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这个创造世界纪录的团队,想改变一点点世界

2025-05-07 10:25世界记录

■中国科学报记者 陈欢欢

在中国科学院工程热物理研究所(以下简称工程热物理所)研究员陈海生的“朋友圈”中,至今流传着他认真写论文、催导师改论文的故事。

但发论文不是陈海生做科研的初心。

“现在发表的文章,5年或者10年后能不能转化为实际生产力?”这是陈海生2009年刚回国时思考的问题。

如今16年过去,陈海生带领团队开发的大规模压缩空气储能技术,不仅从论文变为专利,还成为实实在在的工程,服务国家、造福大众。团队“从0到1”的创新历程,入选中国科学院建院75周年75个科技创新故事,近日相关成果获得中国科学院杰出科技成就奖。

陈海生很喜欢一句名言:人活着,就是为了改变世界。他给这句话加上自己的注脚:哪怕改变一点点也行。

300兆瓦级先进压缩空气储能系统。 工程热物理所供图

创新是敲门砖

工程热物理所储能研发中心(以下简称储能研发中心)正在做的这件改变世界的“小事”,就是被《科学》评为人类面临的125个终极科技问题之一的储能技术。

2020年9月,我国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,可再生能源发展进入快车道。但可再生能源天然具有波动性、间歇性特点,给电网安全、稳定运行带来严峻挑战。储能系统就像一个巨型充电宝,可以提高电网对可再生能源的消纳水平,减少弃风、弃光现象,是构建新型电力系统和进行能源***的关键支撑。

早在2009年,陈海生便看到了大规模储能技术的战略制高点和发展趋势,带领团队踏入了这条宽阔的赛道。那时,各种新型储能技术刚刚起步,唯一成熟的“参赛选手”就是抽水蓄能电站。

“我们的目标就是瞄准抽水蓄能这个‘老大’,接近甚至超越它。”陈海生说。

研究团队首先要解决传统压缩空气储能技术的“先天不足”和“水土不服”问题。当时,传统压缩空气储能电站的效率较低,德国、美国两座电站仅分别为42%、54%。此外,传统压缩空气储能电站没有摆脱化石能源,需要依赖天然气提供热源,而我国能源禀赋是贫油少气。

因此,最初选定这一研究方向就存在很多质疑的声音。有人认为新能源不成气候,储能前景不大;有人认为技术上太难,很难实现突破;也有人认为国外也仅有两座电站,我们不可能大规模发展起来。

但陈海生心里有数,他说:“我们没有什么优势,只能从零开始,创新、创新、再创新。”

陈海生指出,过去100多年来,叶轮机械的设计理论都是基于热力学第一、第二定律,认为单位工质热功转化过程越接近卡诺循环,效率越高。

“但我们研究发现,压缩空气储能系统要想获得最高效率并不遵循卡诺循环的方向,而是储能和释能过程的‘原路返回’。”陈海生解释说,单一部件的高效率并不足以带来系统的高效率,只有实现储能和释能的过程对应、参数匹配,才能真正提高效率。

由此,研究团队提出了有别于传统技术路线的中国方案——先进压缩空气储能新原理系统。其先进之处在于,在不使用天然气的前提下大幅提高效率,300兆瓦系统设计效率达到72.1%,为目前全球最高,与抽水蓄能相当。

创新成为叩开一扇原创技术大门的敲门砖。

一步一个脚印

要将理论创新转化为技术创新,需要人才、平台、经费等各方面资源。这对当时刚刚回国、“囊中羞涩”的陈海生来说,是一个不小的挑战。

陈海生没有仅盯着“明天的面包”,而是郑重制定了一个面向2030年的时间表,计划从小到大进行突破,一方面降低风险,一方面积累经验。

储能研发中心主任徐玉杰回忆,2009年时,谁也想不到储能会发展起来,国内连压缩空气储能的实验台都没有。

于是,陈海生带领团队首先搭建了一个15千瓦实验台。由于没有场地,他们给两栋楼之间的夹道装上一扇门、盖一个顶棚,作为实验室。虽然简陋,却是团队难忘的起点。

此后,研究人员一步一个脚印,从1.5兆瓦到10兆瓦、再到100兆瓦和300兆瓦,4次建成“国际首套”系统。

储能研发中心总工程师李文表示,每次规模放大都不是简单叠加,而是从设计参数到关键部件的彻底创新。更大的难点在于国内外都没有可参考的先例,完全靠自己摸索前行。

15年来,团队成员的足迹遍及河北廊坊、贵州毕节、河北张家口、山东肥城、河南信阳、宁夏中宁,常常一待就是一年半载,哪里有项目,哪里就是第二科研战场。通过不断的技术创新,示范项目的系统额定效率稳步提高,从52.1%到60.2%,再到60.7%、70.2%、72.1%。哪怕是小数点后的这一点提升,也是所有人共同奋斗的结果。

2024年4月,国际首套300兆瓦先进压缩空气储能国家示范电站并网发电,年发电量约6亿度,每年可节约标准煤约18.9万吨,减少二氧化碳排放量约49万吨。

15年的时间,研究人员用实实在在的项目和数据回应了当年的质疑。

不过,300兆瓦并不是极限。据悉,团队目前正在研发更大规模、更高效率、更低成本的压缩空气储能技术。“感谢中国科学院和国家创新体系,一路支持我们开展战略性、前瞻性,同时也需要长期探索的重大技术研究。”陈海生说。

为了理想跳出舒适圈

“实验室里样机运转一次就能发表论文,但产品化要求每次都必须稳定运行,商品化则同时要追求性价比。”陈海生感慨,一项技术的产业化甚至比实验室研发还难。

在技术创新这条长链上,任何一个环节的失误,都可能导致最终的失败。陈海生也认识到“科学家做产业化,很多事情不在行”。他的应对方式是主动学习政策理论和经济知识。从2012年开始,他们参与行业调研、撰写相关报告,算好技术发展的经济账,为国家制定相关政策和规划提供行业见解,推动行业整体发展。

2018年下半年,随着10兆瓦示范电站建成运行,首套100兆瓦示范电站建设如火如荼,产业化公司中储国能(北京)技术有限公司应运而生。

如今,研究所和公司形成了“1+1>2”的效果。研究团队专注于更高参数的原始创新,公司则担负起关键部件研发和制造、系统集成和运行的重任,并不负众望地实现100%的装备自主化率。

有人认为技术转移至企业后,科学家就可以甩手不管了。对此,陈海生并不同意,并总结出一些经验。

首先是以“我”为主开展示范。“有的投资人嫌技术开发太慢,问能不能半年完成。我明确拒绝,技术开发必须按科学规律来,请他理解。”陈海生说。

其次是适时转变角色。前期由技术主导,后期要清醒地让位于市场,由市场主导。

最后是专注。“战略难点有时候不在于做什么,而是不做什么。我们团队15年来只专注做压缩空气储能这一件事。只有排除干扰、抵住诱惑、集中精力、持之以恒地不懈奋斗,才能实现理想。”陈海生说。

“锚定目标不放松”是许多团队成员始终坚守的原因。徐玉杰表示:“有这么一个平台能坚持专心做一件事,让大家觉得踏实、有信心,大家不断向上走,实现了个人与团队的互相成就。”

《中国科学报》 (2025-05-06 第1版 要闻)

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