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先进压缩空气储能技术的先行者

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先进压缩空气储能技术的先行者

护航生物多样性黄海所牵手海尔生物打造国家级种质资源库智慧平台

来源:爱游戏网页登录  作者:爱游戏官网网页  2022-08-07 02:07:22

  10月28日,国家海洋渔业生物种质资源库在中国水产科学研究院黄海水产研究所(以下简称“黄海所”)揭牌。这是我国迄今投资规模最大、保存规模最大、设施最先进的海洋渔业种质资源库。  作为国家成立最早的综合性海洋渔业研究机构,近年来,黄海所面向国家实施创新驱动发展、建设海洋强国的战略需求,取得了多项高水平创新成果。此次揭牌的国家级科研创新平台“国家海洋渔业生物种质资源库”,将实现海洋经济种、生态种、特有种、稀有种和濒危种等重要生物资源全覆盖,创建保存容量最大,自动化、信息化和现代化水平最高,收集保藏技术和管理水平最先进的国家海洋渔业生物种质资源库。  在该平台上,黄海所牵手海尔生物通过智慧实验室管理场景方案的应用,实现整个实验室全流程的互通互联,对海洋渔业科研的智慧化升级进行了探索,得到参观人员的关注和认可。  生物多样性是全球共同关注的重要话题。近年来,海水变暖、过度捕捞和环境污染等众多内外因素,让渔业资源逐年减少。作为国家级技术研发平台,黄海所“国家海洋渔业生物种质资源库”围绕国家渔业科技原始创新和渔业现代化发展的重大需求,以海洋渔业生物种质资源安全保存与高质量利用为中心,根据我国不同海域海洋渔业生物种质资源保护需求,构建现代化的渔业生物资源保存平台。通过智慧实验室管理场景方案,平台实现了仪器设备、环境、仓储、项目等多个环节的互联互通,形成综合性的智慧管理平台系统。  “智慧实验室管理场景方案以物联网科技助力海洋渔业科研升级,改变了传统实验室人工记录有误差、易出错、无法实时监控等弊端,对于海洋渔业智慧发展、保护生物多样性做出了新的探索。”黄海所相关负责人介绍。  传统实验室中养殖的海洋生物生长状态、生长环境均通过人工定时巡检,有误差、易出错。实验室环境通过温湿度计、手持尘埃粒子计数器、机械压力表等仪器监测,人工读数后纸质记录,无法保证数据真实性。如遇到冰箱等保存重要样本的设备断电后无法第一时间进行报警,一旦超温会造成不可挽回的损失。  海尔生物智慧实验室管理场景方案直击痛点,通过建立智能监控平台软件,将智慧硬件、环境监测仪器、智慧用电管理系统、养殖系统监控等全流程信息集成至监控平台中,实现对设备运行状态、环境指标、活体库养殖系统等信息实时监控,为科研提供精确研究数据。如遇实验室环境异常报警,无需人工巡检,节约人力成本的同时,确保安全性与稳定性,为科研探索保驾护航。  实际上,此次黄海所智慧实验室管理场景方案落地是海尔生物在生物安全场景的又一次创新迭代。作为物联网生物安全领域的先行者,海尔生物在方案、技术、服务等多方面持续拓宽,以全流程、全周期的动态解决方案提升用户体验,引领生物安全领域持续创新升级。  此前,海尔生物联合济南疾控中心打造出“云眼”生物安全智慧实验室物联网解决方案,实现了人、环境、样本、设备全流程监测和可追溯,开启了生物安全实验室自动化、智能...

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  碳达峰、碳中和是一场深刻的经济社会变革,同时也是一场深刻的能源革命和工业革命。储能是能源革命的关键支撑技术,是可再生能源大规模利用的迫切需要,也是提高常规电力系统效率、安全性和经济性,发展智能电网和分布式能源系统的关键技术。在已有的储能技术中,压缩空气储能具有储能容量大、储能周期长、单位投资小等优点,被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一。

  而传统压缩空气储能系统也存在依赖燃烧化石燃料、效率相对偏低、依赖特定的地理条件来建造大型储气室等问题。从20世纪90年代开始,为解决传统压缩空气储能技术的瓶颈问题,国内外学者开展了新型压缩空气储能技术研发工作。我国对压缩空气储能系统的研发虽然起步较晚,但发展很快。中科院工程热物理所储能研发团队是国内最早进行压缩空气储能技术研究的队伍。从2013年建成首个1500千瓦的先进压缩空气储能项目,到2016年建成首个1万千瓦的项目,再到如今建成首个10万千瓦的项目,中国能源研究会储能专委会主任、中国科学院工程热物理所研究员陈海生作为我国先进压缩空气储能技术的创始人,带领研究团队实现了众多突破,解决了传统压缩空气储能技术的多个难题,为实现“双碳”目标作出了贡献。

  中国科学院工程热物理所研究员,中国工程热物理学会副理事长、秘书长,中国能源研究会储能专委会主任, Journal of Thermal Science 、 Energy Storage 、《储能科学与技术》和《工程热物理学报》副主编/常务副主编。曾获“科学探索奖”、北京市科学技术奖一等奖、国家杰出青年科学基金、中国青年科技奖特别奖、 英国皇家学会牛顿高级学者奖、国家能源局软科学研究优秀成果奖、国防科学技术奖、侯德榜化工科技青年奖等。

  2004年至今,陈海生团队18年专注于先进压缩空气储能技术的研发和应用。针对传统压缩空气储能技术的三个技术瓶颈,陈海生团队取得了一些卓有成效的突破和进步。“一是进一步提高了效率,先进压缩空气储能技术通过系统原理的突破、高效过程和过程耦合匹配,以及系统中热能的高效回收利用来提高整个储能系统的效率,系统效率从德国和美国电站的40%~50%提高到70%。二是通过对压缩过程的热进行回收,用压缩热来替代燃料燃烧,不使用天然气等化石燃料。三是在没有储气洞穴条件的地方,通过研发新型储气装置,如压力容器、压力管道、液态空气装置等提高系统选址的灵活性。”陈海生介绍。

  而这些进步来源于从理论到实践的一步步创新和跨越。“为实现先进压缩空气储能从理论到实际工程的跨越,我们先后突破了系统过程耦合与动态优化等基础理论;突破了多级压缩机和膨胀机、高效紧凑式蓄热换热器等关键技术;以及在此基础上开展的系统集成和控制技术,从而实现系统的工程示范;最终使先进压缩空气储能系统可以同时解决传统压缩空气储能系统的3个主要技术瓶颈。”陈海生团队已实现从理论、到关键技术,再到工程应用的跨越,形成了完整的压缩空气储能专利群。从团队的多项技术突破和示范来看,该团队在压缩空气储能领域的整体研发进程及系统性能均处于国际领先水平。

  谈及下一步发展方向,陈海生表示,压缩空气储能技术将向大型化、高效率和标准化方向发展,包括系统的单机规模向大型化发展,技术进步促进系统效率进一步提升,而其生产和制造将向标准化发展。

  陈海生年纪轻轻便已多项荣誉加身,曾有报道提到过陈海生的“快捷人生”,而陈海生却不这样认为。“我不认为自己是所谓的‘快捷人生’,其实我是一直是按部就班,按规矩办事的。”陈海生出生在山东滕州农村,没有幼儿园,父母又繁忙,他5岁便被送进小学;当时小学读5年,他10岁考上了中学;16岁上大学,20岁读研究生,25岁博士毕业。陈海生说,他都是正常学习和毕业,从没跳级过,一路走来,看似比较年轻,但每一步都是按部就班的,再平凡不过了。“我做压缩空气储能技术研发工作也一样,也是按科学规律做事,从基础研究到关键技术,再到试验示范,从1.5兆瓦到10兆瓦,再到100兆瓦,一步一个脚印,按规矩做事。”

  一路走来,陈海生认为,勤奋和专注非常重要。“人和人的能力差别并不大,特别是在中国科学院这个人才济济的地方,只有更加勤奋才可能做出更扎实的工作。同时,人的精力都是有限的,所以目标一定要有限,只有把有限的精力、有限的时间、有限的资源专注到有限的目标上,才能做出更好的工作。就如同我们团队的工作方针,理想、专注、坚持、创新,18年来我们团队就专注于一件事——压缩空气储能技术,从1.5兆瓦示范,到10兆瓦,再到100兆瓦,一步一个台阶,积小成为大成,从一个胜利走向另一胜利。”

  2005年,陈海生被公派去英国利兹大学访学1年,学校给他安排了一个3万英镑的小的软课题项目——给一家公司的液氮汽车发动机做热力分析。而他的勤奋和专注,让他把这个3万英镑的项目做成了总投入高达600万英镑的示范项目,为期1年的访学也变成了4年的正式工作。

  陈海生说:“项目虽小,但我做得比较细致,平时思考得也比较多一点,项目验收时,我提出了做液态空气储能的建议。主要是当时考虑液氮的能量密度比较低,做移动式能源用于汽车,里程不是很大,但要是做固定式的,装在地面上,对能量密度要求不高的情况下,是有可能的。于是,我进一步想到做成液态空气储能,用电高峰时制造液态空气,用电低谷时液态空气再用来发电。”就是基于这个“灵机一动”的点子,陈海生和他英国的导师一起提出了新型液态空气储能系统的概念,该技术在能源领域的巨大潜力,很快得到了政府和投资机构的关注和支持。

  虽然在英国的研究做得非常顺利,但在英国工作4年后,陈海生还是回到了祖国。“选择回国工作是我出国那天就确定的事情,从来没有动摇过,所以不存在权衡是否回国事情,其实在国外工作每一天,我都在思考如何回国后开展工作。一是回国工作是我出国时向中科院作出的承诺,出国学习的目的就是为了能力提高后回国更好地工作;二是当时国家对储能技术的需求也迅速增长,以满足国家重大需求作为研究方向是我们科研工作者的责任,也保证了储能技术具有很大的发展空间;三是国家和中科院对储能技术非常重视,在项目和平台等方面给予了很大支持,提供了很好的启动条件。”

  陈海生当时选择回中科院工程热物理所工作,主要有三方面的原因。“一是熟悉,我硕博连读是在中科院工程热物理所完成的,我对这里的科研环境和老师同学都非常熟悉,在英国的4年多期间,同研究所也保持着密切联系和项目合作,回国时自然首先想到的是回工程热物理所工作。二是平台好,工程热物理所具有一流的研究平台和学科基础,尤其在压缩空气储能和储冷、储热方面有很好的基础,有利于开展相关科研工作。三是感恩,硕博连读期间,研究所为我提供了很好的学习和工作条件,培养我顺利完成博士学业,后来欣然接受我回所工作,又积极地推荐我出国,工程热物理所给予我的全是培养、支持和帮助,我回国时唯一的选择便是怀着感恩的心,全力以赴地工作来回报培养、支持和帮助过我的中科院工程热物理所。”

  北京市科协也在积极推动碳中和目标的实现,并拟成立北京碳中和学会。陈海生表示:“推进碳达峰碳中和是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策,是我国对国际社会的庄严承诺,也是推动高质量发展的内在要求。北京作为国际科创中心,在北京成立碳中和学会对于运用首都科技资源优势,集聚专家智慧,有效促进政产学研金服用融合,助力北京率先实现双碳目标,发挥引领辐射带动作用具有重要意义。”

  同时,陈海生也对北京碳中和学会未来的工作充满了希冀。“希望学会成立后突出特色和重点,加强‘双碳’领域的学科交叉和学术交流,建议重点开展四个方面的工作:一是加强战略研究,为政府决策建言建策;二是加强学术交叉和学术交流,促进关键技术突破;三是技术与产业融合,打通政产学研用创新链条;四是促进国际合作与交流,争取发起成立国际性碳中和科技组织。”

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