黄守道:让海上“大风车”“吹”出更多电

时间:2022-01-05 13:17 点击:

一台公社里的废旧拖拉机,引发了少年黄守道对电机技术的强烈兴趣,自此结下与电机的不解之缘;怀抱着将科研与教学结合的愿景,毕业工作13年后已过而立之年的黄守道重返湖大校园,自此潜心科研、教书育人;从风能到水电,从陆地到半空,他将一生的精力都奉献在电气工程的科技革命中。他主持完成的“大型低速高效直驱永磁风力发电机关键技术及应用”项目荣获国家技术发明奖二等奖。而今,两鬓染霜的黄守道仍锚定目标,誓将科技创新的蓝图绘到底。

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黄守道教授。

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科研兴趣的来源竟是一台废旧拖拉机

黄守道出生在湖南郴州,当他还是原资兴县渡头公社的一名乡村少年时,一台废旧拖拉机用磁电机引发了他对电机技术的强烈兴趣。

第一志愿,第一专业,“湖南人嘛,当然要考湖南最好的大学!”1979年,黄守道考入湖南大学电机系,儿时捣鼓起小物件的干劲儿让他毫不犹豫地选择了继续“和电机打交道”。

“因为当时,母校很缺老师,学校也希望我们这些有工程经验的校友回来。”在与时任电气工程系党总支书记罗文钦教授、电气工程系主任杨期余教授和电机系教研室主任赖烈恩教授交流之后,在企业工作十余年后的黄守道,本着为母校发展贡献一份力量的初衷,回到电气院任教,从此走上讲台。

黄守道长期坚持在一线承担教学和研究生培养工作,开设《电机设计》《电机控制》《现代电机系统分析》《新能源发电专论》等课程,培养博士后10人、博士23人、硕士147人。

“黄老师是一位很平易近人的学者,”博士研究生陈威敏说,“实验室忙起来,周末、节假日都不放假。只要黄老师不出差,都会在办公室看见他的身影。”

今年7月1日,黄守道作为科技部全国先进模范人物代表,受邀参加在北京天安门广场举行的庆祝中国共产党成立100周年大会。

“我是从事特种永磁电机研究与教学的一员,这些年,是党坚持把科技创新摆在国家发展全局的核心位置,不断激活科技创新动力,才让我们团队在电机创造领域屡屡取得突破性成果,”他说,“我们将继续攻坚克难,向特种永磁电机技术的广度和深度不断进军。”

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福建莆田平海湾海上风电场中的5MW永磁直驱风力发电机组。

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好风凭借力,风电正当时

11月30日,国家能源局发布的数据显示,截至2021年11月14日,我国风电并网装机容量达到30015万千瓦,突破3亿千瓦大关。

目前,我国风电并网装机容量是2020年底欧盟风电总装机的1.4倍、是美国的2.6倍,已连续12年稳居全球第一。

从外观看,风力发电机好像是“大风车”。风力发电机,有多大的能量?

黄守道以5MW海上风力发电机为例,介绍道,机组轮毂中心高度100米,叶片直径约115米,风轮扫风面积超过10000平方米,接近1.5个标准足球场的大小,额定功率运行时转动一圈可发电3.6度,单台机组每年可输出1048.5万度清洁电能,能满足3361个家庭一年的正常用电。

这其中,正有黄守道和其团队在风力发电机领域的不断创新贡献。

20世纪初,我国风电机组进口产品占比超过77%,外国公司纷纷来华建厂。“风力发电机如何国产化、大型化?年轻的中国风电产业如何突围?是摆在我国风电发展道路上的重要难题。”黄守道说,博士期间,他开始瞄准风力发电的前沿领域,致力该方向的研究。

“直驱风电机组由多极低速发电机和叶轮直接连接,无需齿轮箱,可靠性高。”黄守道说。

在湖南省科技重大专项、国家“十一五”国际科技合作计划项目等支持下,历经14年艰苦攻关,他带领团队发明大型直驱永磁风力发电机强振动抑制、低风速启动、宽风域高效运行关键技术,在湘电风能、中车株洲电机、湘电股份、金风科技等行业龙头企业应用。2006年至2010年,研制出2MW-5MW系列化直驱永磁风力发电机。

“2014年的时候,我们的5MW发电机在福建莆田平海湾海上风电场项目中,与西门子公司产品竞标胜出,成为当时国内海上单机容量最大的风力发电机”,忆起往事,黄守道骄傲地说,机器在运行中经受了多次超强台风的极限考验,为大型永磁风力发电机大规模海上列装积累了“中国经验”。

截至2019年,我国直驱型永磁风力发电装机总量比2007年增长了800多倍、年新增装机占比由2.5%提升至35.9%。

该项技术成果逐步形成系列化直驱永磁风力发电产品技术体系,直接带动我国直驱永磁风力发电产业的迅猛发展。产品应用于国内400多个风电场,覆盖高原、沙漠、海洋和山地等地域,适应高寒、沙尘、盐雾、潮湿等恶劣环境,批量出口荷兰、德、法等国。该项成果荣获2019年国家技术发明二等奖。

现阶段,“碳中和”趋势下,全球最大的改变来自能源结构的本质变化,新能源开始逐渐部分取代煤炭、燃油等传统能源。

风力发电等新型发电项目在电力能源领域发挥出越来越重要的作用。

“如今,风力发电机早已实现国产化,但其大型化的脚步依然没有停歇,”黄守道说,“中国已经成为世界第一风电大国。”

他和团队仍继续坚守在风力发电最前沿。黄守道正在主持承担国家重点研发计划项目“面向深远海的大功率海上风电机组及关键部件设计研发”的课题,进一步深入研制10MW以上海上风力发电机,在国家“双碳”战略的宏伟蓝图下助力海上风电走向深蓝。他还将在“大规模海上风电机群服役全周期质量评估与调控技术”和“超导风电制氢一体化关键技术”开展深入研究,志在让海上“大风车”“吹”出更多电!

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搞科研就没有一帆风顺的!

这么多年的科研过程,遇到过困难和失败吗?

“当然有!”黄守道不假思索地回答,“困难是常常有的,克服困难是必须要做的。”

起初,在做风电相关研究的时候,因为领域新、前景不明确、研究成本高,他的研究课题并不受看中,“连立项都是我们费了很大力气积极争取的!”回忆起最初的时刻,黄守道坦言,任何科研的进步与发展都不是一帆风顺的。

“其实,期间我也有过彷徨和犹豫,是不是应该继续搞下去?”在研究方向陷入瓶颈期之际,黄守道选择“出去走走看看”。

2008年,他以访问学者的身份前往丹麦奥尔堡大学进修。“丹麦虽然国家不大,但科技、教育都有着自己的特点。在精密仪器、造船、新能源开发与利用等领域都处于世界前列,”黄守道说,“特别是他们的风力发电技术一直引领世界。”

“在国外的见闻经历坚定了我研究风力发电技术的决心!”从丹麦回国以后,黄守道下定决心“继续撸起袖子干!”

访学期间他还受到了奥尔堡大学校企深度融合、理论联系实际的先进教学理念的影响,开始了教学、科研与实践的深入思考。“他们本科生的培养教学方法教‘每个学生都带着问题来学习’,学校对于工科学生的教育始终从培养学生工程实践能力和解决实际问题能力出发。”黄守道在团队人才培养方面,一直秉承科研实践育人的理念,鼓励学生积极参与各类科研项目,在技术创新实战中成才。

他指导的博士生吕铭晟,从全国37.7万支队伍中脱颖而出,荣获2017年“互联网+”大学生创新创业大赛全国银奖,他指导的博士生成双银获2013年“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛全国二等奖……

他常说:“看到这些学生们在自己的岗位上又干出一番成绩,能够为社会做出贡献,是我最感欣慰的事!”

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从“跟跑”到“领跑”

黄守道的科研攻关方向不仅仅是与民生大计相关,更加与国防军工紧密相连。

装甲车辆等特种车辆是未来地面作战的核心武器装备,对于维护领土主权完整意义重大。他们研究的特种车辆高功率密度永磁驱动电机,正是为装甲车等特种车辆量身定做。

特种车辆传动技术的变革中,电传动技术具有结构紧凑、效率高、噪音低、动态性能好等优点,是未来的发展方向。

驱动电机则是电传动系统的核心装置。

“特种车辆安装空间有限,封闭且功率需求大,这样的特殊环境对驱动电机的功率密度指标和散热性能提出了苛刻要求,”黄守道说,“打个比方,特种车辆上的冷却液,平均温度高达90多摄氏度;特种车辆的能量供给还要提供并保障其他特殊功能……这对我们的设计就有极为严苛的要求,研制难度极大。”

从2007年开始,黄守道和他的团队通过竞标获得国家“JPPT计划”“国际科技合作”等项目资助,投入研发人员100多人,历经15年技术攻关,攻克了特种车辆驱动电机系统高功率密度设计、高效散热等重大技术难题。

“光是思路设计,我们就经历了三次全部推倒重来的艰难过程,”回忆起攻关之路,黄守道满心感慨,“那可不是小修小补的改动,而是重新归零再出发。当然,搞科研就不能怕失败,我们也是在不断的推翻和建设中汲取经验。”

每一次的失败都是一次新的开始。

还记得在某个技术攻关关键期,黄守道带领核心团队6、7人,在合作企业的实验室几乎不眠不休鏖战一周,最终将某项设备性能和指标调试到理想状态。

终于,他们在2013年研制出当时国内功率最大的特种车辆用永磁驱动电机,经权威部门检测,驱动电机功率密度、温升等关键技术指标均优于国际同类先进技术水平,实现了我国特种车辆永磁驱动电机技术由“跟跑”到“领跑”的跨越式发展。

黄守道团队随后研制出多种功率等级永磁驱动电机,形成系列化产品型谱,使我国成为继美、德、英之后少数几个掌握特种车辆驱动电机关键技术的国家。该项成果荣获2020年湖南省科技进步一等奖。

数十年如一日的潜心科研,黄守道不仅仅只是出于兴趣,更是因为拥有一种“国家需要”的使命感与责任感。黄守道始终以科技创新践行初心使命,为我国特种永磁电机行业技术进步不断贡献新的力量。

来源:宣传部 电气与信息工程学院

摄影:陈佳祺 受访者供图

通讯员:冯垚径 吴轩 黄晓辉 马楚航

实习编辑:刘旭

记者、责任编辑:周丹


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