各位专家下午好！首先非常感谢组委会对我的邀请，让我们有机会跟大家一起交流在液冷方面我们做过的一些工作。今天在这里看到有这么多做液冷或者是关心液冷发展的朋友，我感到非常高兴。我是从2003年上硕士的时候就开始研究大型电力装备的冷却技术，冷却技术对于电力装备来讲是非常重要的一项技术，但在应用过程中往往又属于一个配套的内容，因为对我们电力装备来讲，电磁关系才是核心。

但冷却技术是电磁能量转换的保障技术，如果是保障技术做不好，又是最容易出现问题的，所以我们经常会听说某个设备烧了，那是为什么烧的呢？有可能是热问题没有解决好，如何去解决呢？就是我们关心的。我们在做这个方面工作的时候，都是要围绕着装备自身的特点去进行研究。

今天的议题是液冷技术在数据中心的应用，但液冷技术在电力装备上面已经有很多年的应用历史了，包括大型发电机、变压器、变流器等等都有所应用，对于每一个装备的应用，都有它的特点。原理是一样的，如何将冷却技术应用好，那才是我们在做这个工作的过程当中需要去研究的地方。

我的报告分为以下的三个部分，首先介绍一下电力装备冷却的需求，我们做冷却技术都是为装备来服务的，装备的需求明确了，如何去解决这个需求，那就是我们做冷却研究的核心目标。另外就是电力装备冷却的特点，这是介绍性的东西，让大家了解一下电力装备里面所关心的或者是曾经用过一些冷却的技术。最后是电力装备液冷技术应用的案例。

电力装备作为一个能量转换的媒质，它在能量转换的过程中都是要产生耗散的，并最终都以热量的形式存在，可能与数据中心设备的芯片不太一样，芯片所注入的能量绝大部分都是以热量的形式被外界给带走，而电力装备中只有一部分的能量变成了热量的形式，如何管理好这部分的耗散能量，就是电力装备热问题所研究的目标，尤其是对于大型的电力装备随着容量的提高，散热面积是以平方的形式增长，但发热量是以三次方的形式增长，因此随着机组容量等级的增大，散热就越来越困难，研究电力装备的冷却技术对于容量大的装备更困难，所以对大型电力装备冷却的研究更多集中在液冷技术，而对于小型的机组，风冷基本可以解决。

从下面图片可以看出，电力装备在能量转换的过程中，产生的热量大概是6%到2%，如果以三峡电站的发电机组来看，一台700MW的水轮发电机将有接近20MW的能量要转换成热形式，如果我们管理不好这个系统里面的热量就将是一个很大的危害。要想设备可以很好的运行，并且保持长期可靠的稳定性，解决热问题就成为了一个核心的问题之一。

电力装备的热问题如果不能很好地解决，产生的影响主要有两个方面。一个是材料性能的变化，比如说介电性能，也即绝缘材料的耐电压问题，温度过高绝缘材料就会烧掉，失去绝缘的左右。这张图片就是大型发电机过热的情况下烧坏的绕组，还有随着温度的升高，电阻值会升高，而电阻升高损耗将进一步增大，这也是一个问题。电磁能量转换过程当中，铁磁等性能也会受到温度的影响。

另外是结构性能，包括热变形、热应力还有结构演变，比如高铁的牵引电机过热会发生结构变化，将会对系统安全产生不利影响。

大家都关注如何解决电力装备的冷却问题，而要解决问题的目标是采用安全、可靠、经济、高效的方式，将电力装备的热量传递到外界。因为装备冷却的过程，事实上是一个热量传递的过程，这个过程当中不产生能量，但会消耗能量，我们的研究就是要将这个能量高效地传递到外部，而尽量减少这个过程的能量消耗，因为这个能量的传递是要付出代价的，这个代价究竟付出多大也是我们在工程实践里面需要去考虑的核心问题，究竟是采用怎么样的冷却方式、设计、结构这个都可能会涉及到相关的问题。

另外电力装备冷却的特点主要包括这几个方面，首先是温度的约束，为什么我们要去冷却？就是因为温度不能太高，如果可以承受几百度、几千度的话就不用去设计冷却了。首先就是绝缘材料，大型发电机目前采用的绝缘体系，分不同的等级，大概就是一百多度的水平，运行温度将影响其使用寿命，如果温度高了这个寿命会大幅度降低。对大型的换流阀站，则是器件温度方面的要求。

另外冷却研究受到使用条件的约束，在电力装备里面都是涉及到高电压、高密度，以及使用环境比较恶劣，刚刚有几位嘉宾都讲到了，如何去控制机房的环境，例如用精密空调，但是在电力装备的使用过程当中，这个环境条件就相对来说差很多，就是我们的工厂里面这种使用条件，所以电力装备使用环境相对来说是比较恶劣的。

另外就是匹配的约束，为什么说这有匹配的约束呢？就像大型的水轮发电机，这个三峡电站发电机的直径有20米左右，而冷却通道都是毫米级的，两毫米的液体冷却通道，还有10毫米的通风沟，这是大尺寸与小结构的匹配。还有动态高转速与静态结构的匹配，汽轮发电机在这个系统里面，要解决好热问题涉及到的不仅仅是传热的问题，还有里面的一些结构，比如研究汽轮发电机转子的液冷系统，需要把冷却液体注入到一个高速旋转的绕组里面去，实现转子绕组的冷却，这个里面又要分很多的支路，要实现高速旋转下的液体冷却，是一个非常大的难题，研究都需要去解决相应的工程问题。

从冷却媒质的类型角度上来看，主要有两个类型，即气体和液体。首先是气体冷却这一部分，通常在电力装备里面应用的气体冷却媒质，包括空气和氢气，而氢气主要用在汽轮发电机里面。液冷则包括油冷、水冷，以及我们实验室研究的氟冷，也叫蒸发冷却。从换热原理来看有比热换热形式，以冷却介质温度升高为代价的；还有相变换热形式，等温相变过程的潜热换热。另外从冷却过程的能耗上看，也即体现在冷却过程中付出的代价多少，空气带热能力比较弱，相对付出的代价会高一些。

下面介绍一下电力装备液体冷却的一些案例，首先是油冷的系统，在我们日常生活中油冷的应用主要是变压器，它是通过变压器油和绝缘纸组合的形式来实现配合绝缘体系，同时通过变压器油的循环流动实现对于变压器的冷却，还有润滑油在电机冷却上的应用，系统内的油即作润滑又作冷却媒质。

水冷系统我们做液冷的朋友应该都接触过，就是利用泵驱动冷却水进行循环来实现冷却，这个应用非常多，尤其是大型电力装备，利用去离子水的循环流动实现部件的冷却，包括大型发电机，高压换流阀站，以及其他形式的配合，应用领域非常多，只是针对不同的应用需求怎么样把它用好，这是我们研究过程当中的核心问题。

另外简单介绍一下我们实验室研究的自循环蒸发冷却系统，即利用高绝缘、低沸点的有机工质，通过相变换热的方式实现对发热部件冷却的一种新型高效冷却技术。冷却系统是利用工质的相变过程来驱动内部的循环流动，把循环泵去掉了，这样系统就更加简单便捷了。系统实现高效的换热，具有两次相变换热过程，在取热这一侧是蒸发的过程，在放热一侧是冷凝的过程。

我们实验室的研究成果在大型的水轮发电机上面应用也有多的历史了，包括七五年研制的两台1MW的水轮发电机在云南大寨电站投入运行，到现在还在运行，这一系列容量等级的蒸发冷却水轮发电机现在都是在服役的，与数据中心设备的使用寿命来比电力装备要求更高，我们都是按照几十年的使用寿命来计的，而IT设备里面可能早就已经淘汰了。

因为这些研究基础，在2011年研制的两台700MW蒸发冷却水轮发电机，在三峡电站陆续投入运营，这也是一个应用的典范。事实上汽轮发电机方面的应用主要是结构形式发生了变化，但都是对于定子铁心和绕组进行相应热问题的解决。另外自循环蒸发冷却技术在风力发电机、变压器、变流器这些方面都有所应用。

从工程应用设计的角度来看，自循环蒸发冷却系统有几种形式，主要包括管道内冷、浸泡外冷、表贴式冷却，通过我们的研究解决里面相应的关键问题，实现良好的工程应用。我们做工程研究的过程中，将研究理论用到工程实际中去要涉及到一系列工程设计的问题，包括可靠性、维护性、经济性，尤其是经济性方面的研究非常重要，决定我们的技术能不能用好。

另外就是发展历程上，我们是提供了一个解决方案，但解决方案是否能在工程上得到应用，首先是扎实的基础研究和深入的工程验证，以及相应的推广工作，都需要投入大量的人力和物力。对于冷却问题的研究，我们的目标是一样的，而怎么样让研究成果得到应用，我们需要以用户的体验作为目标。我们首先经过研究认为成果在装备上是“可用的”，再经过大量的工程验证，使成果实现“能用”，最后经过不断优化使研究成果实现“好用”的目标，最终为我们的整个装备和用户服务。

谢谢大家，我的报告就到这里。