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，都需要高品質特殊鋼。由于生產高品質特殊鋼的關鍵裝備——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大量依賴進口。

在湖南大學電能變換與控制創新團隊的攻關下，板坯電磁攪拌系統在國內市場中的占有率已經高達90%。2018年，團隊研制出了3.6m寬厚板坯電磁攪拌裝備，繼續保持著世界最寬板坯電磁攪拌裝備的紀錄。

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

團隊領頭人羅安院士概括為：除了研發出用于高品質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量補償裝備等。“都是通過電能變換的創新，實現電能的高效、高質利用，提高產品品質并節能，滿足國家重大戰略與國防建設需求。”

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

凝聚人才，聯合攻關

大功率電能變換與控制是工業及國防領域中電能高效、高質、高精度轉換的核心技術。在很長一段時間里，我國相關核心裝備缺失，嚴重制約著我國高端制造與國防建設。

為了滿足我國電能變換與控制領域的重大需求，1995年，羅安牽頭組建了湖南大學電能變換與控制創新團隊，開始技術攻關。

2003年團隊創建了教育部輸變電新技術工程研究中心，2008年入選教育部長江學者創新團隊。以此為基礎，團隊不斷凝聚人才開展科技攻關，先后培養出中國工程院院士、國家杰青、國家優青等多名優秀人才。依托團隊建立的國家電能變換與控制技術研究中心，擁有10個產業化基地，核心技術輻射全國。

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

助力高品質特殊鋼走出國門

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

長期以來，我國鋼產量雖居世界第一，但高品質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，羅安帶領團隊打響了新一輪的“攻堅戰”。他們發明了一種高密度電磁能量快速變換技術與方法，2007年在武漢鋼鐵（集團）公司首創了我國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，2018年又將最寬板坯電磁攪拌裝備的紀錄提高到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℃。實現了連鑄工程師“低過熱度恒溫澆鑄”的夢想。

據統計，團隊電磁冶金成果已應用于國家重大工程及國內外160多家鋼鐵企業。其中，中間包電磁加熱系統獨占國內市場。天津鋼管集團股份有限公司等企業生產的高品質無縫鋼管，還出口到美國、歐盟等發達國家和地區。

實現超薄銅箔“中國制”

薄薄的電解銅箔，被稱為電子產品信號與電力傳輸、溝通的“神經網絡”。生產高效高質的超薄銅箔，需要高精度的大電流電解電源，這也是一個國際難題。

團隊在反復思考、探索實驗后，發現了癥結所在，并反推發明了一種高精度電解新技術巧解難題。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%，與國際領先產品相比，電流紋波由2%下降到0.5%，電源效率提高12%。僅節能一項，每噸銅箔電解可節電1320度。

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

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

至今，團隊研發的成果已獲國家科技獎5項，電能變換裝備國內市場占有率超過70%，創造直接經濟效益超過150億元。“下一步我們將在電聲變換、電熱變換及能源物聯網等電能變換領域進一步攻關，并把核心技術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《湖南日報》）