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丁玉龙与他的深冷储能产业宏图



拉开蓝色的铁质大门,一条光影斑驳的走廊出现在眼前,我们沿走廊前行十来米,便来到了伯明翰深冷储能研究中心的实验室里。四下环顾,感觉一切皆在低调酝酿,无处不是蓄势待发。

“抱歉,这里还没有完全弄好,有点乱。”丁玉龙教授从实验室各处拉来几把椅子,与我们相对而坐,开始谈起这个研究中心的前世今生,谈起这个中心已经获得的1230万英镑的资金支持、在建的研究场所以及未来3-5年中储能领域高达1千多亿美元的市场前景。

在这次访谈中,他还描绘了自己心中关于深冷储能(Cryogenic Energy Storage,简称CES)产业化的愿景与宏图,雄心勃勃却又布局稳健,令我印象深刻。

这次的采访缘起于《华闻周刊》编辑部在7月2日收到的一条来自伯明翰大学的新闻线索——华裔学者丁玉龙被任命为全球首个深冷储能研究中心主任。

伯明翰大学的媒体联络人本杰明•古德温后来对我说:“这是华人在英国科研界取得的成就,我猜你们会感兴趣。”

“不过,到底什么是‘深冷储能’?”收到该条新闻后,《华闻周刊》编辑部曾有一番热议, 一位编辑冷不丁提出此问,在座众人尽皆默然。

这其实也正是我想问的问题。这个听上去颇为“高冷”(高端冷僻)的科研技术与普罗大众有何联系?这个深冷储能研究中心的成立,意味着什么?最为关键的是,这个在英国伯明翰大学成立的全球首个该领域的研究中心,为什么会让一名华裔学者来担任主任?

于是,在9月10日的下午,我们带着这些问题走进了伯明翰深冷储能研究中心的实验室,并在这里对该中心的主任丁玉龙教授进行了专访。


丁玉龙,现任伯明翰深冷储能研究中心主任,伯明翰大学首任Chamberlain教授,并任英国皇家工程院-HPS讲习教授、储能研究负责人。他于1997年获英国伯明翰大学工学博士学位,其后作为博士后研究员任职于英国伦敦帝国理工和英国伯明翰大学。2001年获英国利兹大学终身教职,先后任讲师、高级讲师和教授。2009年入选中国的国家“千人计划”,负责过程工程研究所储能工程团队的建设。2013年,受伯明翰大学之邀,担任伯明翰深冷储能研究中心主任。


《华闻周刊》:“深冷储能”听上去比较艰深,通俗一点解释,它的原理是什么?和其他的储能技术相比,它有什么不同?这个技术将会为工业界和普通人的生活带来哪些改变?

丁玉龙:“深冷储能”的原理就是把低谷电(即非用电高峰时段的闲置电能)或者多余的电用于生产液态空气,将之储存在零下196摄氏度以下,需要用电的时候,利用环境热把这个液态空气加热到常温或近乎于常温(比如15摄氏度或30摄氏度),它就可以膨胀到700倍以上,从而做功产生电能,达到“消峰填谷”的作用。

它的优点包括:第一,它可以实现大规模电能存储,可以储存多达几百到上千兆瓦小时的电,而大家常见的电池储能这类技术只适合于中小规模的电能储存(通常最多只能储存几个到几十个兆瓦小时以下的电);第二,使用这个深冷储能技术的成本相对较低,技术成熟度较高,它用到的元器件都是常见的、可以在市场上买到的;第三,它的储能密度与其他大规模储能技术相比要高不少;第四,深冷储能技术可以高效利用工业余热,特别是大量的低温余热,比如它可以把100摄氏度的工业低温余热的50%变成电,这是其他任何一个储能技术都做不到的。

还有一个最重要的优点,就是深冷储能技术可以和其他很多技术进行“集成”使用,比如它可以与核电技术“集成”,提高其“调峰”能力。我们知道核电技术本身的“调峰”能力非常弱,深冷储能技术与核电技术“集成”后,有可能把核电厂的“调峰”能力提高到核电额定功率的2倍以上。

此外,如果把深冷储能技术与“调峰”电站(比如燃气发电站)“集成”,有可能将现有电站的调峰能力提高一倍;采用这种“集成”技术,新建调峰电站的额定功率可以减半,从而大大降低成本;同时在不增加投资、不影响发电效率的情况下,它还可以把发电过程中产生的二氧化碳以干冰形式捕集。

深冷储能的应用不仅仅限于电力储能,还可以用于交通运输,另外它的余冷可以广泛用于冷链(如食品储藏和运输)和家用空调等领域,市场非常大。

如果我们的深冷储能产业化的愿景最终得以实现,它将使普通老百姓的生活产生很大的变化,所以这是个很有发展前景的领域。

目前这个技术已经进入了“商业化”阶段。对于深冷储能从研究到商业化,再到广泛应用,我们在远景的规划中提出了很多种可能。这是其中一种可能的示意图:


《华闻周刊》:为什么说这是“全球首个”深冷储能研究中心,可以从哪些维度来解读这个“全球首个”包含的意义?

丁玉龙:这项基于液态空气的深冷储能技术,是由我和我的团队发明的。我从2005年在英国利兹大学时就开始展开相关的研究,2006年研发出了这项技术,并于2007年为其申报了专利。在我们之前,做低温储能研究的人为数不多,在做相关研究的主要是工业界的几家企业,例如三菱、日立等。它们在上世纪80、90年代做过其中的一部分研究工作,但由于种种原因,后来没有坚持做下去。

在我和我的团队发明了这个技术之后,英国的一家名为Highview  Power  Storage的公司随之成立,它的目的就是要将这个技术商业化。在全球范围内,我们的深冷储能研究中心是这个领域的首家专门研究中心,也是迄今唯一的一个,所以说它是“全球首个”。

我在利兹大学任职了十几年,曾担任利兹大学颗粒科学与工程研究所的所长。去年10月,我之所以决定来到伯明翰大学,一个是因为这里是我的母校,另一个就是因为伯明翰大学要建一个这样的深冷储能研究中心。


《华闻周刊》:伯明翰大学是在什么样的背景下决定成立这样一个深冷储能研究中心的?建立这个中心需要多少资金,这些资金是如何解决的?你们未来又会如何来用这笔钱?

丁玉龙:一个大的背景是最近十年储能技术在世界范围内变得非常热门。储能技术之所以受到越来越多的关注,主要是因为可再生能源越来越广泛的应用。因为可再生能源具有不稳定性,它的广泛应用会对电网产生一些冲击,而储能是解决这个不稳定问题的关键技术之一。

根据研究机构Lux Research的预测,在未来3-5年之内,储能技术将会拥有1千多亿美元的市场。我十几年以前开始做储能方向的研究,除了对能源科学的偏爱,就是看准这个方向在未来会有大的发展空间。

另外,储能技术(Energy  storage technology)的研究也得到英国政府的支持,它是英国政府最近主推的“八项伟大的技术”(Eight Great Technologies)之一。

我们中心的资金主要来自三个部分。2013年,英国工程与物理科学研究理事会(Engineering and Physical Sciences Research Council,简称EPSRC)为该中心投了近600万英镑,工业界投了500多万英镑,伯明翰大学投了100多万英镑,加起来我们中心一共就有了1230万英镑的资金。

我们的这个深冷储能研究中心的研究包括从基础材料,到单元、装置、系统,再到与能源网的集成,中心各部分分布在伯明翰大学的几个学院里。我们中心的行管、材料配方、过程强化、过程放大、先进制造研究及中试厂位于化工学院;深冷发动机研究位于机械工程学院;深冷储能材料的表征、材料机械强度和微观特性及材料防腐等研究位于材料学院;系统集成、技术经济和政策的研究位于电力电子学院;市场研究则位于伯明翰商学院。所有这些部分,共同组成了这个深冷储能研究中心。

我们现在身处的这个实验室主要负责“储能材料配方和先进制造”研究。现在这个实验室面积不大,近300平方米,但在它后面还有一个停车场,我们正把它改建成新的、占地将达几千平方米的研究场地。

Highview Power Storage公司在之前的商业化工作中建成了一个深冷储能中试厂,这个中试厂位于伦敦西部的Slough,在英国苏格兰南方电力公司的生物发电厂内。他们将以“1镑”的价格把这个中试厂卖给我们,实际上就相当于捐给我们作为研究之用。这个中试厂建成于2009年,设备基本上是新的,建厂的花费约为500万英镑。我们将花100多万英镑把这个厂搬过来,放置在这个停车场改建后的研究场地中,用于我们中心的中试研究。这项工作将于2015年3月底完成。


《华闻周刊》:你们最初是怎么发明这个基于液态空气的深冷储能技术的?在这个过程中,有哪些人或事为你们提供了灵感?

丁玉龙:我最早提出这个技术,其实是遇到了一个比较偶然的机会。

我们刚开始并没有把液态空气作为一种储能技术来研究,而只是想把它作为一种燃料来驱动汽车。这种把液态空气作为燃料来驱动汽车的技术,后来英国成立了一家名为Dearman Engine的公司专门来做,并且致力于把这个技术商业化。

在研究液态空气汽车的同时,我们考虑把这种液态空气作为燃料运用到远洋货轮上去,就是想用液态空气取代柴油来驱动轮船以减少环境污染。要用液态空气作为燃料,就涉及到了存储问题,这就促成了液态空气储能技术的提出。这个刚开始只是顺便要解决的问题,后来发展成为了我们现在的深冷储能技术。


“在英国这种环境下,某个项目能否立项,是由科学界集体决定的,而不是由领导决定的,更不会是行政决定。”


《华闻周刊》:你现在的团队有多少人?他们的构成是怎样的?你是如何去寻找到你想要的人的?你个人和这个中心对他们的吸引力在哪里,他们为何愿意加入进来?

丁玉龙:我去年10月1日来伯明翰大学的时候,基本上没有团队,现在团队已经拥有了约15个学术成员。除了一些我带来的设备,伯明翰大学这边的团队可以说是从零开始建立的。

成员愿意加入的原因很简单,就是因为我们有一个清晰的“愿景”(Vision),即要建成一个全球领先的——当然目前也是唯一的——深冷储能研究中心,同时要把冷能的应用发展成一个产业。这个领域的前景很大,而我们的方向也很明确,所以很多人愿意加入我的团队。


《华闻周刊》:为何伯明翰大学会任命你来担任这个中心的主任?他们在选择该中心领头人的时候主要考虑了哪些因素?

丁玉龙:我想首先是因为我在这个技术发展过程中起到了主导性作用。第二,他们也考虑了学术影响力等因素。(编者注:2014年6月,汤姆森路透发布了“全球最具影响力研究者”榜单,其中评选出了2002年至2012年的10年间全球最具持续影响力的研究者,丁玉龙名列其中。) 


《华闻周刊》:除了担任该中心主任,你同时也在英国皇家工程院、Highview Power Storage担任了研究职务,这几个身份之间有没有什么联系,你如何协调和处理自己不同的角色和身份?

丁玉龙:除了这些,我还是伯明翰大学首任以伯明翰大学奠基人和第一任校长J.Chamberlain命名的教授,尽管这些职务可以被认为是对我个人的认可,但我更觉得这些其实都只是称号的不同,我做的工作都是一样的。

作为深冷储能研究中心的主任,我要对中心的发展起领导作用,同时协调内部和外部的一些关系。英国皇家工程院和Highview Power Storage公司则联合提供我5年的工资。


《华闻周刊》:你曾入选中国的“千人计划”特聘专家,为什么选择在英国做学术科研,而不是回到中国?近年来,中国和英国在储能领域有哪些交流和合作,你在其中发挥了哪些作用?

丁玉龙:这个“千人计划”特聘专家只是一个称号或身份。我入选中国的“千人计划”的时候,其实正在英国利兹大学工作,并担任过利兹大学在全球著名的颗粒科学与工程研究所所长。

当时我想促成英国利兹大学和中国科学院的合作,建成一个联合储能中心,以此来促进中英之间在储能领域的交流。但你知道,要促成这方面的合作和交流其实还是有一些难度的,我入选“千人计划”之后,做起相关的工作来就要容易一些。

我是在英国工作和生活的华人,特别想促进中英科技和文化交流,并一直在这方面做努力。例如我是中文杂志《储能科学与技术》的首任主编;曾组织发起中国化工学会储能工程专业委员会;促成了中国科学院与英国皇家工程院在2011-2012期间联合举办的两个高层次储能技术与政策论坛,并承办了一次论坛;参与了中国自然科学基金与英国工程与物理科学研究理事会“用于间隙性可再生能源的大规模储能”的研究合作;促成了英国白玫瑰大学联盟与中国(特别是江苏省)在分布式能源、节能、储能及生物质能源方面的交流合作;2005年我还发起了“中英颗粒技术论坛”(这个论坛到现在还一直在进行,到后年就有10个年头了)。

我现在离开了利兹大学,同时也离开了它与中国科学院建立的这个联合储能中心(但还是他们的客座教授)。伯明翰大学是我的母校,我的博士就是在这里读的。他们邀请我过来,再加上有建立深冷储能研究中心的这样一个机会,我就过来了,但这并不影响我与中国方面的合作,我会一如既往地为促进中英交流而努力。


《华闻周刊》:从你个人的体验来说,中国和英国的科研学术环境有哪些异同?

丁玉龙:中国的科研经费其实挺多的,机会也很多,也不缺乏聪明能干的人。但我个人感觉——不一定全对啊——就是中国在“创新”和“坚持”方面有欠缺。

创新我就不讲了,我从一个狭义的角度讲一下“坚持”,就是你的团队方向定了之后,你需要一直坚持这个方向,要充满信心,特别是遇到困难时。我记得当时帮中国科学院过程工程研究所建了联合储能中心的团队之后,遇到了很多的阻力,团队中很多人想要改变我们的方向,但我就是“坚持”,坚持我们定好的方向,因为我相信这个方向是有前景的。

另外一个问题是中国的科研资源分配问题,以前科研经费的“可操作余地”太大,科研经费的浪费比较多。当然现在可能不一样了,习近平主席上台之后,中国的科研环境开始发生了大的改变,其中之一就是科研经费的“可操作余地”变小了。我认为这将会促使科研资源向着相对比较公平竞争的方向发展。

与科研经费相关的一个问题是中国的科研经费不能用于雇人。我认为搞科研的关键是“用人”,经费除了用在设备上,更需要用在“人”身上,但这在国内以前是不可行的。

另外一点是各种审批制度(例如出国开学术会和访问的审批及天数限制)对学术研究及交流有很大的不利影响。


《华闻周刊》:在中国,一个项目的科研经费不能用来雇人,那么项目团队中的科研人员的工资来自何处呢?

丁玉龙:主要分为三种情况。第一类是大学的科研人员,第二类是企业的科研人员,这两个类别的科研人员的工资来自大学和企业,你的经费压力就较小。而第三类是中国科学院这样的研究机构的人员,他们课题组人员的工资需要由组长来解决,这就比较艰难。


《华闻周刊》:英国的科研经费和资源的分配情况又如何呢?

丁玉龙:英国科研经费的分配总体来说处于一种公平竞争的状态,经费的利用效率比较高。另外,不同方面的预算之间可以进行调配,灵活度要高一些。比如人力经费原来的预算是40%,你可以根据情况增加到50%或60%,同时减少其他方面的预算,从而达到整体上的平衡。


《华闻周刊》:你提到的这种“公平竞争”的状态,他们是用哪些手段或方法来保障的?

丁玉龙:我认为是制度,尤其是立项和评审制度。以英国工程与物理科学研究理事会(EPSRC)在某方向立项的情况为例,立项的内容必须由该方向的科学界(Community)来决定,EPSRC会提前很长一段时间就发布消息,公开宣布要在什么时间开这个方向的研讨会,并邀请大家来申请和参加。由于研讨会能容纳的人数有限,EPSRC会从申请人中筛选出最能够代表Community的人参加讨论,确定方向。这样作出的决定,体现的就是整个Community集体的意愿,而不是领导的意愿。所以,在英国这种环境下,某个项目能否立项,是由科学界集体决定的,而不是由领导决定的,更不会是行政决定。

中国在这个方面很不一样,一般就是上面把方向定了之后,给你很短的时间,让你基本没有回旋余地。

当然,中国这样的方式也不一定就是缺点。这种方式也有它的优势,就是事情会推进得很快,而英国这边就要慢一些。


《华闻周刊》:在英国,要把一个学术界的研究成果转化为工业产品,它的速度如何?

丁玉龙:它的速度并不算快,因为它涉及到知识产权保护等一系列法律方面的问题。整体来说,比中国要慢一些,但中国的知识产权保护在具体实施上目前还面临着很大的问题。


《华闻周刊》:中国和英国审核和评价学者学术能力的标准有何不同?

丁玉龙:有一些共同点,也有一些差异。英国以前主要是用RAE(Research Assessment Exercise)系统来评判各个大学的情况和各专业的情况,这个会影响到政府拨给各个大学的经费。去年开始采用REF(Research Excellence Framework)系统,它更注重研究的影响力,特别是在研究成果的产业化和对人类社会的贡献等方面,文章的引用和影响因子不再作为主要的标准。

整体来说,英国这边主要看的还是你的科研成就,但国内会看其他的各种奖项和证书。

在英国这样的环境下,你工作上比较累,但整体上内心比较轻松,因为人事比较简单。而在国内感觉心比较累,因为要考虑到各种各样的关系。


“我认为一个人只能在某些方面强,不可能什么方面都强,你要接受这一点,做到自己的最好就行。”


《华闻周刊》:很多行业都存在着竞争,在你所处的学术研究领域,是不是也会有一些竞争压力?如果有,它们主要来自何处?

丁玉龙:我的压力其实也很大。主要是现在团队中很多研究人员对我有一些依赖性。这个团队中,有一些人是合同制的,你需要考虑到他们的未来,你还要考虑这个中心的未来。而关系到中心未来的关键因素,一个是人才,需要招聘并留住合适的人;另一个是经费,需要奔走筹措。

深冷储能只是我工作的一部分,我在做的另外一个大的研究方向是储热,这两个方向不是同一班人马,但人员上有一些重合,资源可以共享。在英国的储热储冷领域,我们的团队应该是最强的。

从世界范围来看,在储热领域,西班牙、德国、日本、美国的一些团队做得也不错;在储冷领域,我们做的这个深冷储能(零下196摄氏度以下)方向竞争对手不多。世界上其他的很多团队做的是制冷和空调温度范围内(零下10摄氏度到零上15摄氏度左右)的低温储能研究。

不过,竞争少有它好的地方,也有它不好的地方。好的地方,当然就是你感受到的竞争压力小,不好的地方,则是你的Community太小。必须要把这个Community扩展一下,才能有影响力,并进而吸引国家和企业的投入。


《华闻周刊》:作为一个来自中国的学者,在英国从事学术科研工作,有没有遇到过什么困难?你克服困难的方法是什么?

丁玉龙:肯定会有困难,关键看你对待困难的态度。坦白说,没有困难,就没有我这份工作。

我可能算是比较幸运的,一直以来在英国比较顺利。顺的原因可能是我一直在低调地“埋头做事儿”。当你低调埋头做事儿,不太去计较得失的时候,很多困难自己就会走掉了。另外一点是,你做得好了,别人自然也愿意跟你合作,这样也是一个解决困难的途径。

要说最大的挫折,我也不妨坦白说,在我读博士的时候,第一年硕转博的答辩没通过,他们让我再做6-9个月的研究再考。好在一年之后,我就通过了,而且整个博士工作在两年半多一点就完成了。当时答辩没过主要是因为语言。很多在英国的中国研究者,科研工作都做得不错,但沟通交流还是稍微差一些。

现在我的英语进步了很多,但与英国本地人比起来差距还是比较大。不过,我认为一个人只能在某些方面强,不可能什么方面都强,你要接受这一点,做到自己的最好就行。

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