科教兴伟业丨太阳能研究:服务国计民生、推动学科发展的先锋派、实干家

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科教兴伟业丨太阳能研究:服务国计民生、推动学科发展的先锋派、实干家

2020年,随着国家重大战略“双碳”目标的提出,我国能源结构面临重大调整转型,将从以往主要依靠化石能源的能源体系,向零碳的风力、光伏和水电转换,其中太阳能具有清洁、低碳的优点。早在上世纪70年代,我校就在太阳能热发电方面率先布局,并在行业领域做出突出贡献、产生广泛影响。回顾学校太阳能方面科学研究和人才培养,启示良多。

1973年爆发的第四次中东战争引发世界能源危机,太阳能作为一种经济型、清洁型、可再生的新能源,引起广泛关注。各国政府纷纷拨款立项,着手开展太阳能方面的研究,我国也不例外。1975年初,四届全国人大一次会议闭幕后,邓小平同志提出了“科学技术是生产力”的重要思想,在科技教育界引起巨大反响。上海机械学院(上海理工大学前身)就是在这时瞄准了太阳能项目,探索和研究成果在业界引起轰动,并对太阳能利用国家标准的制定出台和学校首个博士点热能工程博士点的成功申报发挥了关键作用。

先行一步

建成国内最早“太阳能研究室”

上海机械学院是当时国家一机部布局建设的唯一一所为国家能源动力行业提供技术支撑、输送专业人才的骨干高校。1975年10月,学校承接了国家科委下达的关于开展“太阳能热发电研究”的重点科研项目。自此,学校紧锣密鼓地开始筹建“太阳能研究室”。1976年3月,低温太阳能发电实验电站在动力馆内破土动工。8月,一幢四层楼、建筑面积近700平方米的太阳能实验室落成,成为国内最早一批太阳能研究室。

上海理工大学

低温太阳能发电实验电站

(动力馆太阳能楼)

为顺利完成科研任务,学校从校内外调集了一批教师,组建了专门的研究团队。先是从毕业生中选拔了7人留校,后来又从上海交大招聘了2名毕业生,还有多名校外借调科技人员加盟(分别来自上海汽轮机厂、上海电机厂、广西河池地区科委等单位)。在团队成员的共同努力下,太阳能研究室于1976年9月底,实现了太阳能试发电成功。

声名鹊起

科研成果社会声誉双丰收

初战告捷后,研究团队继续攻坚,不断改进汽轮机的工作效率,提升集热器出口温度,1977年发电功率达300瓦左右,1978年发电功率稳定在700瓦左右。经过反复研究试验,终于在1979年8月6日达到1088瓦的峰值,实现了国家科委项目的预期目标,并于当年荣获上海市国庆30周年献礼科学技术成果奖。

上海理工大学

学校“太阳能发电研究”项目

荣获上海市国庆30周年献礼科学技术成果奖

从最初承接项目到拿到市级科技奖励,团队仅用了不到四年时间,中央电视台也闻讯而来,摄制了专题片。专题片一经播出,在国内外学界引发轰动。1977年至1983年间,太阳能研究所接待了来自阿尔及利亚、加拿大、澳大利亚、西德、法国、日本、瑞士、荷兰、朝鲜等国家来访的百余名贵宾和学者。

上海理工大学

国外专家来校参观考察

(左一着西装者为楼惟秋教授)

1979年12月,太阳能研究室改制为太阳能研究所,动力系系主任楼惟秋(1912-2009)教授兼任所长,研究所教工达20余人。

业界先锋

牵头起草制定太阳能国家标准

1979年9月,中国太阳能学会成立,我校成为第一批学会单位,楼惟秋教授当选为学会常务理事,学会动力机械专业组刊物《太阳能动力通讯》编辑部设在我校太阳能研究所。1980年6月,上海市太阳能学会成立,楼惟秋教授当选为上海市太阳能学会理事长,学会刊物《太阳能研究与发展》编辑部也设在我校。

上海理工大学

上海理工大学

刊载于《太阳能研究与发展》的

上海市太阳能学会名单

1980年9月,由中国太阳能学会组织的平板太阳能集热器试验标准议定会在我校召开。清华大学、天津大学、北京市太阳能研究所等34家单位参会。会前,学会委托北京市太阳能研究所和我校太阳能研究所,共同起草《平板太阳能集热器性能试验方法》讨论稿,并在会上审议通过了《平板太阳能集热器热性能试验暂行标准》。1984年,“平板太阳集热器热性能试验方法”被批准为国家标准(GB/T 4271-1984[S]),该标准对于实验的范围条件、装置、测量仪表、试验步骤以及数据整理方法提出了规定,对太阳能研究与利用具有里程碑式的意义。

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会上审议通过

《平板太阳能集热器热性能试验暂行标准》

刊载于1981年动力系内刊《动力机械通讯》

溢出效应

优势学科发展助推人才培养升级

太阳能研究的巨大成功,展现了学校在能源动力学科方面的优势。科研要反哺教学,在人才培养上优势学科更是责无旁贷。1978年全国部分高等院校恢复研究生招生,学校闻风而动,当时动力机械工程系从全国各地招收了11名硕士研究生,开启学校学位与研究生教育的先河。1979年,学校又招收了16名研究生,其中热能工程(太阳能方向)1名。此后,太阳能研究方向陆续招收了5届共8名硕士研究生,从事太阳能利用、太阳能热转换与节能技术方面的课题研究。

徐益峰是恢复高考后,学校招收的首批本科生,毕业后师从楼惟秋教授,继续攻读硕士学位,后留校在太阳能研究所从事科研工作。当回忆起在校十余年的经历,他仍感慨万千:“太阳能利用是一门科学,它指导着我们要真实。不管是实验操作还是数据整理,最终结果都要能够抗住来自各方面的质疑,也成就了自己求真务实的科学态度。”

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硕士研究生答辩会场(1984)

1981年,经国务院学位委员会批准,学校成为全国首批研究生学位授予单位,含热能工程在内的5个学科获批硕士学位授予权。1984年1月,热能工程成为全国第二批、学校第一个博士学位授权点。太阳能研究取得的突出成绩,对学校首个博士点的成功申报起到了关键性的作用。

当时,学校作为太阳能研究的高地,吸引全国大批太阳能科研人员和爱好者慕名而来。1981年,太阳能研究所自编《太阳能热转换工程学》等教材,开办了3期太阳能利用短训班,招收了来自全国20多个省、市、自治区的200多名学员,提升了学校太阳能研究与利用在行业内的影响,也助推了太阳能技术在全国范围的普及。

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“太阳能集热器测试”

短训班结业留影(1980)

播撒太阳能种子的当然也包括学校自己培养的学生。2004年,能动学院本科毕业生王俊乐作为第二批“西部志愿者”奔赴西藏地区。十多年来,他扎根西藏,在当地推广和示范太阳能利用。2009年,他在西藏那曲双湖区设计安装容量为100KW的风光互补电站(离网型)项目,是当时西藏装机容量最大的独立的风光互补电站。

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王俊乐设计的100KW风光互补电站

生生不息

接续奋斗服务国家能源战略

太阳能是一种清洁能源,与日常生活休戚相关,应用前景十分广阔。除了流传千年的太阳能晒盐、晒鱼干等外,现代人还利用经济安全的太阳能干燥面条、果脯、中药材等。太阳能暖房造价低且建造相对方便,另外太阳灶、太阳炉也有一定范围的应用。太阳能热水器更是在家庭中得到了广泛应用。

上海理工大学

利用太阳能干燥面条的场景(资料图片)

太阳能热水系统装置的研发经过了多年发展,技术日趋成熟。1991年,在上海经委节能办召开的温控直流式太阳能热水系统鉴定会上,学校研制并安装在上海市工业技术发展中心的太阳能热水系统装置,得到了到会专家的一致肯定。

上海理工大学

由我校研制、安装在上海市

工业技术发展中心的太阳能热水系统装置

学校持续在太阳能领域开展科研工作,获得了不少国家级奖项。

项目名称

获奖类别

获奖时间

负责人

YPF-II型园箔辐射计

机械部科技成果三等奖

1984年

王锦侠

太阳能热水系统流动特性的研究

中科院科学基金

1986年

王兴安

陈之航

平板太阳集热器性能的非稳态测试方法及双轴自动跟踪微机控制

机械部科技进步三等奖

1986年

王兴安

一种有流体冷却的太阳帘(太阳墙)

实用新型专利

1988年

顾景贤

太阳能热水器开发

中科院科技成果三等奖

1991年

王兴安

值得指出的是,学校围绕国家重大战略,及时开展专业建设,2011年学校新增加新能源科学与工程本科专业,新增“新能源科学与工程”二级博士点,将太阳能利用作为主要研究对象,开展太阳能相关本科、硕士和博士的人才培养,出版了《太阳能利用科学》著作。

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太阳能槽式集热系统(动力二馆楼顶)

上海理工大学

太阳能有机朗肯循环发电装置(ORC)

学校依托动力工程及工程热物理一级学科以及上海市动力工程多相流动与传热重点实验室、中国机械环保制冷剂重点实验室,开展与太阳能相关交叉研究和人才培养。学校承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金、教育部博士点基金、上海科技援疆等科研课题,同时承担了大量企业委托的科研项目,研发出众多技术,服务社会民生、助力脱贫攻坚。这方面代表性的研究有太阳能热气流发电、太阳能高倍聚光光伏发电、太阳能有机朗肯循环发电、太阳能光伏驱动空调、太阳能喷射制冷、太阳能热泵、太阳能疫苗冰箱、太阳能供热、太阳能干燥等课题。特别是太阳能蓄能供热系统攻克多项技术瓶颈,在新疆、西藏、内蒙、青海、北京、天津得到广泛应用。

上海理工大学

太阳能蓄能供热系统应用典型案例(部分)

2020年,中央做出重大战略决策,实施“3060双碳”战略。为适应行业产业发展趋势,为落实新能源战略提供智力支持和人才支撑,2021年,学校新增新工科专业“储能科学与工程”,该专业将突破学科专业壁垒,整合全校的教学和科研资源,补齐产业短板,为国家能源战略转型、服务地方经济产业布局提供强有力的人才保障。

鸣谢丨张华 邱喜生 王子龙

文丨翁佳

排版丨穆昊宇

责任编辑丨王博 穆昊宇

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