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电力电子技术如何助力能源领域实现“双碳”目标

中国新闻周刊发布时间:2023-08-08 14:25:22  作者:刘蕾

  “双碳”目标下,新型能源体系加快规划建设步伐。新型电力系统作为新型能源体系的重要组成部分,是助力能源转型,实现“双碳”目标的关键载体。

  2023年,我国非化石能源发电装机容量历史性超过化石能源发电装机容量。中国电力企业联合会《2023年上半年全国电力供需形势分析预测报告》数据显示,截至6月底,全国累计非化石能源发电装机容量占比达51.5%。随着非化石能源发电总量和消费总量占比日益提升,构建新型电力系统正变得迫切。

  “今后二、三十年,会看到大量可再生能源进入电网,变成一个个分布式的微电网,集合成一个大的电网系统。其中,会有很多电力电子设备在智能电网中出现,扮演重要角色。”中国工程院外籍院士、“台达电力电子科教发展计划”和“中达学者计划”主任李泽元说道。

  科技助力节能减碳

  “电力电子”一个不太日常的词汇,却已广泛应用于生产、生活的方方面面。为了让这一技术更直观地被理解,李泽元举了一个简单的例子,任何“开关”的概念,如果它的目的不是处理信号,而是处理能量的转变和传输,就涉及到电力电子技术的应用。

  这意味着,小到我们日常所用的手机充电器、变频空调,大到出行乘坐的电动汽车、高铁,工业领域的电源装置以及清洁能源并网等,都离不开电力电子技术。因此,电力电子技术在能源转换中的效能和质量,直接影响着多行业多领域的节能减碳效果。

  与李泽元携手合作三十余年的台达集团(以下简称“台达”),其创办人暨荣誉董事长郑崇华带给他的影响颇深。“三十年以前,可能大家还不太注意电能损耗的问题,郑先生注意到了,并把节能环保的理念传递给了企业的每一位工程师。”

  在台达创办人暨荣誉董事长郑崇华(左)、中国工程院外籍院士李泽元(右)的大力推动下,台达“科教两计划”已成功实施20余年。

  创立于1971年的台达,依托电力电子核心技术,从电源与元器件业务起家,如今已从十几人的小公司成长为拥有八万员工的跨国企业,为全球提供电源管理与散热解决方案。李泽元表示,郑崇华几十年来始终保持着对工作的热忱,对技术的热爱,以及节俭的生活态度,影响着台达始终把节能减碳放在企业发展的优先级,在电力电子技术上持续取得创新突破。

  目前,台达电源产品效率均超过90%以上,通信电源效能达98%,太阳能光伏逆变器效能可达99.8%,车用直流电源转换器效能可达96%;2010至2022年期间,其节能产品累积为全球客户节省约399亿度电,相当于减少2,105万吨二氧化碳排放。

  “我们曾在多地打造分布式智能电网及储能解决方案,以科技提升电网韧性,希望用行动为能源转型尽一份力。”在郑崇华看来,为了应对气候危机,构建以新能源为主体的新型电力系统,是推动能源清洁低碳转型、助力“双碳”目标的重要途径,这与电力电子学科及技术发展有很大关系。

  凭借台达在电力电子技术方面的核心优势,郑崇华和李泽元为推动国内电力电子学科教育和人才培养,已倾注了二十余年的心血。李泽元直言,过去二十多年,电力电子技术在中国的发展是出乎他意料之外的。

  培养“求好”型人才

  2000年,是中国经济腾飞的转折点,也是中国电力电子学科发展的转折点。在此之前,设置该项学科的国内高校并不多。

  “电子电子是一门应用型学科,与工业等领域的结合很密切,只要东西做得好,技术转移随时在发生。”李泽元表示,很多企业是发展起来以后,才意识到对电力电子技术的需求。

  “企业要找人才,首先瞄准了高校的老师。但那时候有经验的老师不多,企业又想把老师挖走。那么电力电子学科怎么振兴?”他向郑崇华建议,如果想在教育方面做点什么事情的话,可以做两件事:一是发展电力电子学科,二是“无条件”地为相关学校提供研究经费。

  自台达1992年进入中国大陆市场,成立中达电通后,郑崇华一直思忖着,如何发挥企业的力量在教育上做些贡献。

  在郑崇华和李泽元的共同倡导下,台达于2000年起,先后设立“台达电力电子科教发展计划”“中达学者计划”(以下简称“科教两计划”),以促进高校电力电子与电气传动等相关学科的人才培养,鼓励在该领域做出创新性研究贡献的杰出学者。该项目先后邀请清华大学、浙江大学、南京航空航天大学、西安交通大学、华中科技大学、上海大学、哈尔滨工业大学、北京交通大学、上海交通大学、合肥工业大学10所重点大学参与,并自2023年起,增邀电力系统著名高校华北电力大学和湖南大学加入。

  对于合作院校需要具备哪些实力基础,李泽元表示,主要看学校对电力电子学科的重视度。如果重视,我们就再加把力,让他们可以更往前走一步。希望通过台达“科教两计划”,鼓励更多的人才进入电力电子领域。

  作为一位“高产”的技术型研究学者,李泽元在高频电能转换和电力电子系统领域成就卓越,其所开创的软开关技术、多相式电压调节模块技术均已成为现代电力电子的核心技术,在全世界被广泛采用。而他给新时期青年人才的建议只有一条:“发挥你的能力,保持‘求好’的心态”。在他看来,人的能力是没有止境的,别局限于“我只能做什么”。这一点和台达在节能减碳方面展现出来的“执着”相似。

  跨界融合 构建新型电力系统

  当前,全球正加快推进能源结构转型,中国实现非化石能源发电装机容量历史性超过化石能源装机容量,给全球带来了积极影响。国际可再生能源署《2023年可再生能源容量统计》数据显示,中国在2022年贡献了全球可再生能源总容量新增部分的约48%;当年全球三分之二的新增水电产能、45%的新增太阳能产能、一半的新增风电产能和57%的新增生物能源产能部署在中国。

  随着非化石能源发电总量和消费总量占比日益提升,“构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统”成为大势所趋。而在对新能源的开发和利用中,电力电子技术将起到重要的支撑作用。

  台达“科教两计划”实施了二十年后,李泽元给郑崇华及台达提出了一个新建议,即推进电力电子与电力系统等其他领域的“跨界融合”发展。

  “未来的电力系统将比现在的电力系统大好多倍,电力电子是这场转变中的‘主角’。过去电力电子和电力系统是两个不同的领域,他们做他们的,我们做我们的,但今后三十年必须要连在一起共事。”李泽元说道。

  因此,台达从今年开始,在原有“科教两计划”资助范围基础上,正式启动“电力电子化新型电力系统专项”资助,每年立项2个项目,提供各300万元研究经费,借此鼓励高校跨学科、跨领域合作。

  以“环保 节能 爱地球”为经营使命的台达,一直将“求变”视为前行的动力。从电视时代的元器件供应商,到PC时代的电源供应器领导厂商,再到现在的环保节能解决方案提供商,近年来其在工业自动化、楼宇自动化、通信电源、数据中心基础设施、电动车充电、可再生能源、储能与视讯显示等多项产品方案领域也逐渐居于重要地位。

  台达的每次转型既踩在了时代的节拍上,又似乎水到渠成,而背后则是以“求变”的思维,积极探索电力电子核心技术的前瞻应用,为节能减碳、布局未来做好准备。

  在李泽元看来,当看到一个新趋势出现的时候,企业的应变能力够不够快,愿不愿意走出“舒适区”,去探索一些新东西,这很关键。在此之前,需要有相当长的一段时间做准备,十年、二十年都不算短。

  来源: 中国新闻周刊 作者:刘蕾


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