http://m.casecurityhq.com 2012-09-05 17:00 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)
導(dǎo)讀:電機(jī)涉及到方方面面,從發(fā)電,到用電。任何一點(diǎn)電機(jī)效率的提高對(duì)行業(yè)來(lái)講都特別重要。中國(guó)是世界上最大的電機(jī)生產(chǎn)國(guó),但是中國(guó)電機(jī)的出口和整體水平,跟國(guó)外還有不少的差距,特別是效率和材料消耗方面。要想最大地降低損耗,最大效率利用能源,高效節(jié)能電機(jī)無(wú)疑是最好的選擇。但是由于成本較高,其市場(chǎng)普及率并不高。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題,來(lái)看專(zhuān)家如何回答。
人類(lèi)目前使用的絕大部分電能都是由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的,據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界工業(yè)用電動(dòng)機(jī)消耗了總發(fā)電量的30%—40%,在我國(guó),超過(guò)60%的年發(fā)電量被各種各樣的電動(dòng)機(jī)所消耗,轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力。
如何最大地降低這種自身?yè)p耗,最大效率利用能源,高效節(jié)能電機(jī)無(wú)疑是最好的選擇。但是由于成本較高,其市場(chǎng)普及率并不高。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題,在電機(jī)行業(yè)專(zhuān)心探求數(shù)十年的曲榮海教授用一句話(huà)來(lái)回答:“降低研發(fā)成本,降低材料成本,降低自身能源損耗,提高輸出效率”。而這,也正是這位務(wù)實(shí)專(zhuān)注的科學(xué)家一直在做的事情。
“心有多大,路有多遠(yuǎn)。”有些人的人生曲線(xiàn), 注定要與眾不同。
從意氣風(fēng)發(fā)的草原兒郎成為上世紀(jì)八十年代的清華驕子,從求學(xué)就職十多年的水木清華再到大洋彼岸的美國(guó)威斯康辛大學(xué),從讓人夢(mèng)寐以求的GE研發(fā)中心總部高級(jí)工程師到華中科技大學(xué)教授,他的腳步橫跨了半個(gè)地球,但是當(dāng)你細(xì)細(xì)察看,每個(gè)腳印里都只有四個(gè)字:中國(guó)電機(jī)。
他就是華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院副院長(zhǎng)、博士、博士生導(dǎo)師曲榮海教授,國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專(zhuān)家,強(qiáng)磁場(chǎng)工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任,IEEE高級(jí)會(huì)員,IEEE多個(gè)會(huì)議和期刊審稿人,Sigma Xi會(huì)員,中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員,擁有中國(guó)、美國(guó)、日本、歐盟等10個(gè)國(guó)家和地區(qū)的發(fā)明專(zhuān)利幾十項(xiàng)……盡管有這一長(zhǎng)串成就,他卻始終給人一種如沐春風(fēng)的感覺(jué)。走近他,他的儒雅有致、條理分明使得交流都成為一種學(xué)習(xí)和享受,那枯燥辛苦的科學(xué)探求之路也讓他以淺顯風(fēng)趣的語(yǔ)言娓娓道來(lái)
遠(yuǎn)渡重洋,漫漫電機(jī)探索路
對(duì)曲榮海來(lái)說(shuō),當(dāng)初深藏內(nèi)心深厚的清華情緣遠(yuǎn)赴美國(guó),只是為了今天的厚重回歸。而這些年來(lái)的辛苦求學(xué)和科研工作,也都只有一個(gè)目標(biāo),那就是振興中國(guó)電機(jī)產(chǎn)業(yè),讓中國(guó)有能力生產(chǎn)出世界頂級(jí)電機(jī),徹底擺脫對(duì)于國(guó)外的技術(shù)依賴(lài)。
在這個(gè)過(guò)程中,他的努力也為他帶來(lái)了一般人難以企及的成就。數(shù)十年來(lái),曲榮海以高參數(shù)復(fù)雜電磁結(jié)構(gòu)裝置與系統(tǒng)為研究對(duì)象,進(jìn)行多種新型特種電機(jī)的設(shè)計(jì)與研發(fā),先后提出了多種新原理和新方法,發(fā)明了多種新型電機(jī)拓?fù)?,其研究成果處于?guó)際領(lǐng)先水平,在電磁場(chǎng)耦合機(jī)電能量轉(zhuǎn)換理論研究、大型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)、新型大功率海底永磁電機(jī)、高電磁參數(shù)電磁裝置等領(lǐng)域均取得了標(biāo)志性成果。
而他在電機(jī)領(lǐng)域的探索亦早已顯露出了非凡的天份。早在2003年,曲榮海剛剛進(jìn)入美國(guó)GE公司全球研發(fā)中心總部,就一鳴驚人地根據(jù)多電磁場(chǎng)耦合機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理,發(fā)明了新型高功率密度雙側(cè)(雙轉(zhuǎn)子或雙定子)電機(jī)拓?fù)?,并形成了完整的理論和設(shè)計(jì)方法。與普通單側(cè)電機(jī)相比,該電機(jī)功率密度提高了80%以上,成功排除了大型直驅(qū)式電機(jī)向更高功率發(fā)展的障礙。該技術(shù)后來(lái)應(yīng)用在了由美國(guó)能源部支持的3.5兆瓦永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的研制中,是世界范圍內(nèi)首次將雙側(cè)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電領(lǐng)域。憑借這項(xiàng)發(fā)明,他榮獲了GE全球研發(fā)中心技術(shù)成就獎(jiǎng),發(fā)表的相關(guān)學(xué)術(shù)論文獲得2002年IEEE IAS電機(jī)委員會(huì)頒發(fā)的最佳論文獎(jiǎng)。
2004年,曲榮海再創(chuàng)新高,發(fā)展了高電磁參數(shù)電磁裝置的設(shè)計(jì)和運(yùn)行理論,發(fā)明了多種超導(dǎo)電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)是一種采用超導(dǎo)體替代常規(guī)導(dǎo)體制造的電機(jī),由于超導(dǎo)材料中可以流過(guò)很大的電流,建立很強(qiáng)的勵(lì)磁磁場(chǎng),因此它能極大地提高發(fā)電機(jī)的功率密度,使發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊,體積和重量顯著降低。值得一提的是,它在非額定負(fù)載情況下的效率也較高,這一點(diǎn)對(duì)于功率隨風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)尤為重要。同時(shí),超導(dǎo)發(fā)電機(jī)還具有低振動(dòng)、低噪聲、電壓波形正弦性好等優(yōu)點(diǎn)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研發(fā)是提高風(fēng)電機(jī)組技術(shù)水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。2003至2010年期間,曲榮?;陔姶沤Y(jié)構(gòu)與機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)原理,成功研發(fā)了多種大型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),包括高速、中速和直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī),同時(shí)發(fā)明了多種電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、磁鋼保護(hù)方法、線(xiàn)圈繞制方法等,并應(yīng)用于實(shí)際;在中速發(fā)電機(jī)中,曲榮海將變速箱和永磁發(fā)電機(jī)集成一體化,縮短了機(jī)組軸向長(zhǎng)度,提高了機(jī)組效率,顯著降低了機(jī)組的制造、運(yùn)輸和安裝成本。該技術(shù)是目前世界上風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)之一,代表著中高速風(fēng)電機(jī)組的重要發(fā)展方向。
在航空及海底電機(jī)技術(shù)研究上,高可靠性對(duì)于航空電機(jī)、海底電機(jī)等至關(guān)重要,對(duì)此他提出了一套在惡劣工況下提高電磁裝置可靠性的設(shè)計(jì)原理,并將其應(yīng)用于新型高容錯(cuò)能力航空永磁發(fā)電機(jī)和一種新型大功率海底永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中。
……
在他看來(lái),現(xiàn)有的成績(jī)并非終點(diǎn),而只是一種準(zhǔn)備,一種為今日所做事業(yè)的必經(jīng)過(guò)程。不同的是,過(guò)去他是一個(gè)人在努力,而現(xiàn)在,他正致力于使更多的人對(duì)這個(gè)學(xué)科更加了解、熱愛(ài),與他并肩而戰(zhàn)。
人才建設(shè),引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新潮
“電機(jī)涉及到方方面面,從發(fā)電,到用電。任何一點(diǎn)電機(jī)效率的提高對(duì)行業(yè)來(lái)講都特別重要。中國(guó)是世界上最大的電機(jī)生產(chǎn)國(guó),但是中國(guó)電機(jī)的出口和整體水平,跟國(guó)外還有不少的差距,特別是效率和材料消耗方面。”
整個(gè)采訪(fǎng)過(guò)程中,他提到最多的是技術(shù)核心的原始創(chuàng)新:“我們要做就要做純粹中國(guó)血統(tǒng)的,要做就做最好的,當(dāng)然也是最適應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)的。這其中最為關(guān)鍵的,還是人才,我國(guó)這方面的人才太稀缺了,現(xiàn)在人才梯隊(duì)建設(shè)刻不容緩。”
為此,2010年8月中組部引進(jìn)風(fēng)電領(lǐng)域“千人計(jì)劃”向他拋出橄欖枝時(shí),他立即放下蒸蒸日上的事業(yè),離開(kāi)在美國(guó)的妻子和求學(xué)的孩子,孤身飛回祖國(guó),全職加入華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院。作為領(lǐng)軍人,曲榮海依托華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,于2011年9月正式成立華中科技大學(xué)創(chuàng)新電機(jī)技術(shù)研究中心。該中心定位于基礎(chǔ)和應(yīng)用研究,立足國(guó)際科技前沿,以滿(mǎn)足國(guó)家重大戰(zhàn)略需求為出發(fā)點(diǎn),力爭(zhēng)在電機(jī)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)方面成為世界一流的科技創(chuàng)新研究平臺(tái)。
僅僅兩年的時(shí)間,在學(xué)院支持和他的個(gè)人努力之下,中心的建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模。在基礎(chǔ)設(shè)施方面,搭建了三個(gè)特種電機(jī)測(cè)試平臺(tái),購(gòu)置了一系列相關(guān)儀器設(shè)備,為今后的科研課題研究打下了必要的物質(zhì)基礎(chǔ);在人才培養(yǎng)方面,他正在培養(yǎng)十位碩士、八位博士研究生和一位博士后,同時(shí)正在引進(jìn)海外電機(jī)人才,包括一名國(guó)家“青年千人計(jì)劃”專(zhuān)家、一名湖北省特聘專(zhuān)家等,并積極聯(lián)合院系內(nèi)二十多位教師、十多位教授參與課題研發(fā);在教學(xué)方面,針對(duì)學(xué)生對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)的缺乏,計(jì)劃開(kāi)設(shè)一門(mén)電機(jī)設(shè)計(jì)全英語(yǔ)課程,以推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的全面提高;在學(xué)術(shù)交流方面,具有長(zhǎng)期海外工作經(jīng)歷的他充分利用國(guó)際資源,開(kāi)展了多次交流活動(dòng),包括邀請(qǐng)國(guó)外著名教授來(lái)訪(fǎng)考察、參加頂尖國(guó)際會(huì)議、受邀至國(guó)外高校發(fā)表學(xué)術(shù)報(bào)告等。
有夢(mèng)想,才有可能成功!這些具體的工作,可謂繁重龐雜,但曲榮海卻樂(lè)在其中,因?yàn)?,他離自己的夢(mèng)想更近了。
“做最好的新型高效節(jié)能電機(jī),爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)中國(guó)從電機(jī)大國(guó)向電機(jī)強(qiáng)國(guó)的跨越!”,這看似口號(hào)的一句話(huà)卻在曲海榮心中響了二十多年。對(duì)當(dāng)年那個(gè)青澀的清華學(xué)子來(lái)說(shuō),這也許只是一個(gè)夢(mèng)想,如今,卻已然成為他的事業(yè)理想,也是他從未改變的方向。
對(duì) 話(huà)
問(wèn):我國(guó)在電機(jī)研發(fā)方面,同國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比有哪些方面的差距?對(duì)行業(yè)影響有多大?
曲榮海:就中小型異步電機(jī)來(lái)說(shuō),跟國(guó)外的比,我國(guó)一個(gè)同等性能的電機(jī)多用10%—20%的材料,而中國(guó)的產(chǎn)量每年大約有1.3億千瓦,僅此一項(xiàng)每年就浪費(fèi)了約10億多元??墒俏覀冑u(mài)的價(jià)格還相對(duì)低,這樣利潤(rùn)就會(huì)降低很多。我國(guó)的中小型電機(jī)的效率平均大約89%,而高效電機(jī)的效率平均可達(dá)94%,我國(guó)因此每年多耗電530億多千瓦時(shí)。這還只是大眾產(chǎn)品,雖然成本很高但還能做出來(lái),還有很多是做不出來(lái)的。比如說(shuō)中國(guó)的高鐵很發(fā)達(dá)吧,高鐵里的牽引電機(jī)也是國(guó)產(chǎn)的,但原始技術(shù)卻是進(jìn)口的。很多的基礎(chǔ)建設(shè)和大型設(shè)備,我們?yōu)槭裁床荒苓M(jìn)行原始設(shè)計(jì)原始創(chuàng)新,一定要從國(guó)外引進(jìn)?特別是一些尖端技術(shù),在國(guó)際上技術(shù)都是封鎖的,我們又該怎么辦?這個(gè)問(wèn)題困惑了我很多年,也激勵(lì)了我很多年。
好在現(xiàn)在我們國(guó)家已經(jīng)意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性,前段時(shí)間我看到國(guó)務(wù)院一個(gè)文件就是加快改進(jìn),提高電機(jī)的轉(zhuǎn)換效率,這方面已經(jīng)很迫切了。
問(wèn):如果國(guó)內(nèi)的所有電機(jī)技術(shù)能更新,每年能節(jié)約多少能源?
曲榮海:如果都能提高一點(diǎn),哪怕1%,那全國(guó)的整體效益非常大。很多人認(rèn)為,電機(jī)就是個(gè)器械,我買(mǎi)了用就行,大家沒(méi)有在意,也許你的電機(jī)多花了15%,多花點(diǎn)錢(qián),不在意。但大家沒(méi)意識(shí)到電機(jī)在中國(guó)的工業(yè)里無(wú)所不在,涉及面太廣。比如變頻空調(diào)技術(shù),被評(píng)為國(guó)家級(jí)獎(jiǎng),為什么它能評(píng)獎(jiǎng)呢,就是因?yàn)楣?jié)能,那么多空調(diào)都提高5%,能節(jié)省多少?規(guī)模效益,但是空調(diào)這種的電機(jī)在所有電機(jī)里占的還是很小的一部分。我國(guó)中小型電機(jī)因?yàn)樾蕟?wèn)題,每年多耗電530億多千瓦時(shí),浪費(fèi)相當(dāng)驚人,任何運(yùn)動(dòng)的東西沒(méi)有不用到電機(jī)的,所以這個(gè)行業(yè)還有很多事情要做。我現(xiàn)在做的比如牽引電機(jī)、風(fēng)電發(fā)電機(jī)、永磁電機(jī)和超導(dǎo)電機(jī)、伺服電機(jī)等,這幾個(gè)方向都是比較熱門(mén)的,也有很多的工作要做。
我現(xiàn)在正在作一個(gè)調(diào)研報(bào)告,各種電機(jī)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)差多少,然后材料浪費(fèi)了多少,但這個(gè)想做詳細(xì)、準(zhǔn)確了很難,需要很多方面的支持。我現(xiàn)在想做的就是把中國(guó)電機(jī)行業(yè)的整體水平調(diào)研出來(lái)。
問(wèn):在目前的研發(fā)過(guò)程中,您最重視的是什么?您現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化方面開(kāi)始進(jìn)行了嗎?有什么想法?
曲榮海:優(yōu)化。我經(jīng)常說(shuō),你買(mǎi)國(guó)外設(shè)計(jì),那是對(duì)他來(lái)說(shuō)最好的產(chǎn)品, 但對(duì)你來(lái)說(shuō)不一定是最好的。產(chǎn)品是怎么設(shè)計(jì)的,要有很多優(yōu)化。優(yōu)化什么??jī)?yōu)化的目標(biāo)是什么?
首先,在滿(mǎn)足功能的情況下,盡量降低重量和成本。比如說(shuō),我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)電機(jī),本來(lái)一個(gè)電機(jī)應(yīng)該設(shè)計(jì)成直徑大一些,短一些,這樣設(shè)計(jì)是最優(yōu)化的,產(chǎn)品最輕,用料最少。但是國(guó)外的高速公路只能運(yùn)輸4米的長(zhǎng)度,那運(yùn)輸成本就漲上去了。對(duì)比一下,還不如設(shè)計(jì)成細(xì)一點(diǎn)長(zhǎng)一點(diǎn),運(yùn)輸成本能降低很多,整體成本也會(huì)下降。在中國(guó)可能是4.2米,也可能是3.8米,這個(gè)結(jié)果是不同的。所以我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到很精細(xì)的程度,這就是優(yōu)化。
功能做到了,還有很多東西要細(xì)化。比如具體到每一個(gè)尺寸,做到什么程度,是和生產(chǎn)加工工藝有關(guān)的。我們能加工到1毫米,那就設(shè)計(jì)1毫米。如果你設(shè)計(jì)的是1毫米,但你加工不了,那就是設(shè)計(jì)得不好,不實(shí)用,就是一種浪費(fèi)。在這方面,我們一定要有做設(shè)計(jì)的精打細(xì)算,最簡(jiǎn)單的理解就是最少投入和最大產(chǎn)出。
產(chǎn)業(yè)化目前還沒(méi)有,因?yàn)槲蚁M茸龊眉夹g(shù),根據(jù)我國(guó)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出好產(chǎn)品,然后再產(chǎn)業(yè)化。好的東西做出來(lái)是不愁市場(chǎng)的。目前來(lái)講,需要項(xiàng)目出來(lái)了再去產(chǎn)業(yè)化,這樣才比較有意義。我們現(xiàn)在做的東西,不僅僅是一個(gè)發(fā)現(xiàn),而是一個(gè)系統(tǒng)工程,這需要一個(gè)過(guò)程和時(shí)間。