讓綠色發(fā)展“電力十足”

“因為我們中國科學院電工研究所是創(chuàng)新中心的理事單位，在鹽城有一處大功率電力電子與控制技術(shù)實驗平臺，所以我常常會和團隊在這邊做實驗。”中國科學院電工研究所副研究員、碩士生導師王環(huán)是河北廊坊人。北京交通大學電力電子與電力傳動專業(yè)本碩畢業(yè)后，她進入中國科學院電工研究所工作，在職讀完了博士。

2023年8月，江蘇沿海可再生能源技術(shù)創(chuàng)新中心在鹽城成立，王環(huán)團隊為該中心提供技術(shù)支撐。

掌握原創(chuàng)核心技術(shù)

光伏、風電等可再生能源規(guī)模化開發(fā)利用是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的重要途徑。我國規(guī)劃到2030年，風電、光伏發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上，為可再生能源發(fā)電技術(shù)提供了深度發(fā)展的歷史機遇。

我國光伏產(chǎn)品產(chǎn)量和光伏裝機規(guī)模全球最大，但是光伏行業(yè)長期缺少原創(chuàng)性的基礎核心技術(shù)，制約著我國光伏產(chǎn)業(yè)參與全球競爭。王環(huán)所在的中國科學院電工研究所團隊探索多年，提出了大型光伏電站直流升壓技術(shù)，成為我國所掌握的少數(shù)原創(chuàng)性光伏發(fā)電技術(shù)，為我國光伏發(fā)電提供了新思路。

光伏電站電能如何更安全高效地輸送和被利用，是王環(huán)一直以來探索攻克的命題。“傳統(tǒng)光伏電站交流匯集送出存在電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、匯集損耗大以及邊際電網(wǎng)接入穩(wěn)定性差等問題，而我們的光伏電站直流升壓匯集并網(wǎng)方案，可有效減少電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)效率，具有明顯技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，是未來大型光伏發(fā)電基地的重要發(fā)展方向之一。”王環(huán)耐心地解釋著直流升壓技術(shù)的優(yōu)勢。

以扎實基礎面對挑戰(zhàn)

2019年，團隊在王環(huán)的帶領(lǐng)下，成功研制出適用世界首臺±30kV/1MW集中型直流變換器，成為目前電壓等級最高的實現(xiàn)長期運行的光伏直流變換器；第二年，成功研制出世界首臺20kV/500kW串聯(lián)型光伏中壓直流變換器；同年在云南大理建立了±30kV/5MW大型光伏直流升壓并網(wǎng)技術(shù)示范系統(tǒng)，成為國際上首次應用中壓直流實現(xiàn)可再生能源高效匯集，為可再生能源高效利用開辟了新途徑。

王環(huán)說，多年研發(fā)工作，最重要的是一步一個腳印去做，“第一是要深入研究，第二就是要進行大量的實驗。”

身處新興行業(yè)的前沿，沒有行業(yè)標準可以依據(jù)，王環(huán)和團隊一起用大量的調(diào)研去解決標準缺失的問題。沒有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈配套，他們憑借扎實的理論功底和科研能力指導相應的廠家進行工藝改進，“原本我們只需要按照設計方案把所有部件直接集成就可以了，但現(xiàn)在我們需要理清從元器件到部件、設備再到系統(tǒng)整個產(chǎn)業(yè)鏈，在反復實驗中找到最優(yōu)解決方案。”

2020年年初，新冠肺炎疫情來勢洶洶，一切都按下了暫停鍵，而王環(huán)的項目正處于攻堅階段。過完春節(jié)，團隊就回到了所里，開始封閉式的實驗工作。因為設備在戶外，忙完了白天，晚上大家就打著燈實驗。這樣的狀態(tài)從2月持續(xù)到6月底。“像是進入了一個封閉訓練營，每天從早到晚就我們幾個人在一起，感覺大家變得更親密、更團結(jié)了。全身心集中到一件事上，反而更興奮，做起事來效率也更高。”

因為工廠停工，一些零件只能依靠團隊自己摸索著做。有一次，團隊做了一個高頻變壓器，實驗過程中一直在發(fā)熱。一個多月的連續(xù)測試，多次失敗讓大家有點沮喪。“當時也會想，要不就這樣吧，湊合能用就行，但后來想想，發(fā)熱問題不解決，就永遠是個隱患，不能等到推廣應用或者現(xiàn)場調(diào)試時出了問題再去解決。所以，我們還是選擇繼續(xù)，進行了七八輪的改進，終于把問題找到并解決了。”

大量反復的測試、長期的實驗運行，給了王環(huán)面對考驗時的信心和底氣。因為項目屬于國家重點研發(fā)計劃，又是世界首次運行，在云南的示范現(xiàn)場，眾多項目參加單位都為他們捏了一把汗。“王老師，你說這個系統(tǒng)能運行起來嗎？”面對大家的關(guān)注和擔憂，王環(huán)緊張之余更多的是篤定。“一次并網(wǎng)成功！對于這個結(jié)果我們并不意外，因為我們已經(jīng)做了無數(shù)的實驗，肯定沒問題。”

能源戰(zhàn)線上的“她力量”

王環(huán)的團隊有十名成員，七名男性，三名女性。

“一開始不是特別了解這個學科，從小學到高中，我一直比較偏向理科，也許是受身邊從事類似行業(yè)家人的影響，我選擇了這個專業(yè)，后來發(fā)現(xiàn)自己對做實驗感興趣，也就一直沒有改專業(yè)。”王環(huán)說，電力這門學科強調(diào)理論和實踐相結(jié)合，動手能力非常重要；創(chuàng)新、堅韌、協(xié)作則是最寶貴的品質(zhì)。

“沙戈荒”是沙漠、戈壁和荒漠的簡稱。由于這些地區(qū)植被稀疏、沙土飛揚、氣候惡劣，也被人們稱為“死亡之海”。然而，這片不適合人類居住的土地，卻是能源的綠洲。王環(huán)和團隊常常奔波于各個能源基地，艱苦可想而知。

“在海拔4300米的青藏高原做實驗，因為缺氧感覺腦子都停滯了，但遇到問題，還是得逼著大腦趕快轉(zhuǎn)起來，把問題解決掉。在青海玉樹，喝的是山上流下的雪水，全是沙子，上的是旱廁，一開始難以接受，但現(xiàn)在看好像也不算什么。”種種困難，如今的王環(huán)回憶起來是那么的云淡風輕。

“我們國家正在從高速發(fā)展邁向高質(zhì)量發(fā)展，而發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力是推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。綠色發(fā)展是高質(zhì)量發(fā)展的底色，新質(zhì)生產(chǎn)力本身就是綠色生產(chǎn)力。發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，離不開科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。從能源視角來說，近年來，我們的能源結(jié)構(gòu)在不斷調(diào)整，轉(zhuǎn)型升級，可再生能源正從配角逐漸變?yōu)橹鹘牵急仍絹碓礁摺？稍偕茉创笠?guī)模接入，且被安全穩(wěn)定又高效地利用，是我們實現(xiàn)‘雙碳’目標的一個重要途徑，也是我們致力于去攻克的技術(shù)關(guān)卡。”對于理想中那片綠色未來，王環(huán)期待著并為此努力著。