當前位置：來源：經濟日報 記者：沈慧 時間：2013-12-31
“天河二號”的計算速度有多快？有人打了個比方，如果全國13億人每人每秒計算一次，連算1000年，才能得出的結果，“天河二號”只需一個小時。
超級計算機的計算速度確實超乎想象，不過其能耗也大得驚人?！按笮统阒行膬H冷卻能耗就相當于一個小型電站?！敝袊こ淘涸菏款檱胩寡浴Ｖ锌圃弘姽に娏υO備新技術實驗室歷經4年攻關，成功將蒸發(fā)冷卻技術應用到超級計算設備中，使其冷卻能耗降低40%以上！
誰能想到，如此節(jié)能綠色的技術從研發(fā)到應用卻走過了半個世紀的漫漫長路。請看記者發(fā)自一線的報道。
另辟蹊徑
電子信息裝備只是蒸發(fā)冷卻技術近年來開辟的全新應用領域之一。事實上，這一技術最早由中科院電工所專門為三峽工程“量身訂制”。
就像炎炎夏日人們需要降溫一樣，發(fā)電機在運行時也會產生大量熱量，需要冷卻。冷卻問題如何解決？
當時，國內外主要采用空冷、水冷兩種冷卻方式?？绽洌创碉L散熱，讓發(fā)電機“自然降溫”。但隨著發(fā)電機容量增大、絕緣增厚，發(fā)熱量不斷提高，靠吹風已經達不到散熱要求。
“單純從冷卻效果來講，水冷確實很好，但存在明顯的技術缺陷：發(fā)電機對絕緣要求太高，而水有導電性，一旦漏水后果難以想象。”1958年加入電工所的顧國彪與研發(fā)團隊反復論證后，決定另辟蹊徑。
“有沒有一個兩全其美的方案，既讓發(fā)電機有效散熱又可確保安全運行？”在當時大型電機研究室的技術負責人廖少葆的建議和支持下，顧國彪將研究方向瞄準了當時發(fā)展前景尚不明朗的蒸發(fā)冷卻技術。
與空冷、水冷利用介質的比熱吸熱原理不同，蒸發(fā)冷卻是基于相變換熱原理的新型冷卻技術，通過絕緣性能良好的介質汽化潛熱帶走熱量。不過在當時，一種主流的觀點是蒸發(fā)冷卻技術無非就是類似冰箱壓縮制冷的方式實現電機冷卻，沒什么前途。
選擇了遠方便只顧風雨兼程。明確研究方向的顧國彪和研究團隊買來一臺冰箱，不分晝夜的研究其中的冷凍機。就這樣，1958年底一臺15千瓦的采用低溫蒸發(fā)冷卻技術的發(fā)電機研制成功。接下來新的問題很快出現?！盎诒鋸娖戎评湓淼牡蜏卣舭l(fā)冷卻技術應用在大型發(fā)電機上，不僅把發(fā)電機搞復雜了，就經濟效益而言也是得不償失?！鳖檱胝f。
電力專業(yè)出身的顧國彪又一頭扎進了熱力學領域。不久，研究團隊提出常溫下自循環(huán)蒸發(fā)冷卻方案。那一年廖少葆33歲，顧國彪23歲?！皣舛紱]有，你們這技術怎么能行！”面對質疑，顧國彪他們咬牙堅持。
事實證明，他們的堅持沒有白費。1959年底，團隊制作出常溫下無泵自循環(huán)蒸發(fā)冷卻系統模型，驗證了技術的可行性，而這個模型和40年后在蒸發(fā)冷卻實驗室里建造的長江三峽70萬千瓦機組的模型相差無幾。
漫漫長路
蒸發(fā)冷卻技術的坎坷沒有就此結束。
1985年云南省大寨電廠兩臺自循環(huán)蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機順利通過專家驗收。可還沒來得及慶祝，顧國彪就接到了一紙命令：電機研究工作已完成，解散團隊！
“當時院里認為，科研成果研發(fā)成功就算完成了任務，工程應用是企業(yè)的事?！鄙钪蒲谐晒D化難的顧國彪沒有打退堂鼓，四處奔走，課題終于得以勉強延續(xù)。直到2000年，顧國彪第一次招收博士研究生，蒸發(fā)冷卻研究團隊已是第四次重建。隊伍分分合合只是蒸發(fā)冷卻技術產業(yè)化過程中的一個小插曲。類似的故事還有很多。
“文革”結束后，“翻身”的蒸發(fā)冷卻技術研究重啟，技術推廣卻處處受阻。“當時電廠用的都是國外技術，根本不敢用國產系統，害怕萬一出事?！倍嗵澮晃焕贤瑢W提著腦袋擔保，顧國彪申請到一次性貸款160萬元。兩臺自循環(huán)蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機研制成功并順利應用。如今，除了早期工藝問題引起的一次小事故，這兩臺機組仍在一直安全運行。
憑借“安全高效”形象蒸發(fā)冷卻技術陸續(xù)拿到一些訂單，但對顧國彪來說服務三峽工程仍是他多年未圓的一個夢。1994年他提議三峽工程使用蒸發(fā)冷卻技術。對方半開玩笑說，“你們的發(fā)電機才做到5萬千瓦，我看還是等你完成40萬到50萬千瓦的發(fā)電機，且正常運行兩年不出任何問題時，我們再談吧。”對方的一句玩笑讓顧國彪有了新的奔頭。恰巧，青海李家峽水電站有個40萬千瓦的機組要上馬，顧國彪積極爭?。簩戫椖可暾垐蟾妫獠牧蠌陀≠M就花了3萬元；經費短缺一時難以為繼，向所里貸款40萬元……1999年底李家峽水電站的蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機正式發(fā)電，并榮獲2002年國家科技進步獎二等獎。蒸發(fā)冷卻技術獲得了來之不易的“準生證”。
如今回想起來，顧國彪的那份使命感仍溢于言表，“不能讓外國人牽著鼻子走，一定要做成一兩件超越國外的事，這是我一輩子的信念?！?/p>
遲來春天
機遇垂青有準備的人。李家峽等水電站蒸發(fā)冷卻發(fā)電機的成功運行讓蒸發(fā)冷卻技術迎來了遲到的春天。
2011年12月15日，對顧國彪來說是個特殊的日子：三峽電站首臺70萬千瓦蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機成功運行。這一天距離蒸發(fā)冷卻團隊的成立已經過去了53年。
蒸發(fā)冷卻技術工業(yè)應用之前，我國大型水利工程電力設備領域幾乎采用的都是國外的技術。“無論從裝備容量還是從技術指標上，這臺發(fā)電機都超越了一些跨國公司，達到了國際領先水平，而且完全自主知識產權的技術確保機組更加穩(wěn)定、可靠運行。”顧國彪的第一個博士研究生、現任實驗室常務副主任阮琳研究員介紹。
不僅如此，相較于水冷，蒸發(fā)冷卻技術更適合大功率發(fā)電機的需要?！叭绻啺l(fā)電機的功率提高到百萬千瓦以上，水冷技術估計是滿足不了的，但蒸發(fā)冷卻技術可以做到?！鳖檱胝f，研究組已開始百萬千瓦級蒸發(fā)冷卻機組的預研，爭取應用于國內一些大型電站。
另外，經過4年多攻關，研究團隊將蒸發(fā)冷卻技術成功應用超級計算機等IT設備中，完成3套樣機和1套商業(yè)運行超算產品制造以及一臺自循環(huán)浸泡蒸發(fā)冷卻服務器的制造。
“大型超算中心冷卻能耗、運營電費驚人，我們設計的冷卻系統能夠部分或全部取消風扇和精密空調?！比盍战榻B，各類數據中心在提高運算能力的同時，也存在嚴重的能耗問題。比如，天河二號一期工程計算能耗為17.8個兆瓦，而冷卻系統耗能高達8個兆瓦。蒸發(fā)冷卻技術的應用，可將冷卻能耗降低40%以上。
如今，研究團隊又開始尋找蒸發(fā)冷卻技術新的生長點?！罢舭l(fā)冷卻技術是一種通用冷卻技術，該技術還將在新能源配電、抽水蓄能、城市配網大有用武之地?！比盍毡硎尽?/p>
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