超导磁悬浮高速列车、新能源开发和节能减排、海岛自行供电……随着电力科技不断发展,电气工程逐渐成为现代科技领域中的关键学科之一。
自1999年进入湖南大学电气与信息工程学院,陈燕东在这里完成了从本科生到教授、博导的蜕变,现在同时担任省政协常委、湖南大学研究生院副院长、国家电能变换与控制工程技术研究中心副主任,见证了2022年湖南大学电气工程入选国家第二轮“双一流”建设学科。
国家科学技术进步奖创新团队奖、国家技术发明奖、中国青年科技奖……44岁的陈燕东已屡获高层次奖项,在他看来,“能服务于国家战略需求,带着团队把一个科研项目从无到有,再变成现实,是一件非常快乐的事”。
打破国外技术封锁
海底石油输送所需的无缝钢管、特高压变压器所需的超薄硅钢片、高速列车所需的耐磨轮轨、核电站所需的安全壳钢板……这些具备高强度、耐腐蚀等特性的钢材,正是国家建设亟需的高品质特殊钢。
尽管中国拥有世界最大的钢产量,但生产高品质特殊钢的关键装备——电磁搅拌装备一直是电磁冶金领域的“卡脖子”难题,导致这类高附加值钢材大量依赖进口。面对这一国际难题,在导师罗安院士的带领下,陈燕东夜以继日地攻关。
和普通钢材相比,特殊钢从钢水到凝固成型的连铸过程存在一个难题——为了达到不同的应用要求,特殊钢的钢水中需要掺杂各种微量元素,而在钢水自然冷却的过程中,微量元素往往会生成柱状晶,影响钢材品质,甚至出现表面裂纹。这时需要通过搅拌,才能使微量元素在钢水冷却过程中分布均匀。陈燕东解释:“1500多度的钢水不可能像水泥那样用普通机械搅拌,它会直接把工具融化,只能通过无接触的电磁搅拌。”
经历了无数次方案论证与完善后,陈燕东提出了板坯高密度磁场电磁搅拌与中间包电磁加热相关核心技术,破解了特殊钢连铸电磁冶金世界难题。这一成果已成功应用于上百家钢铁企业,生产出的特殊钢广泛应用于水面舰艇、高铁、石油等领域。
陈燕东参与攻克的另一项“卡脖子”难题,是海岛高可靠供电系统。
无电、缺电或供电可靠性差,是广大海岛、岸基普遍存在的情况,以前只能单靠柴油机组来供日常照明和生活用电,但无法满足海岛特殊负荷的高过载稳定供电需求。
海岛高可靠供电系统,原来是西方少数国家掌握的核心技术,对中国实行技术封锁与装备禁售。陈燕东和合作团队针对这一难题,经过前后十年的研究,终于实现了海岛特殊负荷的高过载供电,并已应用于南海、东海诸多岛屿。2021年,“海岛/岸基高过载大功率电源系统关键技术与装备及应用”获得国家科技进步奖二等奖。
着力研究新型电力系统
“每次攻克一个难题都特别开心,但作为科研工作者,其实郁闷的时间更长。”陈燕东将科研过程形容为“刹那的欢喜,长久的郁闷”。
在陈燕东看来,做科研要有兴趣、有足够精力投入、有大局意识。研究生期间第一次参与的臭氧电源项目,使他萌发了对科研的真正兴趣,让他一直坚持奔跑在这条道路上。
众多光环背后的陈燕东,也有终身难忘的失败经历,比如调试装置中核心器件突然爆炸。“当时理论上分析是可行的,结果调试程序一写发现不对。”陈燕东说,爆炸之后,器件从机柜箱里砰得一声弹出来,震耳欲聋,给他留下了短期的心理阴影,那几天都不太敢看实验装置。
“科研会存在失败,但往往失败才是让你真正进步的原因。”在陈燕东看来,一次成功不一定是好事,可能很多问题和漏洞都没有发现,只有在不断失败中才会反思问题出在哪里,获取真正有用的经验。
以新能源为主体的新型电力系统,是陈燕东目前的主要研究领域之一。对于“缺电大户”湖南来说,建设新型电力系统尤为重要。他告诉政协融媒记者,发展新能源和储能是大势所趋,但这一过程中有很多世界公认的难题需要破解,比如大量新能源并入电网系统后,容易导致系统不稳定。如何灵活利用电力电子变换器实现新能源高质量、高可靠友好接入,规模化储能如何支撑新型电力系统稳定等诸多难题,都有待破解。
“多能源互联智能微电网、新能源车光储充一体化,甚至水下多能源供电系统,都是我们的研究目标。”陈燕东说。
文 | 政协融媒记者 刘敏婕