六十年前，一位青年科学家以“将自循环蒸发冷却技术应用于三峡电站”为己任，开启了锲而不舍的自主研发之路。

从冷却原理研究、关键技术突破到小型兆瓦级样机的研制运行，再到中型、大型工业运行机组的成功运行，实现国际上尚无的新技术从研发到产业化的全过程，与企业合作完成的大寨10兆瓦、安康50兆瓦、李家峡400兆瓦和三峡700兆瓦蒸发冷却水轮发电机安全运行至今……其中，1999年投运的青海李家峡水电站400兆瓦蒸发冷却水轮发电机在法国巴黎召开的国际大电网会议上被评为国际旋转电机领域的四大进展之一；2012年两台700兆瓦蒸发冷却水轮发电机在三峡电站成功投运并安全运行至今；推动自循环蒸发冷却技术在特种电机、高功率密度电气电子设备及超级计算机上成功应用……

六十年持续攻坚，六十年寒暑不辍。他就是中国工程院院士、电机学专家顾国彪。

1955年，顾国彪和清华大学同学在北京官厅水力发电厂实习

培养动手能力，解决实际问题

1936年，顾国彪出生在江苏省嘉定县（今上海市嘉定区）一个知识分子家庭，父亲是上海交通大学副教授，较为优越的家境使他能得以接受良好的学校教育。 

上海解放后，顾国彪升入南洋中学。这是一所强调实践学习的重点中学。当时，南洋中学的老校长将一生积蓄捐献出来，建立了上海最好的物理、化学、生物实验室，并亲手解剖兔子、做肥皂，优良的教学环境锻炼了顾国彪的动手能力。 

高考前，抱负远大的顾国彪一心要考入“录取分数最高的专业”，因此选择了清华大学电机系。当时，清华大学本科生学制5年，目标是培养国家急需、一毕业就能进入现场担当重要工作的工程师；而工程类院系的每一个专业都细分到不同的“专门化”方向，顾国彪被安排去专修电力系统。 

大学毕业前半年，顾国彪和同学们接到一项勤工俭学任务——在清华园后门一座废弃寺庙里建发电站。于是，他们自己装发电机、爬电线杆架空线、装开关、写工程建设材料，在老师带领下很快完成了这件事。发电站建设过程中，顾国彪还与同学一起撰写了名为《怎样架设农村输电线》的小册子，连他自己都没有料到，后来这本小册子给农村地区提供了很多实际帮助。

“在大学时代，最大的收获就是培养了敢闯敢干的性格和解决实际问题的能力。”顾国彪回忆道。毕业后他被分配到刚成立不久的中国科学院电工研究所，并从那时起悄悄立下“做成一两件外国没有的，或者外国人做不到的事”的誓言。

1958年，关于三峡工程的第一个重要文件——《中共中央关于三峡水利枢纽和长江流域规划的意见》提出：“从国家长远的经济发展和技术条件两个方面考虑，三峡水利枢纽是需要修建而且可能修建的。”突破大型水利工程电力设备领域关键技术，攻克大容量电机冷却的世界性难题摆在人们面前。

当时，我国科技基础薄弱，如果要在三峡运行近100万千瓦规模的大型发电机组，冷却问题如何解决？国内外通常采用空气或水作为介质，对水轮发电机进行冷却。然而电机容量不断提升，绝缘层增厚，发热量不断提高，使空气冷却方法面临冷却效率受限、绝缘寿命短等挑战，而水内冷方式一旦电机内部漏水，会严重破坏绝缘性，造成重大安全生产事故，后果不堪设想。

到中国科学院电工研究所报到没几天，顾国彪就受命开始了大容量水轮发电机冷却技术研究工作。

2016年5月，顾国彪在三峡大坝前

蒸发冷却技术，填补国际空白

为保证工程安全可靠，顾国彪将研究方向瞄准发展前景尚不明朗的蒸发冷却技术。研发团队靠一把老虎钳、一把锯子、几把螺丝刀，在中国科学院电工研究所蒸发冷却实验室干了起来。

很快，他们研制出一台15千瓦的压缩制冷电机，证明了压缩制冷在电机上应用的可行性。在后面的试验中，他们渐渐发现，由于外部的压缩制冷系统消耗功率较大，发电机外部必须包上很厚的隔热层，这不仅会增加后期的维护成本，也会影响冷却系统的可靠性，因此很难应用于大型电机。

经过论证分析，顾国彪另辟蹊径，钻研起热力学中的热功转换问题，提出利用液体与气体混合后密度下降的特性，在回路中形成比重差，从而形成自循环的原理，研制常温下的无泵自循环系统。1959年底，他们制作出一个立式可观察绕组模型，利用垂直高度将热量转化为“功”，从而产生自循环动力，替代循环泵，形成无须外界动力的“常温自循环蒸发冷却”系统，实现自循环蒸发冷却技术的原理性创新。该技术以高绝缘、沸点适中、不燃不爆、安全稳定的有机工质作为冷却介质，通过流体沸腾过程中的汽化潜热带走定子绕组产生的热量，无需外加泵即可形成自循环，具有冷却效率高、系统可靠性高、免维护、冷却系统能耗低和综合技术经济性好的特点，具有广阔的应用前景。

不久后，国家倡导推广自循环蒸发冷却技术，计划在哈尔滨电机厂上马35000千瓦的立式调相电机。顾国彪判断，相关技术尚不成熟，匆忙上马35000千瓦电机会有问题。没想到，他却被以反对“大跃进”为由下放到农村接受劳动教育。 

回到中国科学院电工研究所蒸发冷却研究组后，他重整团队，开始建立发电机内两相流的模拟试验装置，进行设计理论研究及有关参数与数据的获取。1972年，顾国彪团队与良乡发电设备厂共同制造出1200千瓦蒸发冷却汽轮发电机，在厂内进行额定负载试验后并网运行成功。至此，自循环蒸发冷却技术在水轮发电机和汽轮发电机上的结构方案都圆满地完成了小型工业机组样机试验，为更大容量等级的蒸发冷却机组研制打下坚实基础。

由于缺少安装运行资金，顾国彪为推广技术四处寻求企业合作，却屡屡碰壁，直到遇见云南省电力局科技处处长王树人。王树人与云南电力局局长商议后，表示十分看好蒸发冷却技术的发展前景。然而，就在该项技术得到认可之际，新的问题出现了：科研项目没有立项，争取不到科研资金。

“这件事，贷款也要干！科学试验最终要为国民经济服务，一定要实现工业应用，才会给国家带来真正的好处。”顾国彪回忆道：“当时批不下来经费，我贷款160万元做科研，相当于现在的两亿元。单位有人说我疯了，但是最后结果证明，我成功了。”回忆起研究电机蒸发冷却技术的过往，顾国彪感慨万千。

有了这笔资金，两台1万千瓦的蒸发冷却水轮发电机组，终于落地云南省大寨水电站，并于1983年成功投产运行。这是我国自主研发、投入工业应用的首套自循环蒸发冷却水轮发电机。如今，这两台发电机组已持续安全运行40余年，目前运行状态依然良好，并先后获得1987年中国科学院科技进步奖一等奖、1988年国家科技进步奖二等奖。 

此后，蒸发冷却技术“安全高效”的形象使越来越多的项目主动找上门，但顾国彪始终记着那个最大的梦想——走向三峡工程。

建功三峡工程，守护大国重器

1994年，顾国彪向三峡工程技术委员会主任、总工程师提出使用蒸发冷却技术的建议，对方提出一个颇具挑战性的问题：“你们的技术我了解过，你们搞过一个5万千瓦的发电机，但我们这是70万千瓦的。如果你能在四五年内完成40万到50万千瓦的电机，并且两年之内不出故障，我们就一定用。”

恰巧，青海省李家峡水电站将启动一个40万千瓦的发电机。为此，顾国彪写了厚厚一叠关于李家峡水电站发电机应用定子绕组蒸发冷却技术的建议书，凭借之前积累的良好声誉，成功争取到这个机会。

常规情况下，从5万千瓦到40万千瓦，中间还应该再研制20万千瓦的机组，但这意味着需要10年左右的时间，蒸发冷却技术走向三峡将无法实现。蒸发冷却技术团队经过夜以继日地奋战，到1999年底，终于研制出李家峡40万千瓦蒸发冷却水轮发电机并安全运行至今。

后来，在2000年法国巴黎召开的国际大电网会议上，李家峡水电站40万千瓦蒸发冷却水轮发电机被评为国际旋转电机领域的四大进展之一。自此，我国在电机领域的国际地位开始扭转。

为了试运行安全可靠，三峡公司曾投入几百万元制作了一个1:1模型，同时开展理论计算与实验验证，最终证明理论计算与实验结果相符合。在各方支持下，这项中国原创独有、世界先进的技术才从“图纸”走到“三峡”。

2008年，三峡工程建设委员会正式决定将自主研发的自循环蒸发冷却技术用于三峡地下电站27号、28号机组。2012年，三峡地下电站27号、28号定子蒸发冷却机组相继投入运行，并安全运行至今。从最初的1万千瓦到70万千瓦，蒸发冷却技术走向世界最大容量的水轮发电机，以顾国彪为首的蒸发冷却技术团队用了50多年。

此前，我国大型水利工程电力设备几乎所有关键技术均被国外公司垄断。三峡机组用上自主创新的蒸发冷却技术，打破了国外技术垄断。正是三峡地下电站27号、28号机组的安全运行，整体拉低了国际设备厂商的投标价格。

这些稳定运行，连定子线棒都没有更换过的蒸发冷却水轮发电机，安静得甚至让水电站维护新人都不知道工程背后还隐藏着中国的“独门绝技”。

蒸发冷却技术再拓新版图：多领域高端装备

作为中国电工技术领域具有完全自主知识产权的原创冷却技术，蒸发冷却技术因在三峡、李家峡等大型水轮发电机中的成功应用而享誉国内外。近年来，这项源自顾国彪团队的“源头创新”加速向水电以外的广阔领域“跨界”赋能——从ECR离子源磁体到高性能服务器，再到最新突破的柔性直流换流阀，蒸发冷却技术正以高效、紧凑、高可靠的独特优势，成为我国高端电气与电子装备自主可控的重要技术基石。

自2009年起，顾国彪团队将蒸发冷却技术引入高端服务器领域，先后研制出喷淋式、浸没式及接触式蒸发冷却高性能服务器样机，成功攻克了高热流密度芯片的高效冷却、复杂自驱动管网系统的稳定性控制等一系列“卡脖子”难题。2019年11月，团队研制的高密度服务器蒸发冷却系统在四川稻城海子山宇宙线观测站（LHAASO）数据中心正式投入运行，在海拔4000余米的高原环境下展现出卓越的散热性能与运行可靠性，有力支撑了国家重大科技基础设施的稳定运转。

面向海上风电规模化开发与远距离可再生能源输送的需求，顾国彪团队攻克了自循环相变冷却系统与紧凑型换流阀的集成设计、功率器件结温波动抑制等关键技术。2025年，高效相变冷却紧凑型柔性直流换流阀阀段样机研制成功，所搭载的自循环相变冷却系统鲁棒性强，有效降低了功率器件的结温波动，显著提升了换流阀的长期运行可靠性，为我国海上风电与远距离可再生能源输送提供了具有自主知识产权的中国方案。

除上述标志性成果外，顾国彪及其团队在风力发电机、变压器、变流器、特种电机、高功率永磁电机及各类电磁装置等领域持续深耕。凭借自主构建的电磁场、流体场、应力场等多场耦合仿真平台，以及完善的蒸发冷却材料、工艺与工程验证条件，团队不断拓展蒸发冷却技术在更多高功率密度、高可靠性要求场景下的应用边界。从水力到风力，从电网到超算，从传统旋转电机到新一代柔性直流换流阀——这项拥有40余项发明专利和行业标准的原创技术，正以持续创新之力，为我国能源转型和高端装备自主化注入强劲动能。

创新教育机制，培养有为青年

1977年底，中国科学院电工研究所恢复研究生招生，从那时起，顾国彪就开始培养研究生。

当时，只有老资格的研究员才有招生资格，并且必须组织研究生指导小组一起指导。尽管顾国彪身为电机研究室主任，也只能和高级工程师联合培养。实践证明，电工研究所培养的硕士生基础理论扎实，动手实践能力强，颇受国外专家赞赏。1986年至1990年，顾国彪三次在出国参加国际电机学术会议期间，听说电工研究所培养的硕士生在德国很快就替代了博士生的研究工作，感到由衷高兴：“看来，我们培养的硕士研究生，相当于博士生了。” 

1999年，顾国彪开始主抓电工研究所研究生教育，恰逢“电机与电器”二级学科博士点申请。他重新整合研究员、副研究员、高级工程师资源，使师资队伍覆盖微电机、大电机、小电机、特种电机和电机控制等各个方向，成为全国最强的电机学科，电工研究所“电机与电器”二级学科博士点也水到渠成。2000年，在没有主动争取的情况下，中国科学院电工研究所就被国务院学位委员会正式授予“电气工程”一级学科博士学位授予权。 

“纯理论的推导研究只是在文献狭缝中找题目，并不能真正做原始创新，我强调要从实验中获取自己的数据，再上升到理论。重视培养研究生的研发能力，做国外都没有的新技术，既动手又动脑。”顾国彪说，为了让研究生们有更多的实践机会，电工研究所竭尽所能为学生提供研究条件和实验设备。

因为，研究生不仅要在实验室里做实验，还应获得充分的工程实践机会。“以前有个刚招进来的硕士研究生，带他到电站工程现场去，他站在电机上问电机在哪里，我告诉他你就站在电机上。他说，一座房子那么大的电机吗？这个课题我不敢做。”顾国彪举例说，“后来，这个学生经过锻炼，可以独立做实验了，毕业也找到了很理想的工作。”

为了提高教育质量，顾国彪还就电工研究所几个研究方向分别建立了督导小组，由退离休博导、硕导督导新博导、硕导，帮助年轻的博导提高教学和科研能力。 

如今，90岁高龄的顾国彪依旧心系科研事业，牵挂青年科技人才成长。在他看来，工程科技工作者在22岁至35岁，是创新创造的黄金时期，思维活跃、敢闯敢试。他寄语广大青年科研工作者，始终心系“国家事”、扛起“国家责”，坚持自立自强、聚力攻坚克难，以久久为功的坚守深耕关键核心技术攻关，把更多自主创新成果镌刻在祖国的山河大地！

责编 / 郑茂典