近日，津云以《深耕教研四十載，誓為電力添動力》為題，報道了我校電氣工程與自動化學(xué)院教授周雪松教授的先進事跡，全文如下：
人物素描
近年來，在談到全球天氣氣候時，“極端”這個詞被提到的頻率似乎越來越高。
回顧今年上半年，全球多地遭遇了極端天氣：2月，美國東北部地區(qū)強寒潮天氣使多地刷新氣溫歷史最低紀(jì)錄；4月，東南亞、地中海等地突破40℃高溫；6月，加拿大山火面積達到過去10年平均值的12倍；赤道以南的低緯度國家玻利維亞正在遭受零下9℃的最低氣溫，打破了歷史紀(jì)錄……
全球氣候危機迫在眉睫。
對于極端天氣頻發(fā)的原因，科學(xué)家們持有幾乎一致的觀點，那就是大氣溫度的升高。而造成這一原因的主要推手，就是人類活動所排放溫室氣體的增加。
為此，我國提出了“雙碳”目標(biāo)。但作為能源消費大國，我國實現(xiàn)“雙碳”并不容易。“近幾年，風(fēng)能、太陽能等各類新能源項目建設(shè)都在加速推進，諸多新技術(shù)、新要素使得電力系統(tǒng)的復(fù)雜性成倍增長，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了諸多挑戰(zhàn)。”天津理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院教授周雪松對記者說。
為了加快能源轉(zhuǎn)型升級，處理好轉(zhuǎn)型升級與安全高效的關(guān)系，諸多專家學(xué)者都在為此努力著，周雪松就是其中之一。
周雪松，天津理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，電氣工程一級學(xué)科博士點帶頭人；首屆天津市十大杰出津門學(xué)者、首批天津市高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊負責(zé)人、天津市優(yōu)秀科技工作者、天津市突出貢獻專家、天津市“電氣工程”重點學(xué)科帶頭人；民進天津市委會副主委、天津市政協(xié)常委。借助學(xué)校、學(xué)院、政協(xié)和民進的大力支持，他帶領(lǐng)團隊先后承擔(dān)完成了多項國家重點產(chǎn)業(yè)化示范工程、國家重點科技攻關(guān)項目、國家自然科學(xué)基金重點項目等，主持獲得2項天津市科技進步一等獎項目，授權(quán)國家發(fā)明專利35項，發(fā)表SCI/EI收錄學(xué)術(shù)論文145篇。
現(xiàn)年59歲的周雪松與電打了40多年交道，無論是科研還是教學(xué)，他始終秉持“問題導(dǎo)向”。“科研是為了解決問題，我經(jīng)常跟學(xué)生們說，選題要圍繞工程實際，再用實際推動研究，最終轉(zhuǎn)化為應(yīng)用，形成螺旋上升的科研形態(tài)。”為了能讓學(xué)生們主動思考，周雪松經(jīng)常給他們創(chuàng)造實踐的機會，甚至還將用人單位請到課堂上，與學(xué)生們面對面交流。“我認(rèn)為，產(chǎn)學(xué)研深度融合不能只是在項目上，更重要的是在這個過程中對人才的培養(yǎng)，我想讓我的學(xué)生們走出校園后可以直接‘上崗’，無論是工作還是科研，都可以‘無縫銜接’。”
這樣的培養(yǎng)模式，讓周雪松的學(xué)生們在行業(yè)內(nèi)格外“搶手”，相應(yīng)的，周雪松也成了許多學(xué)生心中的“夢想導(dǎo)師”。大家慕名來到周雪松的團隊中成長鍛煉，可他們卻很少有人知道周雪松在這背后所付出的辛苦。
2002年，周雪松作為天津市首批高層次人才來到了天津理工大學(xué)。“當(dāng)時，我們的電氣專業(yè)只有本科教育，實驗室也相對落后，我從清華來到這兒，心理落差還是很大的。”周雪松坦言，是時任天津理工大學(xué)校長李軍等校領(lǐng)導(dǎo)真誠的態(tài)度，以及學(xué)校求賢若渴的氛圍讓他堅持留在了這里。“我當(dāng)時認(rèn)為，這個專業(yè)要想發(fā)展，首要任務(wù)就是申請碩士學(xué)位授權(quán)點。”雖然這件事現(xiàn)在聽起來很自然，而在當(dāng)時卻成了周雪松“不可能完成”的任務(wù)。“在我提出這個目標(biāo)后，學(xué)院里好多老師都持反對意見，大家認(rèn)為穩(wěn)定發(fā)展比突破提高更重要。”沒有人手和經(jīng)費，周雪松寸步難行，為此他甚至萌生了離職的想法，“可是，想起李軍校長對我以及對這個專業(yè)的鼓勵與期望，我還是咬牙堅持了下來。”
想申請碩士學(xué)位授權(quán)點，科研成果是硬指標(biāo)。面對艱苦的條件，周雪松和同為同事的愛人，加上少部分其他教師一起努力，積累項目、申請專利、組織材料……終于在3年后得到了碩士學(xué)位點建設(shè)的批準(zhǔn)。
在大家的共同努力下，憑借自己的帶頭作用，周雪松不僅讓電氣專業(yè)的學(xué)術(shù)水平得到了提升，也讓整個專業(yè)的氛圍變得更加積極向上，為學(xué)院和學(xué)校的發(fā)展作出了積極貢獻。“平臺變大了，老師們的視野也拓寬了，我們這個專業(yè)開始穩(wěn)步前進。”現(xiàn)在，天津理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院已經(jīng)從只有本科教學(xué)、極少教授和博士師資的實力一般學(xué)院，成長為擁有一級學(xué)科博士點、2個一級學(xué)科碩士點、2個天津市重點學(xué)科和2個天津市重點實驗室，擁有副高級以上教師60多人、省部級專家學(xué)者19人的較強工科學(xué)院。談及現(xiàn)在學(xué)院的教學(xué)與科研，周雪松也十分驕傲，“我們從去年開始招收博士研究生，現(xiàn)在我們在為建博士后工作站而努力著。”
在天津理工大學(xué)的20多年里，周雪松用實際行動踐行著科研與教學(xué)相長的理念。雖然早在2006年就已成為天津大學(xué)博士生導(dǎo)師，但如今的他仍然堅持為本科生開設(shè)課程。“周老師總是能把基礎(chǔ)知識與科技前沿相結(jié)合，為我們打開了電氣領(lǐng)域的大門，引導(dǎo)大家擴展視野。”學(xué)生們說，“聽周老師的課能讓我們增加對學(xué)科的親近感和好奇心，同時還能增強對專業(yè)領(lǐng)域的使命感和責(zé)任感。”
不只是因為在科研與教學(xué)領(lǐng)域的成就，學(xué)生們敬愛周老師更是因為他給予每個學(xué)生一視同仁的關(guān)心與愛護。
“周老師會記得我們每個人的生日，每年都會給我們編輯祝福語，發(fā)生日紅包。”
“不管多忙，周老師都會安排每周兩晚的時間，組織研究生進行創(chuàng)新討論交流。”
“我那會兒剛讀研，沒有錢買電腦，周老師用自己的經(jīng)費給我買了電腦。”
“大概是10年前吧，聽說畢業(yè)多年的學(xué)長母親和孩子都患了重病，周老師帶頭為他募捐，半天就籌到了4萬多塊錢。”
“我們實驗室冬天比較冷，周老師怕大家凍著，給每個人都買了手套和耳罩。”
……
三尺講臺四十載，周雪松將一批又一批的優(yōu)秀學(xué)子送上了工作崗位，他們正在為我國電氣電力事業(yè)的發(fā)展努力奮斗著。對于現(xiàn)在的年輕科研工作者和學(xué)生，他也寄予了厚望：“要選擇既體現(xiàn)學(xué)術(shù)價值又體現(xiàn)國家社會需求的研究課題，而無論將來身在什么崗位，都要以愛國報國、實現(xiàn)人生價值為基本前提。”
作為優(yōu)秀的清華博士畢業(yè)生，周雪松本可以有更好的選擇，享受優(yōu)厚的待遇，但因為對學(xué)校學(xué)院和學(xué)科專業(yè)的熱愛，他毅然選擇了天津理工大學(xué)科研崗位的忙碌，選擇了教學(xué)崗位的清苦。奮斗半生，他淡泊名利，想得最多的是學(xué)生未來，是祖國新型電力系統(tǒng)的發(fā)展。懷著這份信念，面對周圍的置疑，周雪松頂住壓力孤身向前；面對棘手的任務(wù)，他敢于接下重任不斷創(chuàng)新。
如今，即使到了可以享受成果的年齡，周雪松也絲毫沒有慢下腳步，而是肩負起新的責(zé)任與使命，繼續(xù)專注前行……
獨家對話
記者：近年來，新能源的發(fā)展迅速，請您簡單介紹一下，在電力系統(tǒng)中，新能源和傳統(tǒng)能源分別扮演著怎樣的角色？
周雪松：現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)中主要使用的能源分為兩大類，即傳統(tǒng)能源和新能源。傳統(tǒng)能源指煤炭、石油和天然氣等化石能源，這些能源主要以火力發(fā)電為主，約占我國電力的70%。新能源則是指風(fēng)能、太陽能、水能等可再生能源，這些能源則以風(fēng)電、光伏和水電為主要的發(fā)電方式。由于傳統(tǒng)能源和新能源各自特點的不同，它們在電力系統(tǒng)中各自扮演不同的角色，分別發(fā)揮各自的優(yōu)勢。
傳統(tǒng)能源在電力系統(tǒng)中扮演的角色非常重要。首先，化石燃料是目前電力系統(tǒng)的主要能源來源，它們具有穩(wěn)定、可靠、豐富的特點，在短期內(nèi)難以替代。其次，火電站和燃氣電站具有調(diào)峰、調(diào)頻等靈活運行的特點，這種特點使得它們在電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。由于風(fēng)能、太陽能和水能的隨機性及波動性，因此火電站和燃氣電站可以提供保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保電能質(zhì)量和電能供應(yīng)。此外，傳統(tǒng)能源還具有相對較低的成本和較高的發(fā)電效率，這些優(yōu)點使得它們在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。
眾所周知，傳統(tǒng)能源也存在著不可避免的缺點。首先，化石燃料的使用不僅會產(chǎn)生大量的污染物和溫室氣體，對環(huán)境產(chǎn)生負面影響，而且它們的儲量極度有限，資源短缺的問題日益突出。其次，盡管火電站和燃氣電站具有靈活性，但它們的建設(shè)和運行成本較高，同時還存在供應(yīng)鏈和儲藏等方面的問題。因此，傳統(tǒng)能源在電力系統(tǒng)中的地位逐漸受到了挑戰(zhàn)。
而新能源的出現(xiàn)則為解決這些問題提供了希望。新能源不僅具有零排放、無噪音、環(huán)保等優(yōu)點，而且還具有分布式能源和可再生性的特點，有望推動電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和升級。風(fēng)電、太陽能和水電等新能源也正在逐步擴大其在電力系統(tǒng)中的生產(chǎn)力，新能源正在逐步成為替代傳統(tǒng)能源的重要能源形式。
與此同時，新能源在電力系統(tǒng)中也存在著一些挑戰(zhàn)。首先，風(fēng)能、太陽能和水能等新能源的使用還沒有達到足夠的覆蓋面，尚不能完全替代傳統(tǒng)能源。其次，由于多種因素影響，新能源的能源密度和能量貢獻率仍然較低，因此其在電力系統(tǒng)中的投資和運營成本較高。此外，新能源的波動性和不穩(wěn)定性也給電力系統(tǒng)的運行帶來了一定的挑戰(zhàn)，需要更為成熟的技術(shù)和設(shè)備來進行協(xié)調(diào)與管理。
記者：在發(fā)展新能源的大背景下，我們提出要建立新型電力系統(tǒng)，那什么是新型電力系統(tǒng)呢？
周雪松：新型電力系統(tǒng)是以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的電力需求為首要目標(biāo)，以高比例新能源供給消納體系建設(shè)為主線任務(wù)，以源網(wǎng)荷儲多向協(xié)同、靈活互動為有力支撐，以堅強、智能、柔性電網(wǎng)為樞紐平臺，以技術(shù)創(chuàng)新和體制機制創(chuàng)新為基礎(chǔ)保障的新時代電力系統(tǒng)，是新型能源體系的重要組成部分和實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵載體。
6月2日，由國家能源局統(tǒng)籌組織多個機構(gòu)共同編寫的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》正式發(fā)布，為我們構(gòu)建新型電力系統(tǒng)提出了總體架構(gòu)和重點任務(wù)。藍皮書指出，新型電力系統(tǒng)具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征，其中安全高效是基本前提，清潔低碳是核心目標(biāo)，柔性靈活是重要支撐，智慧融合是基礎(chǔ)保障，共同構(gòu)建起新型電力系統(tǒng)的“四位一體”框架體系。
記者：您認(rèn)為，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的意義是什么？
周雪松：隨著大規(guī)模新能源電力接入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)需要在隨機波動的負荷需求與隨機波動的電源之間實現(xiàn)能量的供需平衡，其結(jié)構(gòu)形態(tài)、運行控制方式以及規(guī)劃建設(shè)與管理將發(fā)生根本性變革，形成以新能源電力生產(chǎn)、傳輸、消費為主體的新一代電力系統(tǒng)，即以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)最為重要的技術(shù)手段，其對經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展具有無可替代的意義。
但我們在新能源領(lǐng)域取得顯著的成績的同時也要知道，風(fēng)電、光伏發(fā)電的固有資源屬性和并網(wǎng)特性與常規(guī)可控電源存在巨大差異，電力系統(tǒng)將會面臨諸多挑戰(zhàn)。
從發(fā)電功率看，新能源基本屬于“靠天吃飯”，具有隨機性、波動性和不可控性，難以實現(xiàn)傳統(tǒng)電源“以用定發(fā)”的基本功能。從系統(tǒng)支撐看，新能源采用電力電子裝置并網(wǎng)，對傳統(tǒng)交流同步電網(wǎng)電壓、頻率、慣量等支撐作用十分有限。圍繞火電、水電等常規(guī)電源建立起來的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)已無法適應(yīng)規(guī)模越來越大的新能源，新的電力系統(tǒng)變革與創(chuàng)新迫在眉睫。
記者：為了應(yīng)對新型電力系統(tǒng)的諸多難題與挑戰(zhàn)，您和團隊都做了哪些工作？取得了哪些成果？
周雪松：一段時間以來，我們都在為將新能源的不穩(wěn)定變成可靠安全而做著努力。當(dāng)風(fēng)、光等可再生能源大量接入電網(wǎng)，對目前現(xiàn)有的變電站供電提出了巨大的挑戰(zhàn)。為此，我?guī)ьI(lǐng)團隊創(chuàng)造性地把人工智能等前沿的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于變電站設(shè)計與運維，在國際上首次應(yīng)用了云計算冗余和大數(shù)據(jù)預(yù)測等現(xiàn)代信息技術(shù)及多代理智能控制技術(shù)，使供電可靠性提高了近10倍。所取得的主要成果包括實現(xiàn)了變電站的無人值守，使變電站運行更加安全；通過用戶側(cè)的能量管理系統(tǒng)，可為企業(yè)制定科學(xué)的用電方案，節(jié)能降耗，從而產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益；對電氣設(shè)備的運行，可以準(zhǔn)確地提前預(yù)測故障，避免了設(shè)備突發(fā)性損壞引起停電事故。該成果不僅獲得2016年天津市科技進步獎一等獎，還在近5年的進一步推廣應(yīng)用后產(chǎn)生了巨大的社會經(jīng)濟效益。
不確定性是大規(guī)模利用風(fēng)電的瓶頸問題。我和團隊經(jīng)過常年的研發(fā)和積累，建立了一整套“人工智能+自抗擾技術(shù)”的理論體系，對風(fēng)電不確定性引起的混沌、分岔、振蕩等難以理解和把握的現(xiàn)象進行了詳細物理機理分析，通過數(shù)學(xué)、物理、仿真的三者互動提出了有效的控制方式，在新能源發(fā)電控制技術(shù)方面取得重要突破。風(fēng)電互聯(lián)網(wǎng)采用該技術(shù)后，可以提高風(fēng)電互聯(lián)網(wǎng)的運行效率、減少了故障率，從而突破了傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電的運維模式，實現(xiàn)從“故障運維”向“計劃運維”的轉(zhuǎn)變，由此減少棄風(fēng)量，大幅度增加了風(fēng)能的利用率，并改善了風(fēng)電場的電能質(zhì)量。這個項目的研發(fā)不僅取得了實質(zhì)性的應(yīng)用成果，還培養(yǎng)了20名高水平的碩博研究生，并成功獲批2項國家標(biāo)準(zhǔn)。在技術(shù)后續(xù)的推廣應(yīng)用中，我們?yōu)榘ㄊ澜缱畲蟮娘L(fēng)光儲基地——國網(wǎng)能源張家口風(fēng)光儲輸示范電站有限公司在內(nèi)的幾十家風(fēng)電場帶來了巨大的社會經(jīng)濟效益，近3年的效益達38.9億元。可以說，這個項目成果在促進風(fēng)電技術(shù)進步的同時，更是有力地推動了“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。該項目榮獲2020年天津市科技進步獎一等獎。
