罗二仓,一个一直强调团队作用的朴实教授;一个一谈到技术就会兴奋的科研人员;一个和志同道合者正在努力实现自主创新抱负的人。他说自己很普通。
环顾他的办公室,除了书仍旧是书,能够添加些色彩的便只是门口的几盆鲜绿。
2010年7月,我国太阳能直接驱动热声发电技术研究取得重要突破,在世界上首次采用太阳能驱动热声发动机实现kWe级发电的研制工作。
这份荣誉属于中科院理化技术研究所低温与制冷工程研究中心罗二仓课题组。
低温、制冷、太阳能、热声发电,这些专业名词之间似乎并没有什么联系,但为什么又同时出现在一个人的研究专业中?采访开始后,罗二仓首先聊起了他的“转行”经历。
“你技术不高,别人就不会愿意和你交流,在哪个行业都一样”
“我们所说的低温可不是家里冰箱的温度,而是要达到零摄氏下二三百度,在这个温度下,除了氦气等一些惰性气体,几乎所有东西都会凝固变成固体。”罗二仓说。
低温技术在高技术领域应用广泛。比如航空航天,液氢液发动机,包括空气分离等都需要通过低温将空气中的氢气和氮气来分离出来。以前,大型制冷机械压缩机需要经常检修,但如果用到天上就受到了制约,比如卫星需要的低温设备,不可能经常检修,所以就要求寿命长、可靠性高。
“那个时候从整个加工水平来看,我们国家跟其他国家相比就落后得更多了。”罗二仓以前在国外访问的时候,明显感到由于技术不如人而受到的冷落。“你技术不高,别人就不会愿意和你交流,在哪个行业都一样,那个时候面对技术的落后,心情是很着急的。
带着对于技术的思考和担忧,罗二仓开始想要做出一些创新。而恰恰就在这时,一个新的原理出现了,通过热产生声波,来代替机械式压缩机的功能,这项新技术现在称之为“热声技术”。
“它不需要高精度的机械加工,仅需要给氦气或氮气加热,就能产生很大的压力波,可以达到机械压缩机的功能,但又没有机械运动部件,从而不需要润滑油润滑,这样就解决了低温研究中机械压缩机可靠性低的大难题。”罗二仓解释说。
让罗二仓激动的不仅仅是这项技术在制冷方面的应用,“它还可以发电!”
我国能源紧张,煤电对资源的消耗和对环境的污染已令人触目惊心。“用太阳能来加热热声发动机振荡来驱动直线电机发电。”这些拗口的名词在罗二仓心中组合在了一起,他的研究有了新的目标。
“压比1.15,1.2,1.3……成功了!!!你们无法想象我当时的激动”
罗二仓有一个模型,是给学生做演示用的,热衷于实验的他,同样拿出模型来给记者“边讲边演”。
“这个模型结构简单,但原理复杂,我们姑且把他比喻成‘荡秋千’——给气体一个向它运动方向的力,来找到一个合适的节拍,使得声波的振荡不断增大,从而将热能不断转换为振荡的声能。”罗二仓讲得很投入。据说每年所里的科普开放日,来参观的中小学生,都觉对这个模型很感兴趣,这让罗二仓有些“小得意”。
2000年以前,我国在热声技术方面还处于跟踪阶段。经过了七八年的发展,罗二仓带领课题组在热声发动机技术和热声制冷技术方面取得的成就,使得我国以非常快的赶超速度赶超其他国家,目前已处于国际最前列。
2004年,罗二仓提出了聚能型发动机,使得我国在热声发动机技术方面取得很大的突破。过去国际上采用的大多是驻波发动机,到了1999年才开始用行波发动机,而罗二仓的研究团队也是国际上这一领域的先驱者。
“但是热声发动机中的谐振管损失还是比较大。”罗二仓对现有的技术水平并不满意,他琢磨着,如果把具有很大非线性耗散的谐振管,改成耗散很小的锥型谐振管的话,说不定可以大大抵消由于谐波所带来的损耗。说改就改,在2004年国庆节长假,改造后的实验系统刚刚搭建完成,罗二仓由于放心不下反复进行的实验,一直在考虑提高压比的问题,又一个人来到了实验室……
“压比1.15,1.2,1.3……成功了!!!你们无法想象我当时的激动。”由于以前一直做跟踪研究,第一次超越了“记录”,罗二仓形容“就像是做梦一样”。现在说起来,他脸上仍洋溢着快乐,那种快乐特别单纯,正如旁人无法理解科研的枯燥,旁人也无法理解他们成功时的快乐。那是为实验投入,并把科研上的创造当做梦想的人,因为实验成功而获得的快乐。
“他是特别有抱负、有能力的人,尽管后来进入商业领域,但仍是个非常有使命感的商人。
中科院进行知识创新改革后,理化所的产业策划部应运而生,专门负责对外联系,进行技术的产业化。
也许是命运的安排,罗二仓在那个时候结识了另外一个非常有抱负的人,聊起中国技术现状,聊起新能源感,两人一拍即合。这个人就是现在热声发电研究的投资人、合作伙伴李海冰。
说起李海冰,罗二仓大为赞赏。
“我们俩一聊就觉得志同道合,他是特别有抱负、有能力的人,对科研感兴趣,想做研究,尽管后来进入商业领域,选择创业,但仍然是个非常有使命感的商人。”
作为投资人,李海冰拿钱出来支持这个新技术的研究和产业化,并与罗二仓一起合作成立深圳市中科力函热声技术热声工程研究中心有限公司。
“他想做一个技术原创的东西,致力中国低温制冷技术和太阳能热声发电技术的产业化,同时国家对于可再生能源也比较重视,所以也就选择了这个领域!”就这样,两个背景不同、身份不同的陌生人,为了同一个目标走到了一起。
“刚刚从技术上打通各个关键环节,但是经济上还不能产生效益,还需要改进,还需要做得更大”
热声技术非常新,难度也相当大。原本罗二仓课题组想要把这个技术放在汽车空调上,利用回收汽车尾气的热量来进行空调制冷,但是因为汽车对于设备的尺寸要求有限制,便进行了调整,决定利用太阳能来驱动热声发电,而且热声既可以制冷,又可以发电,将会有更大的应用。
“尽管我们现在已经做了1000瓦,刚刚从技术上打通各个关键环节,但是经济上还不能产生效益,还需要改进,还需要做得更大,我们把它看做一个更长期的目标。”
虽然太阳能热声发电是一个新技术,有它的优点,也有它的难度,但罗二仓对自己的选择很有信心。
“热声发电尽管还没有投入应用,但前景非常广阔。我国现在比较偏远的地方,电线架不进去,又比如内蒙古草原上的用电等等,如果可以采用热声发电,老百姓手机充电,看电视等等都可以直接应用了。今后单机功率做到20—30千瓦就可以通过模块化生产成千上万个的阵列布置建成10—1000兆瓦的大型太阳能热声发电站。”他描绘着。
延伸阅读
如此阴差阳错
如今的罗二仓是中科院理化技术研究所低温与制冷工程研究中心主任,而二十几年前,他也有属于自己的“辉煌”。他是当年云南那个偏僻山村——张官营村走出的第一个大学生,而且目的地是中国顶尖学府清华。
上世纪80年代的高考不像现在。今天,网络信息发达,高考选专业可以自己去找资料,那时候只能靠个印象和几张图画来判断自己的喜好。
清华当时在云南招生只设了五六个系,包括计算机系,建筑系,热能工程系,无线电系,数学系等。
罗二仓琢磨着,建筑工程师整天戴着帽子在工地上跑,也许不是那么有趣;而数学虽然自己喜欢,但是也不能老学数学;对,选无线电吧。那时恰逢电视机刚出现在人们生活中,罗二仓心生好奇,觉得对这个新玩意儿研究一下,决定首选无线电,至于第二个专业,随便挑一个,那就热能工程系吧。
阴差阳错,他没进当时的无线电,最后却去了热能工程系,主修暖通与空调专业。1990年,他从清华大学热能工程系毕业以后,被保送至中科院低温中心读硕,在1997年又毕业于中科院与华中理工大学制冷与低温工程联合博士点,获博士学位。
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热声发电
热声发电技术基于热致声效应而工作,可将热能转化为声能并直接由直线发电机等换能设备产生电能。由于热声发动机无机械运动部件,可实现高效率的声学斯特林循环,且采用外燃式工作,因此,热声发电技术具有可靠性高、制作成本低、热效率高(30%—40%)以及环保等优点。特别是热声发电技术可利用太阳能、工业余热以及任何燃料燃烧产生的热能来工作,因而热声发电技术正在成为能源动力研究领域里的一项前沿技术,极具发展潜力和应用前景。
太阳能热声发电就是采用太阳能作为热源,利用热声效应,即管内气体(氦气)在温度梯度作用下发生振动,这样热能便转换成了声能,再由声能驱动一个线性交流发电机发电的过程。