超导电力科学技术作为一门新兴交叉学科，是解决常规电力系统固有缺陷的有效途径。电工所从上世纪80年代起就开展超导电力科学技术研究，主要开展超导电力科学技术的应用基础与关键技术的研究，包括超导输变电技术、超导限流技术、超导储能技术以及基于高温超导磁体技术的应用超导技术等。

 

近些年来在国家“863”计划、中国科学院知识创新工程、国家自然科学基金和北京市科技计划的资助下，与国内相关科研机构和企业合作，先后完成了国内首台三相高温超导限流器、三相高温超导变压器、三相交流高温超导电缆的研制，并且全部投入实际配电网示范运行，成为目前国际上唯一能够同时实现多种超导电力装置并网示范运行的科研团队；首次提出了具有重大创新的多功能集成超导电力装置原理，完成了国际首台超导限流——储能系统的研制；目前正在进行应用于配电网示范运行的高温超导储能系统的研制，以及应用于电解铝行业工程示范的大电流高温超导输电电缆的研制。可以预见，超导电力技术的广泛应用必将带来传统电力工业的重大革新。

 

 

超导磁体及强磁场应用科学技术是一门有广泛应用和巨大发展潜力的高技术领域，也是目前国际科技发展的重要前沿。电工所从上世纪70年代开展超导磁体技术研究，目前已成为我国应用超导领域的主要代表之一和国际上一支有影响力的研究队伍。在世界上率先研制成功10T/100mm, 6.5T/180mm温孔传导冷却多功能超导磁体系统、4-6T/80mm，100mm，120mm回旋管用高均匀度传导冷却超导磁体系统、3.2T/70mm温孔传导冷却和固氮冷却的高温超导磁体系统、超导高岭土磁分离工业性试验样机系统；研制成功我国最大的500mm口径鞍形超导磁体、完全零挥发的2MJ平行线圈超导储能磁体、400MHz零挥发的NMR系统、高精密的空间探测器超导磁体系统和高精度超导磁悬浮样机系统等。

 

研究领域主要包括：复杂位型和特殊冷却方式的极高磁场应用超导磁体科学技术（NMR/fMRI）；超导磁体工艺、机械特性，失超保护，低温工程、低温传质传热；工程电磁场分析及大规模的计算软件、磁体结构优化；特种超导电工装备技术的研究，包括空间磁体科学技术、加速器磁体技术、医学介入治疗磁体技术和超导储能磁体技术，高精度超导磁悬浮装置等；超导强磁场在磁分离、生物效应、材料处理等方面的应用研究等。随着超导技术的进一步发展，超导磁体及强磁场应用科学技术将对基础科学和高技术研究起着重要的推动作用。

 

 

超导材料及强磁场科学研究在电工所是比较新的学科。但短短三年，在MgB2线带材制备技术和强磁场下新材料合成方面已取得多项世界领先成果。在国际上率先采用纳米碳掺杂法制备出当时世界上临界传输电流性能最高的MgB2线带材，并研制出了多种具有国际先进水平的高性能MgB2线带材；首先研制出新型铁基超导体线材和?酌-Fe2O3磁性纳米管；率先将强磁场热处理技术应用于REBCO 和MgB2超导体制备。发表了40多篇SCI文章，刊登在Chem. Mater.、Appl. Phys. Lett.等国际一流期刊上，引起国际同行的广泛关注，其中一篇获2007年“第一届中国百篇最具影响优秀国际学术论文”奖。建立了完备的MgB2超导线带材的制备平台和国内一流的强磁场极端条件下新材料研究平台。

 

目前主要研究方向有：新型超导材料的探索及制备技术研究；新材料在强磁场条件下的制备形成规律研究，包括超导材料、磁性材料、纳米材料、薄膜材料和高分子材料等；超级电容器关键材料及其制备技术等。随着新技术的不断交叉与融合，超导等新材料研究将是一个永无止境的前沿研究领域。

 

 

超导电工技术在能源、信息、交通、科学仪器、医疗技术、国防和重大科学工程等方面具有重要的应用。电工研究所长期从事近代科学实验所需特种电工装备的研制和电工新技术的研究发展工作。上世纪60到70年代，建成了大能量电感10MJ储能装置，研制和建成了我国第一台托卡马克CT－6的电磁系统；开创了强脉冲电源、聚变电工；在超导电工方面，进行了多方面应用基础研究，研制成多台实用超导磁体。

 

上世纪80年代以来，主持了国家“863”计划燃煤磁流体发电技术主题的工作；建成了空间反物质探测计划用阿尔法磁谱仪的大型永磁和超导磁体；研制成功大型鞍型磁体系统、高岭土提纯用超导磁分离工业样机、300千瓦超导单极电机、HEMS-1超导螺旋式电磁流体推进试验船和超导磁拉单晶、超导磁扫雷等的实用研究；开创了高磁场超导磁体技术、高速磁悬浮交通技术和可再生能源发电技术的研究领域。目前正在从事高磁场无液氦超导磁体系统的研制与应用、可再生能源发电、磁流体船舶推进与高速磁浮列车等研究。

 

整个人类交通发展的历史是一个速度不断提高的历史，相信随着高速磁悬浮交通技术、可再生能源发电技术等世界前沿科技领域的发展，必将改变人类的未来。

 

 

蒸发冷却技术是我国自主创新的大型电机冷却技术，是综合交叉学科，涵盖电机与电器、热能工程、精密仪器、测量与控制、机械工程等专业方向。电工所从1958年开始蒸发冷却技术研究，先后研制成功1.2兆瓦定转子全蒸发冷却汽轮发电机、50兆瓦定子蒸发冷却汽轮发电机，以及10兆瓦、50兆瓦、400兆瓦蒸发冷却水轮发电机，用在安康、李家峡等大型水电站发电机组上，为我国的电机事业作出了突出贡献，受到几代国家领导人的关注和重视。曾获国家科技进步奖二等奖2次，中国科学院科技进步奖一等奖2次和二等奖1次。

 

目前正在进行三峡800兆瓦蒸发冷却水轮发电机的研制和300兆瓦蒸发冷却汽轮发电机的研制，同时拓展蒸发冷却技术在特种电机、电力电子装置、风力发电机、电磁除铁器等电气装备方面的应用。可以预见，随着三峡工程的上马，大规模的蒸发冷却技术应用将打开全新局面，蒸发冷却技术将对国家作出更大的贡献！

 

 

磁悬浮技术与直线驱动技术是新型电气化交通技术，代表了未来交通技术发展方向之一，电工所分别于上世纪末和本世纪初开展了上述两项技术研究，涉及的研究方向有现代电力电子变流技术、先进电力驱动控制技术和新型轨道交通技术等。“十五”以来，取得了多项重要科研成果：研制成功我国第一套高速磁悬浮牵引供电系统特性仿真软件包，和基于VME总线的具有自主知识产权的高速磁悬浮牵引控制系统，并得到成功应用；编制了我国第一部高速磁悬浮牵引供电系统的技术条件；合作研制成功了7.5MVA IGCT交直交三电平水冷变流系统；建立了直线电机轨道交通牵引传动系统的综合试验平台，研制成功了500kVA直线牵引电机和1.3MVA牵引变流器及牵引控制装置，为样车的研制打下了扎实的基础。

 

多年来电工所在该领域的研究在国内已形成优势，并建成了拥有1名院士、5名研究员等近50名科研队伍和500平方米的磁悬浮与直线驱动技术实验室，申请了多项专利。今后还将继续面向国家在交通和能源电力领域的重大需求不断开拓创新，发挥更重要的引领和支撑作用。

 

 

电动汽车技术是一项新型绿色交通技术。电工所于上世纪90年代末开始从事电动汽车驱动技术和中低压变流技术的研究，承担了20 余项国家科技部、中国科学院、北京市和企业委托的重大科研任务，先后获得国家和地方政府的多项奖励。

 

“十五”期间，研制出高功率密度/宽恒功率区车用永磁电机驱动系统，应用于一汽的混合动力城市客车、长安的混合动力轿车中，为我国自主知识产权的混合动力汽车开发提供了技术支撑；将高转矩/ 高功率密度全数字式交流异步电机驱动系统应用于北京公交锂离子纯电动大巴，在科技奥运示范运营公交线121 路、金融街上投入载客运行，为奥运作出了贡献，并得到了社会的认可，该项目与北京理工大学等单位联合获得了国家科技进步奖二等奖。 “十一五”以来，又提出了基于双机械端口电机的电力无级变速器（EVT）原始创新技术，与北京汽车工业控股公司合作，共同开发自主知识产权的深度混合动力乘用车，旨在打破现阶段国外混合动力汽车技术的垄断。

 

电工所开展的车用电机驱动系统技术、电力电子集成技术等核心技术引领了我国电动汽车驱动技术的发展方向。

 

 

电工所从2001年开始从事基于网络总线的整车控制与信息系统研究与开发的汽车电子技术研究，包括车用网络、总线与通讯协议、电动汽车整车控制、动力蓄电池管理系统和电磁兼容技术等。承担了多项国家“863”计划课题，对总线系统关键技术进行了研究，制定出《电动车辆控制系统局域网络（CAN总线）通讯协议》，初步建立起进行总线系统相关研究工作和评价所需的仿真和实物测试环境。同时开展了新型总线实用关键技术的研究。

 

在电动汽车整车设计与集成控制方面，承担了国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目课题，与整车企业合作进行混合动力电动汽车整车的研发。在电动汽车动力蓄电池管理系统方面，开展了镍氢电池与锂离子动力蓄电池管理系统的研发与整车企业和动力蓄电池企业合作负责电动汽车动力蓄电池管理系统的研制。

 

目前已经建成了具有国际先进水平的车用总线分析与测试系统、新一代汽车电控系统的开发环境。随着人们对汽车安全、舒适、节能、环保等要求的不断提高，汽车电子产品作为支撑汽车产业发展的新增长点，将越来越受到业界的关注。

 

 

电工所从1978年起，就致力于风力发电、太阳能光伏发电及风/光/柴等互补发电领域的前沿技术探索，先进控制技术和系统集成优化技术的研究与开发。在大型风电机组控制、变流及变桨距技术、风电场监控技术、大型并网光伏发电系统集成设计及控制逆变技术、光伏阵列与建筑物集成、光伏自动跟踪发电技术等多项研究方面处于国际国内领先地位。

 

近年来，在光伏发电领域，在深圳建成了当时亚洲最大的1MWp并网光伏电站；在国家体育馆、国家森林公园等地成功建设了数百千瓦光伏发电系统，为“科技奥运、绿色奥运、人文奥运”添砖加瓦；自主研制成功光伏高压并网逆变器以及多种跟踪并网光伏发电系统，成功建设了西藏羊八井100kWp高压并网光伏电站；在西藏建设了百余座独立光伏电站，数千套户用光伏系统，给西藏各级政府、学校、村庄送去了光明。

 

在风力发电领域，具有自主知识产权的600kW/750kW失速型风电机组控制系统研究成果实现了产业化应用，最新研究成果1.5MW变速恒频风电机组控制系统、变桨距系统和变流器系统在实际风电场成功运行，在保定实验基地建成了2.3MW风电实验平台，今后将致力于为大型风电机组国产化提供完整的电控系统解决方案。

 

 

太阳能热发电技术是以电工学和工程热物理为主导的交叉学科。电工所从1980年起开始太阳能高温技术的研究，目前主要从事太阳能热发电站设计、太阳能聚光、高温光热转换、储热技术太阳能海水淡化等方面的研究工作，并取得了一大批高水平的研究成果，是我国太阳能热利用方面最大的研究机构。目前主持国家“863”重点项目、“863”目标导向课题、北京市科委重大项目各一项，中国科学院知识创新工程课题三项，国际合作项目两项；并与法国国家科学研究中心、西班牙国家可再生能源研究中心、澳大利亚国家太阳能研究中心、韩国能源研究所、希腊国家可再生能源实验室等国际一流水平的太阳能热利用研究机构，建立人员互派和课题交流等方面的良好合作关系。

 

在实验室建设方面，目前已建成北京延庆太阳能热发电实验场、山东德州太阳能与建筑集成综合利用实验园、北京通县太阳能高温实验场等3个园区。正在进行科技部“十一五”863重点项目八达岭1MW塔式太阳能热发电试验电站的设计、建设、调试和运营任务，预计2010年并网发电。

 

 

太阳电池是一种节能环保的替代能源发电设备，具有十分广阔的发展前景。电工所从2006年开展太阳电池技术研究，主要研究领域为硅基太阳电池，研究方向为寻求新型太阳电池及其高效低成本生产工艺。现在实验室已经建成了完整的晶体硅太阳电池中试线，包括硅片清洗槽、扩散炉、等离子刻蚀机、沉积SiNx减反射薄膜的PECVD、丝网印刷、烘干炉、烧结炉以及组件封装的封装设备等；具备了制备硅薄膜太阳电池的实验设备，包括沉积非晶硅薄膜的多腔室PECVD系统、制备金属接触电极的热蒸发和磁控溅射设备等；并拥有硅片和太阳电池性能表征的WT-2000少子寿命测试仪等测试设备。

 

目前正在开展“纳米硅、晶体硅、非晶硅锗混合型异质结（HIT）太阳电池的研究”等3项“863”项目课题，和自然基金课题“利用太阳能规模制氢的基础研究”，并与多家企业合作研究产业化技术。随着研究室的建设发展和太阳电池产业化技术突破，电工所将成为国内太阳电池领域具有高水平的研究团队。

 

 

电工所从2006年起，根据国家和社会的需要，建立可再生能源发电咨询与培训中心，主要从事可再生能源电力方面的政策和技术咨询，以及可再生能源电力技术师资培训工作。在过去的几年中，电工所受国家发展和改革委员会能源局委托承担中德合作“农村可再生能源项目”国家项目办任务；受财政部委托担任“中德财政合作项目——西部太阳能村落”项目的中方咨询单位。

 

多年来电工所同国际组织和大公司合作，完成了包括《中国光伏发展“十一五”规划》、《将可再生能源知识纳入国家教育体系的研究》、《无电地区电力建设规划导则（建议）》、《敦煌8兆瓦并网光伏系统与可行性研究》、《内蒙古50兆瓦太阳能热发电项目可行性研究》等10余部政策研究和战略项目研究报告，受到国家主管部门和雇主的好评。如今，中心已具有国际ISP培训资质，举办了多次太阳能发电以及风力发电的相关培训，为国家“送电到乡工程”培训了200多名省级培训师资。随着我国可再生能源事业的飞速发展，高水平、全方位的可再生能源发电咨询和培训已成为保证可再生能源可持续发展的重要服务领域，大有可为！

 

 

电磁推进技术主要进行磁流体动力学能量转换过程及其应用技术的研究。电工所从20世纪80年代开始进行电磁推进技术的研究，主要研究内容包括：磁流体船舶推进技术、新型液态金属磁流体发电技术、海洋溢油分离回收技术、生物流体磁流体技术以及借助磁流体动力学效应进行的流动控制技术等。

 

近年来，在国家“863”、国家自然科学基金、国家预研以及中国科学院的支持下，电工所与国际、国内科研机构和大型企业合作，成功研制了世界上第一艘超导螺旋式磁流体推进试验船，并获中科院科技进步奖二等奖；与日本科学家合作，首次完成了高场强条件下（14特斯拉）磁流体推进器的性能试验研究。针对海洋环境污染，电工所研制了磁流体（MHD）油污海水分离回收试验船，并首次成功进行了油水分离回收试验。近期，电工所创新性地提出了液态金属磁流体波浪能直接发电技术，并成功进行了原理性演示试验，目前正在进行试验样机的研制。可以预见，电磁流体动力学能量转换技术的广泛应用，将为船舶推进、海洋环保、波浪能的利用和生物医学带来全新的技术革命。

 

 

近年来，随着可再生能源发电、化石能源高效发电和用户端热电联供技术的快速发展及应用，分布式发电技术得到了快速的发展。在不久的将来，会有越来越多的分布式发电单元接入电网，这将会使电网的运行、控制、保护、电能质量等面临诸多新的问题。针对我国电网所面临的新问题，电工所从2002年开始部署分布式发电微型电网技术和新型电力储能技术的探索研究，主要研究方向包括：分布式发电微型电网技术、飞轮储能关键技术、基于超级电容器储能的电能质量控制技术和电机驱动节电技术。

 

目前，该所研究工作获得了国家“863”计划、国家自然科学基金、中科院知识创新工程的支持，研究开发成功70kVA基于超级电容器的动态电压恢复器、30kVA基于超级电容器储能的动态UPS，建成了200kVA微型电网实验系统和30kVA电机驱动节电实验平台。微型电网和新型电力储能是电力系统领域的前沿研究方向，将在电力系统新型体系结构、新型储能装备、电能质量控制、电力节能等方面具有非常广阔的创新发展空间。

 

 

微纳米科学是指研究尺度在几微米到几纳米范围内物质的特性和相互作用（包括原子、分子的操纵）的一门科学。微纳米加工技术是实现微纳米功能结构与器件的基础。电工所从1962年就开始了该领域的技术研究，取得了一系列的成就，多次荣获了国家科学技术进步奖、中科院科技进步奖和中科院重要成果奖。

 

近年来，在国家和中科院重大创新项目的支持下，电工所微纳米加工研究部先后完成了投影电子束光刻技术、电子束曝光技术实用化的重要课题，并在图形发生器、小型电子束曝光系统、小型高精密工件台、高精密检测和控制技术、扫描探针显微镜技术等相关技术方面开展了大量研究工作。其中，小型电子束曝光系统、小型高精密工件台技术、图形发生器技术实用化方面取得了重要进展。电工所研制的新型盲文打印技术得到了党和国家领导的支持和鼓励，为北京残奥会使用。电工所研究部还将利用在机械、电子学和微加工等方面的技术优势开展微能源技术、传感器技术、微纳米测量技术等方面的研究，特别是针对微纳米科研领域的专用科学仪器是其未来的重要发展方向。

 

 

电工所从上世纪60年代起就开始了高电压强流脉冲技术研究。40多年来，电工所在高电压绝缘及脉冲功率调节技术的研究上成果丰硕，在电火花震源、桩基无损探伤、液电清砂、磁体脉冲源、直流开断和输电线路绝缘及跳闸仿真特性等研究方面获得全国科技大会、中科院科技成果等奖项。在非常规环境下绝缘材料的特性研究、新型绝缘结构和材料的研制、等离子体放电机理和应用、电磁场下生物效应及机理研究、雷电防护及检测技术、电磁兼容技术、瞬态电磁测量技术、多场耦合复杂电磁能量转换过程的仿真计算、高压大功率特种电源技术等方面开展了大量的应用基础研究。

 

电工所目前主要从事非常规电磁环境的产生、控制、相关规律及其应用的研究，主要研究对象包括高电压、大电流、强流脉冲等电磁环境中的物理、化学、电气等新现象。在国家自然科学基金、国家“863”计划、中科院创新工程等项目的支持下，正在开展新概念加速器、大功率电磁能量转换、高功率重频开关、高频高压电源、大电流滑动电接触理论和介质阻挡放电机理等研究。

 

 

生物电磁技术研究是电工所在长期电磁场应用研究的基础上开展的新的研究方向，主要以现代电磁学理论、方法和电磁技术为依托，结合生物医学的最新进展，开展前沿性多学科交叉研究，以揭示生物组织和生命过程不同层面的电磁学特性及外加电磁场对生物体的作用规律，并研究电磁技术在医学和生物学中的应用。目前电工所已基本形成了电磁场的生物学效应及其机理、电磁成像技术、生物电磁特性和电磁信号的检测及应用、人工生物器官、纳米生物电磁技术等5个主要的研究方向。

 

在中国科学院知识创新工程重大交叉项目的支持下，电工所研究人员从分子、细胞、组织及活体不同层次研究了电磁场的生物学效应及其机理，获得了多项创新性的成果，并形成了一支电工学、生物学、医学、电子学等多学科交叉的研究队伍，合作完成了 “国际人类前沿科学计划”项目，深入探讨了磁场对生物影响的机制；与企业合作完成的0.35T磁共振成像仪已获得产品注册证并批量生产。

 

相信生物电磁技术的发展会促进生命科学中的相关研究和医疗设备与新型生命科学仪器产业的发展，对疾病诊断和治疗以及环境保护等问题的深入研究都将起到重要的推动作用。

 

《科学时报》 (2008-10-16 A3专题)