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肖立业:超导技术的前世今生

北极星智能电网在线  来源:《电气中国》    2012/5/8 10:47:10  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:2011年8月的一天,中国科学院电工研究所(以下简称“电工所”)的会议室里座无虚席。“承担风险总是需要勇气和一点点疯狂的性格。透过疯狂,才能找到天才的基因。要对你的梦想有信心,随时做好为理想辩护的准备!”站在演讲台边的电工所所长肖立业在向研究所员工推荐《非同凡“想”》一书时,兴奋得多次扬起手臂。

平头、金丝边眼镜,白色衬衫扎进牛仔裤中,初见的肖立业极符合印象中对科研人员的固有印象,却不足以解答记者心中的疑惑:眼前这个刚刚卸下演讲时的激情,舒服倚在黑皮旋转椅里的中年人,在34岁已成为国家863计划高温超导限流器研究项目的首席科学家。也是他,带着一个平均年龄35岁的团队,一举站在世界高温超导技术研究的最前沿。究竟什么成就了他,又成就了这个团队?

是对理想与创新的“饥饿感”。“这与你在研发中砸了多少钱没有关系,而在于一些谨小慎微的变化能否让你热血沸腾。”他轻描淡写地证实了记者的这一判断,眸中荡漾着不容忽视的一股执着。

超导“拓荒”

2011年的4月8日,临近下班,处理完电工所日常事物的肖立业在自己的办公室静静坐了很久,他后来对记者说,“那一天的心情有些特别”。

100年前的这一天,荷兰莱顿大学物理学家昂纳斯教授在实验中观察到,在冷却到绝对温度4.2度(摄氏零下269度)时,处于液态氦中的水银的电阻突然消失了,由此发现了超导现象。

这也是肖立业开展高温超导领域研究的第22个年头。

上世纪80年代后期,铜氧化合物超导电性被发现,因其临界温度突破液氮温区,激发了更大规模的世界性超导研究热潮。深化对超导电性的认识,实现超导材料方面创新应用是当时很多科学家的梦想。

“隐隐感觉到这是一个充满挑战和创新的新领域,将会是电气工程的最前沿学科。”当时的肖立业还是重庆大学电力系统自动化专业的学生,对超导现象产生的浓厚兴趣令他萌生了从事相关研究的念头。在此后的研究生和博士学习中,肖立业选择了高温超导磁体技术作为继续深造方向。

二十多年来,高温超导材料的发现让科学界及产业界欢欣鼓舞,许多国家都将超导技术作为21世纪具有经济战略意义的高新技术,并加快超导电力技术的应用研究与开发。但由于高温超导材料一般来说都属陶瓷材料,机械性能较差,并且像铋系这类第一代高温超导材料,其电磁特性也不理想,加之价格较贵,应用受到了很大限制。

“近半个世纪以来,大家对于超导材料在电力方面应用研究的热情,时常因为新型超导材料的发现而高涨,也时常被挫折扑灭。这种热情周而复始,直至今天。”肖立业并不回避这些年超导研究的曲折,尽管颇感无奈却无碍于他对于高温超导电力技术的热情。

1998年,肖立业选择回国发展,在国内积极开展超导电力技术的研究。

彼时的美国、日本、英国等发达国家在高温超导电力研究开发方面已投入巨大力量。2000年,美国超导公司的低温超导储能系统甚至已开始投入工业应用,在重要负荷和配电网中得到了实际应用。这对于我国刚刚起步的超导研究无疑是绝大挑战。

归国后的肖立业开始组织电工所超导电力研究工作,“一开始,还仅是很小的样机,小实验而已,很多研究工作需要重新捋出头绪。”

随着近年来国家对超导技术研发的重视程度不断提高,肖立业和团队逐步缩小了与国外研发差距,先后主持了国家863项目、973课题、国家自然科学基金项目、中国科学院知识创新方向性项目以及北京市重大科技项目10余项目,项目的研究涉及高温超导电力应用基础和关键技术、高温超导限流器、高温超导变压器、高温超导电缆、高温超导储能系统等多方面。

科研的道路上,注定是要耐得住寂寞的。历经了无数失败,在进入超导领域研究的第22年,肖立业和他的团队终于迎来了属于他们的“盛事”——去年4月19日,也就是超导现象发现100周年仅仅11天之后,综合上述研究成果,由电工研究所承担研制的中国首座超导变电站在甘肃白银市投入电网示范运行。

“这是我国首座超导变电站,也是世界首座超导变电站。”肖立业的眼中尽是自豪和满足,“标志着我国在国际上率先实现完整超导变电站系统的运行。”

采访中记者获悉,这座超导变电站采用的四项超导技术中,超导储能系统是目前世界上并网运行的第一套高温超导储能系统;超导限流器是中国第一台、世界第四台并网运行的高温超导限流器;超导变压器是中国第一台、世界第二台并网运行的高温超导变压器;三相交流高温超导电缆是研制时世界上并网示范的最长的三相交流高温超导电缆……“白银超导变电站汇集了我国超导电力技术近十年来最新、最先进的研发成果,拥有近70项完全自主知识产权。”肖立业如数家珍般地向记者介绍着这项工程。

如今,这座被两院院士评选为“2011年我国十大科技进展奖”的全超导变电站示范系统仍在运行中,“我们将密切监测变电站的运行数据,对于出现的问题进行优化、完善,这也将是未来我们努力的方向。”

在未知的领域里探索如同走进黑夜的旷野,不知脚下的路在何方。“而一旦找对路,所有的结果得到印证,就有豁然开朗的感觉,这是科研给予我们的最大乐趣。”在肖立业身上,记者能够很轻易的捕捉到那种因兴趣而生的专注,因激情而生的快乐。

而这种专注与快乐也成为支持他和团队继续前进的动力,他寄希望于在高温超导领域建立“更加清晰的发展模式”。在肖立业眼中,现在更似超导电力设备产业化的“前夜”,仍需进一步提高超导体的临界温度、研制出力学性能和电磁性能良好的超导线材、大幅度提高制冷系统的效率和使用寿命,进一步扩大应用示范规模。

“现在很难预计究竟要多久才会进入大规模实用化阶段,但目前我国的超导电力的研究、示范在国际上处于前列,尽管困难重重,但超导电力一旦变为现实,对电力、能源行业都将是变革性的变化,值得期待。”

直流输电革命

值得期待的或许更多。

从某种程度上,肖立业不仅是一名从事高温超导技术研究的科研人员,更是一个引领电气行业技术发展方向的科研院所的领路人。如果说企业家最基本的使命是带领企业活下去,那么,肖立业显然需要看到的更多。

“未来我国电气行业会面临重大变化,最主要的推动力量就是能源结构的调整,尤其是新能源的应用。”肖立业言辞肯定。

近年来,受政策大力扶持影响,我国新能源发展异常迅速,占能源比重不断提高,主要产品产量大幅增长,产业规模已经居于世界前列。尽管“大而不强”、核心技术缺失、政策不配套等因素依然严重困扰行业的健康发展,但长久看来,发展以可再生能源为主的新能源,并代替常规能源已是必然趋势。

“由于可再生能源的资源特点及发电模式与常规能源具有很大区别,将对未来电网发展带来革命性的挑战,这就需要我们对未来电网运行模式进行重新思考。”肖立业强调。

他形象地给记者比喻,“这正如一个企业,一定需要采用合理的组织架构和健康的运行机制,才能实现良性、高效发展。未来可再生能源的大规模发展也同样需要依赖安全、高效的电网结构和新的运行模式。”

追溯历史,人类最初的输电方式是直流输电。由于不能直接给直流电升压,于是三相交流发电机和变压器被相继发明。从此,交流输电普遍代替了直流输电,并确立了交流输电的主体地位,从而形成了今天普遍被采用的交流电网。

然而电力系统的规模迅速扩大也使得交流大电网的安全稳定性问题日益突出。未来,能源结构的调整将使得电网规模较当前有成倍的增长。“如果仍然以交流模式为主导,则电网的不可预知性和安全稳定性问题将会更加突出。”肖立业对此不无担忧。

为了探讨输电方式回归直流输电的可能性,自2009年初以来,肖立业带领团队对我国未来直流电网建设的合理性、网络架构和广域可再生能源资源互补利用模式及超导直流输电技术等开展了研究,他们甚至从气象局购买了大量的天气数据来证明可再生能源本身具有很好的时空互补性,电网内的可再生能源作为一个整体,其间歇性和波动性大为降低,也将大幅度降低对电力储能系统的需求,提高电网的效率和效益。

“未来的输配电网和分布式电网将逐步向以直流为主的运行模式方向发展!”肖立业认为,“如果采用交流模式,就无法对广域电网内的可再生能源进行有效地整合。直流电网对于电网的冲击很小,不存在其他风险,未来电网向直流运行模式的革命性转变也将催生大量的科技创新机遇和一大批战略性新兴产业,在技术方面却需要很大的突破。”

事实上,除了电网的直流化将对电气行业提出了新的挑战,能源变革以及节能减排对于电能需求的变化,也对现有的电网、输配电装备提出了更高要求。

“智能电网概念现在热得很,但关键是如何将传统电气设备变为智能化设备并在全电网范围内实施统一的协调控制。”肖立业说,未来的智能电网需要很多通讯、信息手段,但最终电网将由很多智能设备构成。“就如企业里面不仅需要领导有敏锐的判断力,也要求下面的员工有很好执行力。智能电网的建设也要求每一台设备都具备智能化功能,特别要重视直流输配电技术与装备、新型电力电子器件及装备、超导直流输电技术、分布式直流电网技术、直流电网用高性能电力传感器、高性能电动汽车动力电池与分布式储能技术等的研究开发与应用示范,这对于传统电气行业将是很大的挑战。”

作为业内专家,肖立业深知其将带来的变革之大,“如果所有的设备都具有智能化功能,加之整个电网具有很好的通讯功能和条件,经过大量的‘云’计算,就可以尽早研判电网可能会出现哪些问题,建立应急预案并找到有效的解决方案,这才是智能电网的精髓所在。”

迎接“智力爆炸“时代

“路要用自己的脚去走,也要有同行的人一起走才会是通路。”这是电工所一名科研人员的微博签名。

现在,对肖立业来说,他的责任远远不是个人出成果那么简单,更重要的是要带领整个电工所走向更高方向,因为他们每一个都是他这一段科研之路的同行者。

“我们现在正在筹备推进‘云科研平台’建设,将电工所科研人员的智力资源共享起来。实际上,一个研究所,这么小的规模,还谈不上所谓的‘云’,但我们可以采用‘云’的模式”。这些年,肖立业希望可以集成众人智慧,探索出一条与众不同的科研之路。

作为经历了“知识爆炸”、“信息爆炸”年代的一批科研工作者,“未来将处于什么样的‘爆炸’年代呢?”这是时常萦绕在肖立业脑海中的疑问。

而答案也似乎在近年来他对‘云’计算知识的研究探索中逐渐清晰。“现在的‘智慧地球’、‘物联网’、‘智能电网’等成为众人关注的焦点,实现这些理念的关键在于建立一个覆盖广域范围且采用统一标准的开放共享平台。我们现在谈‘云’计算只是一种信息的处理手段,但实际上我们可以将以软件和数据等为载体的智力资源通过‘云计算’平台开放共享起来。每一个人都可以在执行自己任务的程序里面直接调用‘云’中所有由他人贡献的智力资源,就像在个人计算机中调用自己的程序和数据一样简单。”

如此发展下去,任何人均可以轻松地通过“云计算”平台完成十分复杂的任务,并无穷地产生一系列新的研究成果。“这相当于智力膨胀了很多倍,我们即将进入一个全新的时代‘智力爆炸’时代!”肖立业调整了一下坐姿,略有些兴奋的提高了音量。

但无法回避的问题是,所谓的“智力爆炸”有一个前提条件,就是参与其中的每个人都愿意通过一定的方式将自己创造的智力资源开放共享,否则所谓的“智力爆炸”则无从谈起。

如何保障其他人也愿意将自己所掌握的智力资源通过这样的方式开放共享呢?在很多情况下,这似乎是一种颇为理想的状态。

还不待记者问完,肖立业就抢着给出答案,似乎这些疑问已在他内心深处反复考虑过。“这需要机制、体制的‘护航’,智力经济将是未来社会的发展形态,现在亟需围绕此进行完善顶层设计。”

肖立业认为,如果“云科研平台”建设成功,该平台便能将所有科研单位的所有计算机和设备接入这个平台,并且将所有科研人员的各种智力资源通过这个平台实现共享,那么,学科交叉研究就可以通过这个平台得以轻松地实现,许多复杂问题就可由科研人员通过这个平台来轻易地解决,创新成果及其产出速度也可以大幅度增加。

前瞻性的看待事物,严谨却不刻板,是采访至此记者对于肖立业的感受。闲聊中记者常会模糊对他的判断,这或许是由于在近两个小时的采访中,他不经意间流露出的领导管理者气质,因为他多次举例说明了电网的运营与企业管理有异曲同工之妙。

采访中他接了两个电话,尽管具体内容不得而知,但反复强调的“一定要突出科研人员的作用,多听取他们的意见”却透露出他对于团队建设的重视。

“科研团队一定要能够对创新保持激情,激情或许不能使我们免于挫折,但是当激情遭遇天赋,或许我们就有机会去实现超越。”采访中记者获悉,目前电工所已经制定出“创新2020”发展规划,“我希望未来的电工所在关键技术研究方面能够助推行业和社会的发展,在基础科学研究方面能够为增长人类的知识做贡献。”言语之间,肖立业对于未来发展的期许与激情彰显无遗。

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