为培育与发展电器工程战略性新兴产业而奋斗——专访中科院院士严陆光<br/>

为培育与发展电器工程战略性新兴产业而奋斗——专访中科院院士严陆光

2012-08-16刘玮

电器工业 2012年1期

文／本刊记者刘玮／

严陆光，1935年生，中国科学院院士，乌克兰科学院外籍院士，第三世界科学院院士，国际欧亚科学院院士。1959年毕业于莫斯科动力学院，曾任中国科学院电工研究所所长，中国科学院技术科学局局长，宁波大学校长。现任中国科学院电工研究所学术委员会主任，中国科学院能源研究委员会委员，宁波大学名誉校长，中国太阳能学会名誉理事长，中国电工技术学会名誉理事长。

《电器工业》:首先，请您简单介绍一下我国目前电器工业发展的现状。

严陆光：我国电器工业包括电力工业与电器制造工业两大重要的基础工业体系。电力工业负责电能的生产与供应，电器制造工业涉及发电、输配电与用电有关电工装备的制造与供应。经过一百多年，特别是建国60年和改革开放以来30年的迅速发展，在我国它们已成长成国家支柱工业。目前，电器制造工业已成为我国重大基础制造业之一，已能基本满足国内需求提供有关装备与器材，并有一定出口，随着我国各行各业的电器化水平，用电占耗能的比重日益提高，正在成为世界电器化强国。现有产业的规模与水平已为继续前进奠立了良好基础。

《电器工业》:众所周知，加快培育和发展战略性新兴产业是我国新时期经济社会发展的重大战略任务，而高端装备制造业与新能源产业是重要的组成部分，请问您如何看待大力发展战略性新兴产业的重要性？

严陆光：我国正向全面建设小康社会迈进，可望在建国百年时基本实现现代化，经济与社会正处在迅速发展阶段。2005年以来，年耗能总量以每年约2亿吨标煤，发电总装机容量以年约1亿千瓦的速度增长。未来能源与电力需求与很多因素有关，有着一些相差很大的预测，最近较为接近实际的估计是：2020年全国总能耗将达40-45亿吨标煤，年增1-1.5亿吨标煤，人均约3吨标煤/年，发电总装机容量可能达15-17亿千瓦，年增0.5-0.7亿千瓦。面对我国以煤及煤电为主的现实和化石能源开始耗竭、污染及CO2排放严峻的形势，以及石油资源与生产能力紧缺、不能不依赖进口的情况，为满足我国未来的能源与电力需求，大力调整能源与电力结构建立可持续发展体系的任务已提上日程。为建立能源与电力可持续发展体系，除要将节能、提高能源利用效率放在优先地位外，在本世纪上半叶应从多个方面积极协调地开展能源、电力与电器制造的发展工作，即：（1）大力发展煤的高效、清洁、低碳排放的转换技术，继续发挥煤的重要作用；（2）大力开源节流，保障国家能源安全的石油供应；（3）充分利用资源，最大可能地发展水电与核电；（4）大规模发展非水能的可再生能源与发电；（5）充分支持未来新型能源（核聚变、海洋能、可燃冰、深层地热）的研究开发；（6）大力发展智能电网。它们为我国电器工业的前进指明了方向，提出了多方面的新要求，特别要重视新技术与新兴产业的发展与应用。

大力培育战略性新兴产业是抢占国际竞争制高点的需要，是我国转变发展方式的重中之重，代表着科技创新和产业发展的方向。温家宝总理明确提出，战略性新兴产业决定着国家的未来，必须抓住机遇，明确重点，有所作为，逐步使它成为经济社会发展的主导力量。他还强调：“科学选择战略性新兴产业非常关键。选对了就能跨越发展，选错了将会贻误时机。战略性新兴产业必须掌握关键核心技术，具有市场需求前景，具备资源能耗低、带动系数大、就业机会多、综合效益好的特征。”

《电器工业》:请您谈谈对近期培育发展电器工程战略性新兴产业的建议。

严陆光：首先要立足于我国已有基础，为满足我国电力供应与用电迅速增长的需求要大力调整结构，建立可持续发展体系的发展趋势，我对近期部署的主要工作有了比较清晰的建议，主要包括七个方面，即：（1）新能源发电。（2）电动汽车。（3）高效、清洁、低碳排放的煤电。（4）智能电网。（5）磁浮与直线驱动电器化交通。（6）应用超导。（7）节能与提高能源效率。现简要介绍如下：

1.新能源发电产业

包括（1）风电产业；（2）光伏发电产业；（3）生物质发电产业；（4）钠冷快堆核电产业四方面。

我国能源与电力的发展已进入减小化石能源份额，增大可再生能源与核能份额，逐步建立可持续发展体系的新时期。继水力发电之后，风力发电是当今可再生能源发电中技术最成熟、经济性较好、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，是近期发展的重点。近年来，我国风电发展迅速，已进入大规模发展的新时期，预期2020年总装机可达8000万至1亿千瓦。与此相适应，在合资、引进技术、联合与自主设计基础上，已形成了由100多家制造企业组成的风电产业，年整机生产能力已达1000万千瓦，单机最大容量1500千瓦。“十二五”期间，我国风电产业还必须在提高质量、保证运行可靠性、加强关键零部件配套方面狠下功夫，积极开展5兆瓦、10兆瓦大型机组研制；千方百计降低造价与电能成本；提高进入电网与其他发电方式合理协调的调控能力，以保证供电安全可靠；开始近海抗台风的装备研制与示范等方面进行工作，作为国家战略性新兴产业的重点项目进行部署是十分必要的。

光伏发电具有资源丰富、环境友好、无转动部件、维护简单、由模块组成、功率可大可小等突出优点，作为无电地区小型离网电源、分布式电网中的并网电源及大规模集中的荒漠电站已得到了较广泛应用，形成了相应的光伏电池与供电系统制造产业。我国近年来光伏发电产业得到了惊人的发展，解决了硅原材料依赖进口的瓶颈，产品主要用于出口，其质量、价格已达到国际可以接受的水平，为我国将光伏发电发展到总装机容量上亿千瓦成为大规模电力供应的重要成员奠立了较好基础。尽管光伏产业得到了快速发展，光伏电池价格明显下降，目前每千瓦光伏发电总投资仍需约2万元，每度电能成本仍达1元多，高出煤电数倍，其经济性能在国内尚难于形成大规模市场应用。由于对其经济性能改善的速率估计不同，其近期发展尚无统一明确的估计，但在国家大力支持下，列为战略性新兴产业的重点项目，采取有力措施，必能有效加速其发展，2050年达到装机亿千瓦是可能的。千方百计降低投资与电能成本，努力开拓无电地区、分布式电网与集中电站三方面的规模化应用是光伏产业发展的核心，与此同时，还应充分关注有着更高转化效率与更低成本的新型光伏电池的研发与应用，对一些重大成果不失时机地向产业化努力推进。与此同时，对太阳能热发电的研发、示范仍应给予充分关注。

生物质能是化石能源大规模应用前人类使用的主要能源，主要包括农林废弃物、粪便与垃圾等。生物质发电不仅可提供有效的电能，而且有利于解决环境污染与资源的循环利用，有着重大的意义，在国际上已得到广泛重视，近年来我国也有着可喜的进展，包括农林废弃物燃烧发电，沼气发电与垃圾发电等多种方式。2006年底生物质发电总装机容量已达220万千瓦，以蔗渣，秸秆及垃圾为主，在各方面积极推动下，2020年可能发展至2000-3000万千瓦。从长远看，大规模生物质发电有赖于能源植物的大规模种植，这方面我国的生物学家有着很高积极性。将生物质发电作为战略性新兴产业来发展也是重要的。

核电的大力发展已在全国取得了比较一致的认识，已制定了中长期发展规划，预期在当前运行总装机容量900万千瓦基础上，2020年将达到4000万千瓦，我国大型先进压水堆核电站产业将得到良好发展。为了充分利用铀资源，将铀资源利用率提高几十倍，并能减少核废物产生量，我国长期进行钠冷快堆的研发工作，并由1986年起列为国家863计划重大项目，6.5万千瓦热功率的实验快堆将在今年年底并网发电，将为我国今后核电发展发挥重要作用。由于钠冷快堆的明显优越性，经长期研发掌握了关键核心技术，有着良好的市场需求前景，应该考虑将钠冷快堆核电产业列为战略性新兴产业重点项目进行部署。

2.电动汽车产业

我国石油供应越来越依赖于进口，保障石油供应成为我国能源安全的首要问题，交通运输是耗油的大户，发展清洁节油的电器化交通是电器工业面临的重大需求，而电动汽车是电器化交通发展的核心。我国自上世纪九十年代初起，就十分重视与大力支持电动汽车，包括混合动力、纯电动与燃料电池车的研发，已有多台样车进行了试验与示范运行，为形成规模化产业奠定一定基础。“十二五”期间必须向着规模化产业方向起步，因为只有达到年产百万辆，千万辆规模，才能显现明显的节油效果。电动汽车产业包括车辆工业、蓄电池电源工业与加电站产业三个主要部分，高能量密度、长寿命、低价格蓄电池是发展的主要瓶颈，作为国家电器工业战略性新兴产业重点项目，要努力使三方面工作协调发展，快速向规模化前进。

3.高效、洁净、低碳排放的煤电产业

虽然在今后发展中，煤电份额将逐渐下降，但近期内煤电的总装机容量仍将继续增长，仍然占据着主要地位。我国现有煤电机组的平均热效率约为35.6%，污染物排放量偏高，全部生成的CO2均排入大气，煤电产业的发展必须继续沿着高效、洁净、低碳排放的方向前进。着眼于高效，我国产业已能生产制造60万千瓦与100万千瓦的超超临界机组，蒸汽参数为26MPa/600℃左右，发电效率44-45%，但关键配套件尚未完全国产化，耐高温材料基本依靠进口，期望2020年前能完全掌握600℃的关键材料与制造工艺，使新建机组全部采用600℃超超临界，使全国平均热效率进一步提高。目前，世界上正在研发700℃以上的新一代超超临界机组，发电效率可达50-53%，我国也应积极进行开发研制，为今后进一步发展打好基础。燃煤超超临界机组目前产生的CO2仍全部排入大气，为了实现低碳排放以减小温室气体效应，世界各发达国家纷纷开展CO2捕集与封存技术的研发示范，包括燃烧后捕集、富氧燃烧、燃烧前捕集、在废弃油气井中、提高油气采收率过程中及深层成水层中的地质封存和探索海洋封存，至今尚无可推荐为大规模应用的成果，预计2020年以后有可能得到可大规模推广应用的方法。我国也已开始了有关工作，在华能北京热电厂建成了3000吨/年的小规模CO2捕集示范装置，积极开展CO2的捕集与封存的研发、示范与应用也应是低碳排放煤电产业发展的重要内容。

上世纪80年代起积极发展的整体煤气化联合循环发电（IGCC）将煤先行气化，煤气进入燃气轮机发电，其尾气再进入锅炉产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机发电，是高效、洁净、低碳排放煤电产业的另一种形式，90年代全世界投产了四座发电功率25-30万千瓦的商业化示范电站，达到了43%的发电效率，证明了技术的成熟性。IGCC可实现燃烧前捕集CO2，易于实现低碳排放，其环保性能达到燃烧天然气的联合循环发电水平，还可以考虑生产其他化工产品，提高煤炭的综合利用效益。世界各国仍作为一个可能途径，继续发展，我国也已进行了多年的前期工作与设备研发工作，提高发电效率与降低造价，期望2020年可进入商业推广应用。

为了有效利用我国大量的高灰分煤、难燃煤、煤矸石等劣质煤，我国长期进行了循环流化床锅炉机组技术与产品的研发与生产，已有17台30万千瓦亚临界参数循环流化床锅炉机组投入运行，正在进行首台60万千瓦超临界循环流化床示范工程，有望在2011年投产运行，然后再向超超临界迈进，期望2020年后60万千瓦超临界循环流化床锅炉机组将成为我国劣质煤的主力机组。

以上三方面将是战略性新兴产业“高效、洁净、低碳排放煤电产业”重点项目的主要内容。

4.智能电网产业

由于：（1）能源与电力结构调整，不连续、不稳定的风电与太阳能发电开始大规模以集中电站及分布式电源的形式进入电网，为保证供电的安全可靠，必须大大提高电力系统的监测与调控能力，（2）电网峰谷差增大造成高峰负荷时电力短缺和总体电力设施能力过剩，需要积极推动供需双方互动，引导用户合理用电，提高电力设施的利用率。（3）几次世界大停电的发生与严重自然灾害的损害大大提高了人们对供电可靠性与质量的关注。（4）现代监测与控制技术、信息与通信技术的发展及相关网络的形成为电网发展提供了优良的手段。本世纪初开始，全世界电力行业均将发展智能电网技术与产业作为重大方向，积极推进。从而，智能电网产业以其重要的战略性与新兴性，理应作为重点项目列入电器工业的战略性新兴产业行列。

智能电网将充分利用现代监测、控制、信息、通信技术的成就，适应可再生能源发电与分布式电源大规模进入的形势，大力增强抵御严重系统故障与自然灾害实现自愈的能力，为用户提供更加安全、可靠、优质、清洁的电力。与此同时，还可通过与用户的双向互动，引导用户合理用电，提高电网设备的利用率，优化电网资源配置能力，实现电力系统的智能调度与经济运行，获取较好的经济效益。智能电网的发展必将带来电力系统的重大变革，引领全球电力行业走向未来。

智能电网产业包括多方面的内容，将带动一批电器工业向前发展，诸如：特高压与数字化输变电技术与装备；灵活输电技术与装备；大容量实用储能电源；用于风电与太阳能发电并网、电网控制与提高电能质量的电力电子装备；用于电站、变电站、配电、电网调度自动化的数字化智能仪表与监控、保护装备；用于智能调度的高级分析和优化的数据采集与传输、信息展现与集成的电子信息与通信装备；以及发展综合性的智能调度、智能变电站与智能小区的有关装备等。

我国在已有产业基础上，已积极开展了多方面的研发、试验与示范应用工作，如在华东、华北及南方电网已有200多座数字化变电站投入运行；在华东电网启动了统一信息平台试点建设工作，在华北、上海电网启动了数字电表等用户侧智能电网建设试点工作等。可以相信，在列为电器工业战略性新兴产业计划后，整个工作将能更加迅速与协调前进，引领我国电网走向更加灿烂、辉煌的未来。

5.磁浮与直线驱动电器化交通产业

我国交通运输正在迅速发展，构建我国现代化的、可持续发展的综合交通体系已提上日程。由于我国石油资源与开采能力紧缺，大力发展节油电器化交通应是重大的指导原则。电器化交通包括电动汽车、电器化铁路、地铁、轻轨等城市轨道交通、磁浮列车与直线驱动列车。前已述及，应将电动汽车列为电器工业的战略性新兴产业的重点项目。电器化铁路与城市轨道交通已成长为良好发育的规模化产业，近年来与国家需求相结合，得到了迅速的发展，并已对“十二五”工作进行了落实的部署。此处着重建议将新兴的非黏着驱动的磁浮与直线驱动电器化交通列为战略性新兴产业的重点项目。

非黏着驱动的磁浮列车与直线驱动车是上世纪下半叶研发成功的新兴电器化交通，具有速度高、噪音小、能耗低、爬坡能力强、起动停车快，选线自由度较大等一系列优越性。在长期研发试验基础上，本世纪初，已作为成熟的安全的可靠交通工具投入了实际运营，包括磁悬浮、同步直线电机驱动的高速磁浮列车；磁悬浮、感应直线电机驱动的中低速磁浮列车；及感应直线电机驱动、轮轨支撑的中低速直线驱动车三种类型。前者（高速，至580公里/时），主要适用于城际间长距离的重大干线，后二者（中低速，100-150公里/时）适用于城市轨道交通。世界已进入了发展磁浮与直线驱动交通的新阶段，由实际运营应用的需求来继续带动技术的改进完善和产业的发展。

我国幅员辽阔，人口众多，大城市间的旅行距离常常超过1000公里，采用500公里/时的高速磁浮列车较350公里/时的高速轮轨列车有着明显的优越性。按照“跨越发展，引领未来”的指导思想，我国已决定与德国合作在我国建设世界第一条由上海浦东机场至龙阳路长约30公里的高速磁浮示范运营线。该线于2001年3月开工，2002年底建成开始运营，稳定达到最高430公里/时的运营速度，列车正点率达99.6%，证实了整个技术与装备的实用性、安全性、可靠性与先进性。在消化吸收德国技术的基础上，结合建设运营的实践经验，通过国家“十五”863计划高速磁浮重大专项和“十一五”科技支撑计划磁浮重大项目，组织了全国2000多名专家和技术人员协同攻关，开展国产化与创新研究以及装备研制，取得了重大进展，基本掌握了核心技术。诸如：（1）掌握了系统集成技术，具备总体设计能力。（2）在线路轨道系统方面，使轨道木梁成本比上海示范线降低三分之一，解决了穿越大江大河的隧道结构、沉降控制、消防逃生、排烟等一系列技术难题。（3）在购买德方车体技术许可基础上，成都飞机厂与长春车辆厂研制了一列4节编组的国产化样车，可望今秋在上海运行。自主研发了新型永磁电磁混合悬浮系统。（4）突破了15MVA大功率IGCT变流装置和牵引控制系统的技术难点，完成了整体设计，进入了总体组装，今年可投入试验。（5）初步掌握了运行控制系统的核心技术，可在“十二五”期间实现应用系统突破。这些进展为我国在“十二五”期间建立现代交通领域世界领先的高速磁浮新兴产业奠立了良好基础，一个重要条件是国家选择一条数百公里的实用运营线路，抓紧予以立项，来推动产业的规模化发展。发展高速磁浮交通与已决定建设大量高速铁路专线是相辅相成的，我国需要有各种先进的交通技术与产业，应该科学合理地将不同技术用在最合适的地方。

中低速磁浮列车与直线电机驱动轮轨车在地铁与城市轨道交通中有着噪音低、爬坡能力强、起动停车快等一系列优点，将发挥重要作用。造价低，环境相容性好，适用于中等规模城市和大城市的郊区联络线。中低速磁浮列车我国有着长期研发经验，北京、上海、长沙、成都均做过大量工作，已成功研制成一列两编组和一列三编组国产化实用样车，经过验收达到可应用水平。已酝酿在“十二五”期间在北京与深圳各建一条运营线，带动新兴产业的发展。引进技术、我国生产的直线电机驱动车已在广州地铁与北京机场进城线上运营使用，证实了其成熟性与安全可靠性。面对我国城市轨道交通迅速发展的大好形势，应进一步选择更多线路采用，带动相应新兴产业更快发展与技术的完善。

作为新兴的、开始实用的交通技术，应该进入国家综合交通系统规划，明确主管部门，以持续的实用工程项目来带动产业发展与技术进步，尽快成为国家的规模化产业。

6.应用超导产业

1911年发现了电阻为零的超导体，直至上世纪六十年代初，才找到了在液氦温度（4.20K）下能承受强磁场和高电流密度的实用超导材料，主要是NbTi与Nb3Sn。将它们做成复合导线后，主要用于绕制磁体产生稳态直流强磁场。与科学实验研究的需求相结合，在世界各国大型国家计划支持下，研制成多种实用超导磁体，形成了初始导线与磁体产业。至八十年代中后期，超导磁体技术与产业已成熟到可按需求提供15万高斯以下，不同形态的大体积实用强磁场系统。产业的成长更多依赖于规模化产品的形成，努力开拓强磁场产品的规模化应用成为推动产业化的主要任务，八十年代以来也取得了重要进展，诸如：（1）医疗用核磁成像装置已成为规模化产品，有近万台0.5-3万高斯，1米孔径的全身成像超导磁体在全世界使用。（2）15万高斯以下的小型强磁场与核磁共振谱仪已在很多大学与实验室中普及，年产也达数百台。（3）工业应用的超导磁分离与磁拉单晶装置已开始示范应用。（4）超导强磁场的成熟大大激发了各界的积极性来开拓国防、工业、农业、材料制备与生物工程等多方面的规模产品，取得了可喜进展。这些进展有力地推动了超导磁体应用产业作为电器制造业战略性新兴产业的前进。

1987年发现了高临界温度超导体，九十年代中后期，研制成功了可在液氮温度（770K）下实际使用的铋系超导线并实现了小批量生产，低价格的YBCO涂层导线也已研制成功，可开始投产。与低温超导相比，高临界温度超导体可使工作温度大大提高，用液氮冷却代替液氦冷却，其工频交流损耗可在液氮下带出，从而可用于工频交流，主要应用研发集中在电力应用，包括超导输电、超导变压器、超导限流器与超导电机，世界各国已研制成功一些样机，进行了示范运行，证实了它们的可行性与优越性，不断取得可喜进展。作为电力应用，其产品最终肯定是大规模的，并可充分利用电器制造业常规产品的已有技术与基础，随着技术的发展与材料价格的大幅度下降，将成为二十一世纪最主要的新兴电器制造产业，有关国家正努力做出相应规划与部署。美国能源部认为：超导电力技术是21世纪电力工业唯一的高技术储备，制定了Grid2030计划，拟建立以超导输电为骨干网的新型电网，把超导输电提升为国家战略。

我国的应用超导工作得到了国家长期持续的重点支持。低温NbTi，Nb3Sn超导线已形成了产业，近年由于参加国际聚变反应堆（ITER）的合作，产业规模正在迅速扩大，高临界温度铋系超导线已有厂家生产，YBCO涂层导线正在积极研发。进行了三十多年超导磁体研发工作，研制成功多台实用超导磁体，特别是近年建成了EAST全超导托卡马克，技术处于世界先进行列，应用产业已经起步。在超导电力应用方面，也已积极开展了输电电缆、变压器、限流器、电机与储能的工作，均取得了阶段性的重要成果。

建议将应用超导产业，包括强磁场应用与电力应用列为电器工业战略性新兴产业重点项目，在国家大力支持、组织下，得到更迅速的发展。