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中石化武漢分公司投入的“技術繞線轉子無刷雙饋電機及變頻控制系統”。

節能減排要抓工業，抓工業重點要抓電機，電機就是“電老虎”，繞線轉子無刷雙饋調峰發電機優異的變速恒頻調節屬性能根據負荷變化調節轉速，實現節能降耗。

日前，在金路達有限公司（華中科技大學與德和泰集團產學研結合的成果轉化平臺）“繞線轉子無刷雙饋電機系統技術”發布會上，山東省淄博市博山區政府副區長隆小波宣布該技術正式“產業化”時有些激動。

2018年年初，山東省人民政府發布《關于印發山東省新舊動能轉換重大工程實施規劃的通知》。作為全國新舊動能轉換先行先試的省份，“新技術、新產業、新業態、新模式”是山東省推行此次重大項目的核心，而對于幾乎占全了“四新”的“繞線轉子無刷雙饋電機系統技術”項目能被列入重大項目，隆小波在接受《中國科學報》采訪時連說了好幾個“很榮幸”。

這項技術是華中科技大學教授王雪帆為主的科學家團隊的重要研究成果。2012年，該團隊研發的“繞線轉子繞組”技術在無刷雙饋電機應用上取得重大突破，實現了無刷雙饋電機由低壓變頻技術直接控制高壓電機轉速的產業化目標。

王雪帆用“十年磨一劍”來形容這一突破，但這句話卻不僅僅是簡單的詩句引用。從2002年王雪帆課題組獲得國家自然科學基金支持，到2012年課題組所攻克的核心技術走出實驗室，整整花了十年時間。

摘到“皇冠上的明珠”

電機設備的能源耗損問題歷來是讓業內“頭疼”的難題。數據顯示，全球電力供應總量的70%為工業用電，而工業用電總量中的70%是由風機、泵類、壓縮機等所用電機消耗殆盡，耗電占總發電量的49%。

業內有種說法，節能減排要抓工業，抓工業重點要抓電機，電機就是“電老虎”。

王雪帆對《中國科學報》坦言，“如果電機出現革命性技術進步，那意味著大量火力發電廠停運，可以大幅減少煤炭消耗、降低二氧化碳排量、減少工業廢氣。”

作為全球制造業大國，我國電力產能位居世界第一。2017年，全國發電裝機容量17.8億千瓦，其中火電發電裝機容量達11.1億千瓦。電機耗電難題如果能夠攻破，其帶來的環境、經濟、社會效益可想而知。

在無數雙饋電機領域，以核心技術轉子結構劃分，國內外的研發方向和主要技術流派分為三大陣營，分別是，美國俄亥俄州立大學學者T.A.Lipo領銜的“磁阻轉子”技術、英國劍橋大學學者Williamson領銜的“同芯籠轉子”技術以及王雪帆課題組的“繞線轉子”技術。

2010年—2012年，全球三大流派分別將各自研發技術用于實踐，制成了“實驗用電機”。2010年，美國俄亥俄州立大學以“磁阻”式轉子設計制作了一臺200千瓦的無刷雙饋發電機，通過實驗室實測數據，電機隨著轉速變化，其效率為88.96%。2012年，英國劍橋大學工程系可再生能源實驗室制成250千瓦無刷雙饋電機，試驗中效率可達96%。

但迄今為止，“磁阻式轉子”和“同芯籠式轉子”結構這兩大技術流派仍停留于“實驗室樣機”改進階段。王雪帆羅列出制約其技術應用的原因：諧波含量高、隨負荷波動大、噪音大。換言之，兩種“樣機”的噪音和振動較大，對電網污染嚴重，電機運行可靠性差。

而“繞線轉子”則利用繞組磁勢齒諧波的自然屬性將低效雙繞組化為高效單轉子繞組，實現了定子對極磁動勢幅值及諧波含量的精細控制。這體現在電機效果上的突出優勢則表現為“高效率、高可靠、低污染、低成本”。對此，王雪帆說，“中國人捷足先登，摘下了皇冠上的明珠。”

“無刷雙饋電機幾乎解決了傳統電機的所有痛點。”針對這項技術，中國節能協會副秘書長諶樹忠如此評價。

分階段精進、多領域應用

技術成果的取得并不是一蹴而就的。從2004年“一種交流無刷雙饋電機” 獲得發明專利授權到2016年發明專利“繞線轉子無刷雙饋電機及變頻控制系統”進入商用階段，王雪帆課題組的技術成果經過了多個階段的“精進”。

王雪帆介紹，2005年，變極起動無滑環繞線轉子感應電機獲得實用新型專利，國家發改委將之列入戰略新興產業重點產品和服務指導目錄，工信部將之列入“國家重點推廣的電機節能先進技術目錄”；2013年，繞線轉子無刷雙饋電機及變頻控制系統獲獎，其技術及性能得到湖北省科技廳組織的專家團隊的鑒定；同年，工信部組織專家再次鑒定，“確認該技術為國際領先，系國際首創”。

“工業泵類、風機、壓縮機等中高壓電機在繞線轉子無刷雙饋電機變調速系統中，電網輸送的電能分成兩路。”王雪帆描述該技術的顛覆性，“一路通常50%以上直達電機，省略耗功器件；另一路則通過小容量變壓器和低壓變頻器，負責電機調速，具有效率高、成本低、安全可靠等顯著優點，顛覆傳統產業”。

2011年，繞線轉子軸帶無刷雙饋船用發電機開始實船應用，在長航集團5000噸榮江15068號輪船上成功應用，節油效率高達14.7%；2016年，“繞線轉子無刷雙饋電機及變頻控制系統”在中石化集團武漢石化分公司裝置投入運行，經第三方認證，系統節電率大于31%。

事實上，該技術的應用范圍還涉及多個領域。“繞線轉子無刷雙饋電機”技術的應用價值逐漸顯現。

在發電機領域，繞線轉子無刷雙饋風力發電機能依據風機轉速變化調節勵磁電流的頻率，實現變速恒壓恒頻，使得系統所需變頻器容量變小，具有更好的低電壓穿越能力。王雪帆解釋道,“在提高系統穩定性的基礎上，使整個風力發電成本降低約20%，且設備維護量降低，特別適用于海上風力發電”。

由風力發電或光伏發電等可再生能源構建的微電網受氣候時變影響需增加調峰發電裝備，以平衡局域電網的電力負荷波動。現有柴油機發電裝置，因采用同步發電機，無論負荷大小，柴油機必須保持恒定轉速，能耗極大。王雪帆表示，繞線轉子無刷雙饋調峰發電機優異的變速恒頻調節屬性能根據負荷變化調節轉速，實現節油20%左右。

科學家愿體現社會價值

近年來，我國科研論文產出和專利申請連年增長，但科技和經濟“兩張皮”矛盾突出。一方面，科學研究以發論文為“終點”，常年“沉寂紙堆”，科研成果“壓箱底”現象廣受科研人士詬病，另一方面，大量急需科技“輸入”的企業卻苦于“一技”難尋。

不過，對于金路達有限公司負責人張恪來說，這種體驗卻有些陌生。作為華中科技大學與德和泰集團產學研結合的成果轉化平臺，金路達有限公司得到了山東省淄博市政府和博山區政府的大力支持，這種支持一定程度上保證了科技和經濟在這里“碰撞”的高效性。

“目前還沒有遇到什么困難。”張恪說，“政府支持，金融機構支持，投資機構也在大力支持，市場也敞開了胸懷，政府的支持與項目的進展是離不開的。”

“把高科技領域作為出發點，以此為基礎，我們和國家部委下面的一些節能機構和能源協會多次聯系、溝通，讓他們給我們推薦好項目。”張恪對《中國科學報》講述了選擇“繞線轉子無刷雙饋電機系統技術”的過程。

對于“繞線轉子無刷雙饋電機”的經濟效益，王雪帆說，“2017年中國耗電總量63077億千瓦時，僅風機、水泵、壓縮機等電機耗電約30000多億千瓦時，如全部應用該項技術，按照降低耗電量30%計算,就能節約近萬億度電,并且去掉了高壓變頻器及相關配套投資，經濟效益巨大。”

王雪帆的估算得到了隆小波和張恪的證實。隆小波表示，目前，以該技術為基礎的系列產品“供不應求”。張恪也表示“正在不斷地完善產能布局”。