国网的“劳伦斯实验室”

2010-7-09 17:35 来源: 《能源》杂志
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  “电力系统是世界上最庞大,最复杂的人造系统,甚至超过航空航天。”在国家电网仿真中心交直流电力系统数模混合仿真实验室,很容易体会到中国电科院总工程师汤涌这个说法。

  在数百平方米的大厅里,2米多的黑色大型机柜排排矗立,里面的无数电子电路板加上一个大型计算机程序,就能模拟出真实的电网运行。在计算机终端屏幕上,显示着一张完整的全国电网地图。需要了解什么条件下的电网状况,在计算机上设置参数即可见,而物理的电子电路板能帮助计算机提高数字模拟准确度。看起来像插拔积木一般操作电路板,可能是在设置一个从四川到上海的完整电力系统。

  这是世界上最先进的第三代电力模拟系统。楼下的第一代动态模拟系统实验室则布满了小型发电机、变压器、线路、电动机、冰柜、大大小小的灯泡等,是一个更为直观的微缩电力系统。

  “航空航天系统难在精密,电力系统难在规模大、范围广、元件多,而且不能现场试验。”汤涌告诉记者,仿真试验研究对电力系统来说尤为重要。目前特高压电网的方案,都要在这个仿真中心反复试验,以论证安全可靠性。

  当年论证三峡工程的输变电方案,为了多种试验方法相互验证,汤涌和同事们专程去俄罗斯做了三个月的试验。

  这个投资2亿人民币建设的电力系统仿真中心与三个特高压试验基地、计量中心和国家风电研究检测中心一起,构成了大电网试验研究的物理基础。“我们国家的资源分布和需求决定了要发展特高压。”中国电科院电工研究所副所长来小康说,特高压不是一个技术和安全问题,而是经济需要远距离传输。

  现在特高压技术让国家电网在国际上的声音变大了。“由于我们地大网大,所以这方面的研究比较强。”来小康坦承,“如果没有特高压,没有大电网,有可能我们什么都不如人家。”

  曾深入研究特高压的美俄等国均放弃了建设,而中国的1000千伏交流示范工程已在争议中投运一年半。凭借国家电网公司特高压相关技术装备和试验基地,中国电科院开始争夺国际话语权。中国的特高压交流标准电压被国际电工委员会、国际大电网组织推荐为国际标准电压。国际电工委员会还成立了高压直流输电新技术委员会,并将秘书处设在中国,由国网公司承担相关工作。

  事实上,中国电科院早在1996年就开始做特高压的论证,甚至20年前就开始涉及这一概念。“专家觉得一个问题有研究价值,就会推动上面立项。”

  如今被国网人频繁提及的可控串补装置,就是名誉院长周孝信90年代看到的方向,并推动了研究。“首先是在院里自己立项,用一些基金先做起来,几年以后有了一定基础,觉得能做,就申请国家项目,像串补就是973项目。”等继续研究到了可以工程实施的阶段,国家电网公司就要介入支持。这时资金需求大,国网还要掂量上不上,找内外很多专家一起论证。汤涌告诉记者,一种技术从初期跟进到实验室再到现场应用,往往要十几年之久,院里重大的科技示范项目无不是十年磨一剑。

  中国电科院成为世界第四个掌握这一技术的企业,该产品在国内市场占有率达50%以上,并出口海外。

  汤涌领导的电力系统研究所还有支撑电网运行调度,解决疑难杂症的任务。从国家电网发展规划的制定开始,他们就要参与规划方案评估,考虑预想事故对规划方案的影响,运行现场出现异常,马上赶去找原因、提措施。此外,集中封闭搞项目会战也是常事儿。“我们相当于专家门诊,地方上自己看不好的就送到我们这来。”

  在高压所高级工程师李同生的回忆里,类似的技术服务是电科院建立初期的首要工作,主要为解决生产运行中的实际问题。在输电线路频繁发生事故的年代,现场调查和措施改进是他们最重要的日常工作。

  但后来,科研和技术服务的比例从“三七开”变成了“七三开”。第一个330千伏的刘家峡输变电工程,反复论证实验、更改方案的三峡输变电工程,正在建设的特高压电网,后面都是电科院在做技术理论支撑。

  但此前多年,无论技术服务还是科学理论研究,都与电科院自身产业关系不大。汤涌记得,中国电科院的主要风格一直潜心做科研,直到2000年的转制大会之后,科研开始加速面向市场,电科院旗下的科技公司逐渐背上盈利任务。

  但南瑞的机电自动化保护范围较专,主打一种核心产品,中国电科院的综合科研技术仍是国内第一。在企业的带动下,其技术研究和成果应用更加一体化,对产业需求的预测也更有的放矢。

  电科院的6000多名员工里,科研和产业的比例为1:2,去年的营收是34亿。不过若算人均值,还是“南瑞效益更好”。

  中国电科院承担着国家电网公司研发中心的功能,有做前瞻性研究,引领行业的作用,但来小康坦言:“当然我们原来的工作基础和产业结合还不是那么紧密,不一定做得很好,但我们在往这个方向上努力。原来研究院以技术支撑为主要工作,现在向引领作用发展。”

  2006年,新能源研究所和电工与新材料研究所相继成立,均指向前瞻性研究。

  新能源研究所成立时只有5个人,就将研究方向定为风电并网分析、风电机组检测、风能资源评价和风电功率预测。而那时外界还很少有人了解风电产业这些需求。如今已有90多人的新能源所,每天只有十几个人坐在工位上,大部分跑在各种现场。其研究也已初具规模,成为国内唯一具有国际互认可资质的风电检测机构。

  尝试对不可预知的风电进行功率预测,也是新能源所的工作内容。“我们拿以前的历史数据,加上数据天气预报,来预测明天的发电情况,能滚动预测未来24到48小时。”新能源所一位专家说,现在的准确率基本达到国际水平,已有7个网省电力调度中心投运了这套系统。不过汤涌认为,这些数据还是测算出来的:“看系统精准度,我们得说5年以后论英雄。”

  为了在世博上展示电网对风、光等可再生能源的调度能力,新能源所为国家电网馆做了风光储调度系统,智能电网、储能电站的控制系统等。有一段时间,他们每天工作到凌晨4点,但很多人至今还没有进过世博园。

  储能是来小康主管的工作内容之一。新能源和大电网催生了这一新的市场空间,他称这可能是“改变电网发展方式的革命性技术”,而中国也许会走在世界前列。他认同科技部一位副部长的论断:“中国的科研实力和国情相对应,在第三世界国家的前列,但我们电力是再往前一点。”

  中国电科院区内有个电动汽车充电站,也是来小康辖下的试验田。“我们充电技术没有拖电动汽车的后腿,时间表是由汽车制造业确定的。”他担心的是,各方一哄而上建充电站,不考虑对电网的影响,有一天会重蹈风电的覆辙。

  除了研究这些已为人熟知的东西,来小康还是超导电力研究所所长。“超导材料会引发整个电力系统的革命,但这是30年后的技术,我们也在关注了,这就是科技引领作用。”

  这样的作用,让人想起美国劳伦斯伯克利国家实验室。这个创建于1931年的实验室,已诞生了10个诺贝尔奖得主。