打造原創(chuàng)技術策源地系列報道

科研“無人區(qū)”里從0到1的突破

　　技術引進的路走不通，只能自力更生找出路。

2006年，經(jīng)過專家論證，國家電網(wǎng)確定了《柔性直流輸電系統(tǒng)基礎理論與關鍵技術研究框架》（以下簡稱《框架》）。這意味著我國啟動了柔性直流輸電技術領域的全面研究。對趙巖來說，開啟的是全新的職業(yè)生涯，也是勇闖科研“無人區(qū)”的開始。

“世界首個柔性直流輸電試驗工程建成投運后，世界范圍內(nèi)的相關研究很活躍，然而進展卻十分緩慢?！壁w巖回憶，當時能參考借鑒的資料非常少，柔性直流技術研究要實現(xiàn)的是真正“從0到1”的突破。

　　該技術涉及多個專業(yè)，《框架》為期三年，牽頭人湯廣福確定了基礎理論研究、關鍵技術、系統(tǒng)分析等十個方向，制定了基礎理論—關鍵技術—設備研制—工程示范的總體技術路線。

　　作為團隊中的“長者”，也是“領頭羊”，30歲的賀之淵剛博士畢業(yè)，帶領和趙巖差不多大的“秀才”，開始闖關。

　　雖然平均年齡只有二十五六歲，但團隊卻集中了當時國內(nèi)柔性直流領域的主要力量。除了中國電科院，還有國家電網(wǎng)上海電科院、甘肅電科院、福建電科院、浙江大學、華北電力大學、四川大學等也參與了進來。

　　換流閥堪稱柔性直流工程的“心臟”。

　　在一間簡陋辦公室的一張幾平方米的桌子上，團隊里二十幾個人沒白天沒黑夜地干，像搭積木一樣搭出了原理樣機。他們白天忙著做試驗，晚上湊到一起分析問題、總結經(jīng)驗、布置任務，將第二天可能遇到的隱患考慮周全。正是在這樣緊湊、務實、高效的節(jié)奏下，他們開創(chuàng)性地開展了一系列的試驗項目，對技術做了初步驗證。

2011年初，帶著經(jīng)過無數(shù)次試驗的柔性直流成套設備，團隊遠赴上海南匯風電場開展工程實施工作。早春時節(jié)，上海飄起了鵝毛大雪，大家在零度的氣溫中，踩著梯子徒手安裝設備。項目地處遠郊，條件非常艱苦，中午大家就在工地蹲著吃飯，回城吃晚飯常常要等到深夜。

　　歷時7年，在國家電網(wǎng)總部的指導下，依托一系列科技項目，研發(fā)團隊在國內(nèi)首次建立了柔性直流輸電技術的基礎理論體系。2011年7月，亞洲首條柔性直流輸電工程在上海南匯建成，實現(xiàn)了我國在柔性直流輸電技術領域零的突破，投運時間比十幾年前開出高價轉(zhuǎn)讓費的國外公司僅晚了半年，真正實現(xiàn)了并跑。

　　示范工程投運后，研發(fā)團隊沒有停下創(chuàng)新腳步，繼續(xù)打造滿足更高電壓等級的柔性直流技術和裝備，最為人熟知的是500千伏張北柔性直流電網(wǎng)工程，讓“張北的風光點亮北京的燈”。

　　這幾年，國際直流輸電熱已成不爭的事實。2022年，團隊中標國外海上風電柔直并網(wǎng)工程，我國柔性直流輸電技術成功實現(xiàn)“走出去”。

產(chǎn)學研用一體化機制激發(fā)創(chuàng)新動能

“自行設計、自己安裝、自己制造，連實驗室建設都是自行研發(fā)建設起來的。現(xiàn)在回頭看，正是因為經(jīng)歷了一個完整的研發(fā)過程，我們對整個柔性直流輸電技術才有了一個更深刻的認識?！壁w巖同時感慨：國家電網(wǎng)的持續(xù)投入將創(chuàng)新團隊凝聚在一起，讓大家可以靜下心來做研究。

　　國家電網(wǎng)能源研究院副總工程師兼企業(yè)戰(zhàn)略研究所所長馬莉告訴記者，公司一貫高度重視科技創(chuàng)新工作，堅持加強科技投入，并建立了穩(wěn)定支持和有序競爭相結合的經(jīng)費投入方式，尤其對長線研究和基礎前瞻研究團隊給予了持續(xù)、穩(wěn)定經(jīng)費支持。

“從立項來看，只要是經(jīng)過科學論證、需要加快突破的重點方向，國家電網(wǎng)會持續(xù)給予大力支持，保證項目有延續(xù)、經(jīng)費有保障。同時，高端人才引領、電力工匠塑造、青年人才托舉‘三大工程’，暢通了科研人員的發(fā)展通道，讓科研人員有更大的‘成就感’和‘獲得感’；尤其是近幾年在中央企業(yè)中率先開展分紅激勵探索，項目分紅、崗位分紅等激勵措施，為科研人員提供了充分物質(zhì)保障?！痹隈R莉看來，科研人員最看重的，是國家電網(wǎng)把科研與應用結合，真正推動了創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈對接融合，實現(xiàn)了產(chǎn)學研用一體化，公司內(nèi)外的創(chuàng)新要素得以集聚并迸發(fā)出持久活力。

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代表作2

打造原創(chuàng)技術策源地——

大型國產(chǎn)化海上風電機組有了“試驗場”

◎本報記者 陳 瑜

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5兆瓦風機的單樁基礎已矗立于海上，其底部牢牢“抓住”水下30多米深處的海床。然而，風機葉片方案還沒著落。

　　葉片如同風電機組的心臟，重要性不言而喻。

6月，中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司（以下簡稱華能清能院）海上風電技術部主任劉鑫在接受科技日報記者采訪時，仍對2020年的那一次艱難選擇記憶猶新：是選擇技術成熟但價格高昂的外國進口碳纖維葉片，還是選擇國產(chǎn)首臺套碳玻葉片？

國產(chǎn)化設備鮮有海上試驗機會

2009年，我國風電行業(yè)開啟了一次“摸著石頭過河”的嘗試——風機被從陸上搬至海上，準確說是潮間帶。

　　潮間帶是指低潮位時海岸裸露出來的區(qū)域。十幾年后回看，業(yè)內(nèi)甚至直言，這不是嚴格意義上的海上風電。潮間帶風機比陸上風機增加了一些冗余設計，風機所受載荷與陸上風機幾乎沒有差異。但潮間帶試驗風電場項目開啟了國內(nèi)海上風電開發(fā)建設的新時代。

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　　自20世紀90年代以來，作為單體規(guī)模大、年利用小時數(shù)高的風電發(fā)展類型，國外海上風電技術發(fā)展到今天已日趨成熟。

　　發(fā)展海上風電，我國有著天然優(yōu)勢——海岸線長、可利用海域面積廣，而且風能資源主要分布在經(jīng)濟發(fā)達、電網(wǎng)結構較強又缺乏新能源的東南沿海地區(qū)?！半p碳”目標下，我國海上風電優(yōu)勢盡顯，發(fā)展速度加快。

　　華能清能院黨委書記、董事長李衛(wèi)東告訴記者，2020年底，我國海上風電累計裝機量已達世界第二，但大容量海上風電機組仍有多種關鍵部件被國外廠家壟斷。

　　李衛(wèi)東分析，這很大程度是因為，相較于陸上，海上風機運行環(huán)境更加苛刻，造價也更高：一座百萬千瓦的海上風電機場耗資大約150億元，運行過程中需要應對更加極端的氣候條件、更加復雜的海洋環(huán)境。開發(fā)商因而依賴于更穩(wěn)定、更高效的機型。

“將百億元設備放到距海岸幾十公里的海上，平時看不到，設備出了問題后，如果運氣不好，一兩周內(nèi)維修人員都可能因為天氣原因過不去，經(jīng)濟損失會很大?！崩钚l(wèi)東說，正因如此，之前大家更偏好國外成熟可靠的產(chǎn)品，不愿意使用國產(chǎn)化設備，從某種程度上說，國產(chǎn)化設備連試驗的機會都沒有。

合力打破海上風電機組國產(chǎn)化不了的“怪圈”

　　為實現(xiàn)大型海上風電機組國產(chǎn)化，2020年，作為我國最大的海上風電開發(fā)商之一，中國華能集團有限公司（以下簡稱中國華能）牽頭，聯(lián)合行業(yè)相關的整機廠家、零部件廠家、設計院、科研院所以及施工企業(yè)組成海上風電補短板技術攻關團隊，2021年又正式成立了更加緊密的海上風電技術創(chuàng)新聯(lián)合體。

“這是我國未來海上風電發(fā)展的重要抓手之一，也是國家能源安全的重要保障。我們希望站在產(chǎn)業(yè)鏈整體角度思考中國海上風電的未來?！痹诶钚l(wèi)東看來，作為產(chǎn)業(yè)鏈的“鏈長”，中國華能就是希望聯(lián)合全產(chǎn)業(yè)鏈，打破海上風電機組國產(chǎn)化不了的“怪圈”。5兆瓦大容量海上風電機組正是推進大型海上風電機組國產(chǎn)化的第一步。中國華能依托華能清能院，聯(lián)合華能江蘇公司、中國海裝等多家單位共同開展研發(fā)工作。

　　國產(chǎn)化之路并非一帆風順。劉鑫告訴記者，葉片的國產(chǎn)化過程中就遇到了重大技術挑戰(zhàn)，在最開始設計風機單樁基礎、塔架承載力時，考慮的是進口的成熟商業(yè)化葉片的重量，但國產(chǎn)化5兆瓦機組所配備的葉片長達80多米，項目組雖然革新了已有的葉片設計材料和制造技術，但與原始方案相比，新葉片的重量還是明顯增加。

　　增重后的風機安不安全？已經(jīng)打好的樁基礎能不能承載這超出的重量？一系列問題讓所有人擔憂，更直接關系國產(chǎn)化工作能不能干得下去。

　　作為承擔海上風電機組國產(chǎn)化的部門，劉鑫和團隊從葉片增重問題出發(fā)，采用了華能清能院開發(fā)的一體化載荷計算方法，對整個海上風電機組的葉片、機艙、塔架和基礎的運行負載做了大量精細的計算，確認葉片增重后風電機組仍可安全運行。

　　作為“鏈長”，中國華能鼓勵產(chǎn)業(yè)鏈的其他環(huán)節(jié)主動采用自有知識產(chǎn)權新技術、國產(chǎn)化新產(chǎn)品，還對國產(chǎn)化設備“免責”，打消廠家擔憂。最終，參研單位實現(xiàn)了大型海上風電機組葉片、主軸承、齒輪箱軸承等一系列核心關鍵部件國產(chǎn)化，取得了機組關鍵核心部件全部國產(chǎn)化的既定目標。

“這是以問題為導向，抓住機遇走出的一條自主創(chuàng)新之路?！崩钚l(wèi)東總結說。

國產(chǎn)化助推高質(zhì)量發(fā)展

　　國產(chǎn)化5兆瓦海上風電機組的成功，不僅邁出了解決能源領域關鍵問題上的堅實一步，對海上風電下一步平價化發(fā)展也意義重大。值得一提的是，中國海裝即將推出單機容量更大、葉片更長的海上風電機組，將有效降低海上風電成本。

　　中國華能黨組成員、副總經(jīng)理樊啟祥告訴記者，一直以來，中國華能高度重視自主創(chuàng)新，為更好發(fā)揮聯(lián)合體作用、高質(zhì)量打造原創(chuàng)技術策源地，出臺了專門的保障工作方案，以策源地為試點，賦予策源地所屬領域領軍人才更大技術路線選擇權、經(jīng)費支配權和團隊組建權，5兆瓦國產(chǎn)化大容量海上風電機組研制就是生動體現(xiàn)。

今年印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，提升東部地區(qū)能源清潔低碳發(fā)展水平，要積極推進東南部沿海地區(qū)海上風電集群化開發(fā)。與此同時，多地也錨定“藍?！保Ｉ巷L電“高質(zhì)量躍升發(fā)展”的主題逐漸明確，國產(chǎn)化將是助推高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手。

代表作3

打造原創(chuàng)技術策源地——

高溫氣冷堆：自主創(chuàng)新鑄就國之重器

本報記者 陳 瑜

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　　山東榮成石島灣，全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站示范工程現(xiàn)場，工程走向商運前的最終調(diào)試正在緊張進行。

2021年12月20日，示范工程并網(wǎng)成功，我國成為世界少數(shù)幾個掌握第四代核能技術的國家之一。

　　高溫氣冷堆被稱作“傻瓜堆”——發(fā)生異常情況時，該堆可以在不需要任何人為干預的情況下保持安全狀態(tài)。這對視安全為生命線的核電意義重大。

2003年至今，清華大學、中國核工業(yè)集團有限公司（以下簡稱中核集團）、中國華能集團有限公司（以下簡稱中國華能）“牽手”近20載，聯(lián)合一批大型企業(yè)，推動我國高溫氣冷堆從“樣品”變?yōu)椤爱a(chǎn)品”。從10兆瓦實驗堆到20萬千瓦示范工程，首臺套設備達2200多臺（套），創(chuàng)新型設備有600余臺（套），設備國產(chǎn)化率高達93.4%。

　　在清華大學核能與新能源技術研究院（以下簡稱核研院）黨委書記、高溫氣冷堆核燃料元件研發(fā)工作帶頭人唐亞平看來，并網(wǎng)成功是合作帶來的直觀效益，更深層的效益則是通過體制機制創(chuàng)新，把高校和企業(yè)緊緊地結合在一起，將“小核心、大協(xié)作”這一協(xié)同創(chuàng)新戰(zhàn)略構想落到了實處、取得了實效，這將給未來的高溫氣冷堆批量化、商業(yè)化、國際化帶來可觀前景。

合理配股 構建協(xié)同創(chuàng)新格局

2003年1月29日，清華大學10兆瓦高溫氣冷實驗堆成功實現(xiàn)72小時連續(xù)滿功率運行。實驗成功后，清華大學希望尋找志同道合且具有雄厚實力的央企合作推動成果產(chǎn)業(yè)化。此時，對正在為謀求更高質(zhì)量發(fā)展尋找突破的原中國核工業(yè)建設集團（2018年與中核集團重組）來說，清華大學的橄欖枝無異天賜良機。

　　雙方一拍即合，通過校企合作正式啟動高溫氣冷堆工程轉(zhuǎn)化研究。

　　作為參與合作談判的主要成員之一，中核集團中核能源科技有限公司（以下簡稱中核能源）黨委書記、董事長張國華回憶起當年的場景仍歷歷在目，“因為是第一次，大家都是摸著石頭過河，過程很艱苦，但也卓有成效，包括成立高溫氣冷堆科技成果轉(zhuǎn)化平臺——中核能源，推動高溫氣冷堆技術從實驗室走向市場，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”。

　　然而，“一拍即合”并不意味著“一帆風順”。

　　一開始，雙方都有顧慮：資本方懷疑技術方到底能不能研發(fā)出真正滿足市場需求的產(chǎn)品以實現(xiàn)自身投資價值，技術方也對資本方是不是真心實意、能不能堅定不移支持技術研發(fā)并進行商業(yè)推廣沒底。

“怎么分工、如何互補？怎么分擔責任、如何考慮收益預期？這些事情如果不明晰，會影響合作積極性、緊密程度以及投入力度?！睆垏A告訴記者，中核能源成立之初采用了雙方各占50%的股權分配方式，為“小核心、大協(xié)作”創(chuàng)新體系奠定了重要基礎。

2004年，隨著中國華能的加入，高溫氣冷堆示范工程三方合作、強強聯(lián)合的新格局正式形成，校企合作、協(xié)同創(chuàng)新邁上新臺階。

聯(lián)合攻關 共同承擔國家使命

　　高溫氣冷堆的高安全性主要得益于一種基于陶瓷型的4層包覆顆粒的全陶瓷型核燃料元件。這也是“買不來、要不來、討不來”的關鍵核心技術。

“清華大學在實驗室里將這項技術走通后，在國家科技重大專項支持下，與中核北方核燃料元件有限公司展開合作攻關，讓實驗室的技術實現(xiàn)了工程化、變成了生產(chǎn)力?！碧苼喥秸f。

　　作為全球首堆，示范工程沒有可借鑒經(jīng)驗，面臨諸多類似的高難度技術挑戰(zhàn)。

　　蒸汽發(fā)生器被稱為“核電之肺”，也是高溫氣冷堆最關鍵設備之一。2008年，承擔蒸汽發(fā)生器制造任務的哈電集團組建新團隊、建設新廠房準備一鼓作氣拿下新技術。

　　然而，問題接踵而來。最初的設計是將10兆瓦實驗堆小規(guī)模的非工業(yè)化設備數(shù)據(jù)提高兩到三個量級形成的，然而制造難度太大、經(jīng)濟性不好、后續(xù)可檢驗性不足。

2015年春，為加快蒸汽發(fā)生器制造，確保按期交付，在項目業(yè)主單位華能石島灣核電公司的組織下，作為EPC總包方，中核能源推動哈電集團制造專家、核研院設計專家及業(yè)主設備采購、安裝管理人員協(xié)同創(chuàng)新、聯(lián)合攻關。

　　聯(lián)合攻關團隊在高溫堆一比一的工程實驗室一起協(xié)作，經(jīng)過8個月不懈努力，前后完成8版設計，修改100多處細項，并一一驗證。2018年，從最初算起歷時10年，團隊攻克了30多項關鍵技術、打造出了“高溫氣冷堆之肺”，其中高精密換熱管對接焊工藝等18項重大工藝均為國內(nèi)首創(chuàng)。

　　出了錢還要出人？這在以前是不可思議的事，在示范工程建設過程中卻成為常態(tài)。

“因為是首堆，合同寫得再細，也會碰到很多沒有想到的事?！睆垏A經(jīng)常說，“不要把與清華大學的合作看作一般商業(yè)化工程，而要看成是在聯(lián)合攻關，在共同承擔國家使命?！?/font>