電能變換為我用

胡宇芬 蔣晶麗

海底石油輸送所需的無縫鋼管、特高壓變壓器所需的超薄硅鋼片、高速列車所需的耐磨輪軌，都需要高品質(zhì)特殊鋼。由于生產(chǎn)高品質(zhì)特殊鋼的關(guān)鍵裝備——電磁攪拌裝備長期被國外壟斷，這類國家亟需的高附加值鋼材曾經(jīng)大量依賴進口。

在湖南大學(xué)電能變換與控制創(chuàng)新團隊的攻關(guān)下，板坯電磁攪拌系統(tǒng)在國內(nèi)市場中的占有率已經(jīng)高達90%。2018年，團隊研制出了3.6m寬厚板坯電磁攪拌裝備，繼續(xù)保持著世界最寬板坯電磁攪拌裝備的紀(jì)錄。

電能變換與控制，簡言之就是為了滿足不同的生產(chǎn)與生活需求，將電能高效、高質(zhì)地變換為不同形式的其他能量，并對變換過程進行精確、穩(wěn)定控制的先進技術(shù)。24年來，這支團隊做了哪些了不起的事情？

團隊領(lǐng)頭人羅安院士概括為：除了研發(fā)出用于高品質(zhì)特種鋼的電磁冶金裝備，還有用于超薄銅箔的電解電源裝備、海島大功率特種電源裝備和電能質(zhì)量補償裝備等。“都是通過電能變換的創(chuàng)新，實現(xiàn)電能的高效、高質(zhì)利用，提高產(chǎn)品品質(zhì)并節(jié)能，滿足國家重大戰(zhàn)略與國防建設(shè)需求。”

基于多年的努力和創(chuàng)新，在剛剛過去的2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，湖南大學(xué)電能變換與控制創(chuàng)新團隊站上了領(lǐng)獎臺，獲得國家科技進步獎一等獎（創(chuàng)新團隊）。

凝聚人才，聯(lián)合攻關(guān)

大功率電能變換與控制是工業(yè)及國防領(lǐng)域中電能高效、高質(zhì)、高精度轉(zhuǎn)換的核心技術(shù)。在很長一段時間里，我國相關(guān)核心裝備缺失，嚴(yán)重制約著我國高端制造與國防建設(shè)。

為了滿足我國電能變換與控制領(lǐng)域的重大需求，1995年，羅安牽頭組建了湖南大學(xué)電能變換與控制創(chuàng)新團隊，開始技術(shù)攻關(guān)。

2003年團隊創(chuàng)建了教育部輸變電新技術(shù)工程研究中心，2008年入選教育部長江學(xué)者創(chuàng)新團隊。以此為基礎(chǔ)，團隊不斷凝聚人才開展科技攻關(guān)，先后培養(yǎng)出中國工程院院士、國家杰青、國家優(yōu)青等多名優(yōu)秀人才。依托團隊建立的國家電能變換與控制技術(shù)研究中心，擁有10個產(chǎn)業(yè)化基地，核心技術(shù)輻射全國。

目前，團隊獲授權(quán)發(fā)明專利187項，發(fā)表SCI/EI收錄論文500余篇。“可以說，團隊在電能變換與控制領(lǐng)域已處于世界先進水平，并引領(lǐng)了國際電磁冶金技術(shù)的發(fā)展。”羅安高興地說，年輕一代已成為團隊的主力軍。

助力高品質(zhì)特殊鋼走出國門

在江陰興澄特種鋼鐵有限公司的工廠內(nèi)，直徑0.15mm簾線鋼可拉絲1000km不斷絲。如此高品質(zhì)的特殊鋼，是團隊聯(lián)合湖南中科電氣股份有限公司研制的國產(chǎn)電磁攪拌和電磁加熱系統(tǒng)生產(chǎn)的。

長期以來，我國鋼產(chǎn)量雖居世界第一，但高品質(zhì)特殊鋼大量依賴進口。面對高密度磁場電磁攪拌的國際難題，羅安帶領(lǐng)團隊打響了新一輪的“攻堅戰(zhàn)”。他們發(fā)明了一種高密度電磁能量快速變換技術(shù)與方法，2007年在武漢鋼鐵（集團）公司首創(chuàng)了我國1.7m寬厚板坯高密度磁場電磁攪拌裝備，該裝備與先前國外領(lǐng)先的電磁冶金裝備相比，電磁攪拌力增加到2.2倍，能效比也提高到2.4倍。此后，團隊在2013年研制出世界首套2.8m寬厚板坯高密度磁場電磁攪拌系統(tǒng)，2018年又將最寬板坯電磁攪拌裝備的紀(jì)錄提高到3.6m。

此外，團隊還研制出世界首套30噸雙通道電磁加熱裝備，1500℃鋼水控溫精度由±5℃提高到±3℃。實現(xiàn)了連鑄工程師“低過熱度恒溫澆鑄”的夢想。

據(jù)統(tǒng)計，團隊電磁冶金成果已應(yīng)用于國家重大工程及國內(nèi)外160多家鋼鐵企業(yè)。其中，中間包電磁加熱系統(tǒng)獨占國內(nèi)市場。天津鋼管集團股份有限公司等企業(yè)生產(chǎn)的高品質(zhì)無縫鋼管，還出口到美國、歐盟等發(fā)達國家和地區(qū)。

實現(xiàn)超薄銅箔“中國制”

薄薄的電解銅箔，被稱為電子產(chǎn)品信號與電力傳輸、溝通的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。生產(chǎn)高效高質(zhì)的超薄銅箔，需要高精度的大電流電解電源，這也是一個國際難題。

團隊在反復(fù)思考、探索實驗后，發(fā)現(xiàn)了癥結(jié)所在，并反推發(fā)明了一種高精度電解新技術(shù)巧解難題。由此誕生的我國首臺高精度50kA大電流銅箔電解電源，將銅箔成品率大幅提高了15%，與國際領(lǐng)先產(chǎn)品相比，電流紋波由2%下降到0.5%，電源效率提高12%。僅節(jié)能一項，每噸銅箔電解可節(jié)電1320度。

目前，銅箔電解電源在國內(nèi)外100多條銅箔生產(chǎn)線成功應(yīng)用。在安徽銅冠銅箔公司，電解電源裝備生產(chǎn)出的18μm超薄銅箔，其晶體顆粒不僅分布均勻，還極其抗拉，強度是國家標(biāo)準(zhǔn)的1.96倍，已應(yīng)用于4G基站、智能手機等線路板中。

此外，團隊首創(chuàng)了我國3MVA海島特種電源系統(tǒng)，打破了國外技術(shù)封鎖，滿足了海島國防與民用重大設(shè)施高過載高可靠供電需求，這項技術(shù)已應(yīng)用于南海、東海等島嶼。

至今，團隊研發(fā)的成果已獲國家科技獎5項，電能變換裝備國內(nèi)市場占有率超過70%，創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益超過150億元。“下一步我們將在電聲變換、電熱變換及能源物聯(lián)網(wǎng)等電能變換領(lǐng)域進一步攻關(guān)，并把核心技術(shù)與裝備運用到水下通信傳輸、海底地形地貌探測、新型材料制備等方面。”提起未來，羅安充滿信心地說。（據(jù)《湖南日報》）