中国,首台!“国之重器”重大突破!

2024/07/10 09:07中国工业报郭宇 左宗鑫

又一“国之重器”迎来重大突破。

近日,中国东方电气集团有限公司自主研制的15兆瓦重型燃气轮机(代号“G15”)在四川德阳下线。这是东方汽轮机继50兆瓦重型燃气轮机(代号“G50”)后又一成功下线的自主燃机系列产品,也是今年以来国产重型燃气轮机研制传来的又一个好消息。今年2月,我国自主研制的最大功率重型燃气轮机——300兆瓦F级重型燃气轮机首台样机完成总装下线。

▲国内首台自主研制15MW重型燃气轮机(来源:东方汽轮机)

▲国内首台自主研制15MW重型燃气轮机(来源:东方汽轮机)

中国科学院高级工程师、工信部规划司入库评委、国家民航局适航司电传飞控岗位专家翟冬青在接受中国工业报记者采访时表示,50兆瓦燃气轮机的诞生是一次跨越式的发展,是动力工业的重大突破。这意味着我国在火电机组汽轮机,航空发动机、船用燃气轮机等动力技术都将同时上到新的台阶。同时,东方电气作为与上海电气、哈尔滨电气并称的“三大电气公司”,取得这样的成就十分不易。东方电气地处在我国的西部四川德阳,对国家战略工业实力的积累来说更具有意义,公司曾经在汶川地震时期遭受了重大损失,经过十几年的拼搏攻坚下50兆瓦燃气轮这个高地。“给他们挂勋章都不为过。” 翟冬青认为。   

攻克装备领域“皇冠上的明珠”

重型燃气轮机是迄今为止效率最高的热-功转换类发电设备,是发电和驱动领域的核心设备,可在高温、高应力、高腐蚀环境下长时间运行,广泛应用于地面发电和电网调峰。据悉,重型燃气轮机涉及多物理场耦合、多学科技术集成,设计、制造、材料、测试等技术挑战极高,整机技术集成和系统性能匹配难度极大,体现了一个国家的工业水平,被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”。

资料显示,我国从20世纪50年代末开始发展燃气轮机技术,通过仿制和研制,到20世纪70年代初,国内厂家研制出了若干车用和发电用燃气轮机,为我国燃气轮机工业打下基础。从20世纪80年代至20世纪末期间,受限于国内油气供应短缺,燃气、燃油发电行业进入低潮期,我国与国际燃气轮机先进水平的差距被迅速拉大。

从2002年7月起,国家发展和改革委员会先后组织了3次F级和E级燃气轮机的“打捆招标”工作。通过这种方式,我国燃气轮机制造企业均引进了国外先进的燃气轮机制造技术,获得了包括制造图纸、技术规范、工艺规范、材料规范、采购规范、质保体系以及装配、调试、运行维护等技术资料。但在技术引进和转让过程中,燃气轮机的设计技术、核心部件(燃烧器部件、高温透平叶片部件)的制造和维修技术、试验技术仍然掌握在外方手中,没有进行技术转让。   

      

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东方电气集团作为中国能源装备制造领域的“老字号”央企,长期致力于通过科技创新引领能源装备产业发展。从1967年开始,东方汽轮机开启自主研制燃气轮机的步伐,至今已积淀近60年。其中,国内首台全国产化F级50兆瓦重型燃气轮机(简称“G50”)于2009年开始推动。具体来看:

2009年,东方电气开始50兆瓦重型燃气轮机自主研发。

2013年,完成总体结构设计。

2016年,建成国内首批压气机、燃烧器、透平部件级试验台。

2018年,压气机、燃烧器相继研制成功,同年建成目前国内最大功率的燃气轮机整机试验台。

2019年,整机透平叶片精密铸造、加工完成,实现全部高温部件的100%自主制造;整机点火试验一次成功。

2020年,F级50兆瓦重型燃气轮机首次运行至100%负荷。

2022年,实现满负荷连续运行24+72小时,标志着该型号燃气轮机完整地具备了商业化条件。

2022年11月25日,东方电气完全自主知识产权F级50兆瓦重型燃气轮机正式发运,打通了自主燃机从攻关走向应用的“最后一公里”,即将开启中国自主燃气轮机产业高质量发展的新篇章。

2023年3月8日,我国首台全国产化F级50兆瓦重型燃气轮机商业示范机组正式投入商业运行。

2024年3月16日,“G50”在中电德阳经开区分布式能源站投用,标志着商业化应用更加成熟。

经过15年奋战,东方汽轮机自主燃机实现了从试验台平台的建立到自主燃机关键技术的突破,从自主燃机关键部件的成型到包含高温部件在内的完整燃机制造体系建立。据悉,下一步,东方汽轮机将在80兆瓦重型燃气轮机、掺氢燃气轮机、纯氢燃气轮机等方面持续发力。   

从“1到N”还有几步要走?

热端部件是重型燃机研制实现国产化的关键和核心。一方面,热端部件具有更高的经济价值;另一方面,也面临更大的“卡脖子”问题。据了解,在重型燃机的众多零部件中,热端部件仅占到10%左右,但其经济价值占到30%-40%左右。

而要想真正实现国产替代,从“0到1”跨越到“1到N”,还有一段漫长的路需要走。

首先,市场对于新产品的尝试往往比较谨慎。从国外厂商的重型燃气轮机替换到国产重型燃气轮机,发电厂商要承担不小的风险。为此,近年来,一个个示范项目正在全国各地铺开,其运行效果也逐渐得到市场的认可。据悉,近日,国内首批商业化G50燃机订单——济南热电华山联合循环项目正式签约。“正是因为有示范项目在正常运行,我们才有信心。”济南热电集团有限公司副总经理阮磊表示,与国外厂商的燃机相比,国产燃机在价格、应急响应、售后服务等方面更具有优势。

此外,翟冬青介绍,实际上,火电机组的汽轮机、航空发动机、船用燃气轮机这三种动力系统的核心燃烧室是一样的,被称为“核心机”。

什么是“核心机”?资料上显示,为缩短新机研制周期、提高可靠性或发展各种类型的燃气涡轮发动机而研制的由压气机、燃烧室和涡轮组成的发动机核心部件,称之为“(燃机动力)核心机”。   

翟冬青说,核心机需要在1000-2000度的高温下持续高速旋转,保持金属材料的高可靠、不变形,这项技术是国家战略性技术,和芯片的重要性一样,而50兆瓦燃气轮机技术的突破,也证明了我国在“核心机”这项核心技术上也取得了重大的突破。

翟冬青认为,虽然在长达几十年的努力下,我国动力技术没有耽误发展进程,但直至今日仍然没有独立的动力行业,即专门研发“(燃机动力)核心机”的企业。目前,航空发动机是中国航发、中国商发等集团在研发,东方电气、上海电气、哈电气、杭州汽轮机厂研发船用动力燃机和火电机组的汽轮机。但所有燃机动力最终的技术核心在“核心机”这个领域。因此,翟冬青建议,“核心机”领域需要专门开设出一个“动力行业”进行技术攻坚。只要这个“动力行业”领域取得更快的突破,动力涉及的航空、船舶、军工等行业的动力系统都将会发展得的更快。展望未来,有一天70兆瓦或100兆瓦的燃气轮机中国都会取得突破,这个台阶一旦上去就会走在全世界前面。

责任编辑:LuYue

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