经云南方面的密切配合、改进完善,发电机组一直运行至今,成为自循环蒸发冷却技术的历史性转折点。

凭借大寨水电站安全运行的基础,顾国彪又争取到陕西安康的50兆瓦水轮发电机和上海电机厂上海输变电公司合作的50兆瓦汽轮发电机项目,实现了长期安全运行。每每谈到这些,顾国彪都笑着说,“每到关键时刻,就有人帮我,你看我的运气好吧”。

健康工作50年

接受《经济日报》记者采访当天,正好是顾国彪80岁生日。采访持续了近3个小时,他思维敏捷、谈吐清晰,一点不像上了年纪的人。

顾国彪常说,“身体是革命的本钱”。他有积极锻炼身体的习惯,这也得益于他的清华岁月,当时的清华非常重视学生的全面发展,曾提出“每天锻炼一小时,为祖国健康工作50年”的口号。

年轻时,他喜欢打篮球、跑步……雨雪风霜都不曾间断。他说,“太阳越大我们打球越来劲,一打就是两三个小时”。

体育锻炼伴随顾国彪的科研生活,给了他良好的体力、毅力和持久力。他也鼓励实验室的学生要坚持体育锻炼,注意手脑并用,强调动手能力。他认为,工程科学非常注重手脑并用,来解决实际问题。

顾国彪还记得,在陕西安康建设50兆瓦发电机时,他对每个环节都不敢疏忽,在工地上一干就是12个小时不停歇。吃饭没有地方坐,顾国彪和同事就靠在墙上吃。他说,“如果没有好的身体,根本不可能坚持高强度的工作”。

“重大电气装备的研制,一般需经历基础研究、原理样机、中试样机、扩大中试、工业样机经济分析、市场产品共六大步骤。从开始研究到推向市场,要用二三十年甚至更长时间。”顾国彪坦言,“由于项目组解散了三次,现在的团队是第四组,成员普遍比较年轻。我想用亲身经历启发年轻的工程科技工作者,应当如何做出创新性的工作”。他给研究生开讲座,寄希望于他们能够振兴电气工程学科和制造业。

顾国彪直言,当前的中国企业患上了“仿制病”,他忧虑于“何时走出山寨”的问题。通过科技创新走上强国富民之路,是青年科技人员应当承担的历史使命。他用蒸发冷却技术的创新为例,现身说法,指出青年科技人员培养创新精神需要丰富的知识、实际的训练和健全的身心,还要有精诚合作的优秀团队。

“志不坚者智不达”,顾国彪一直用这句话来激励自己。在他看来,要实现理想和抱负,就要有不懈的坚持,这和坚持体育锻炼是一样的道理。他还说,智者的成功,除了坚持,还要制定切实可行的计划,一步一步往前走。


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