近日，中國東方電氣集團(tuán)有限公司自主研制的15兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)(代號“G15”)在四川德陽下線。這是東方汽輪機(jī)繼50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)(代號“G50”)后又一成功下線的自主燃機(jī)系列產(chǎn)品，也是今年以來國產(chǎn)重型燃?xì)廨啓C(jī)研制傳來的又一個好消息。今年2月，我國自主研制的最大功率重型燃?xì)廨啓C(jī)——300兆瓦F級重型燃?xì)廨啓C(jī)首臺樣機(jī)完成總裝下線。
▲國內(nèi)首臺自主研制15MW重型燃?xì)廨啓C(jī)(來源：東方汽輪機(jī))
中國科學(xué)院高級工程師、工信部規(guī)劃司入庫評委、國家民航局適航司電傳飛控崗位專家翟冬青在接受中國工業(yè)報記者采訪時表示，50兆瓦燃?xì)廨啓C(jī)的誕生是一次跨越式的發(fā)展，是動力工業(yè)的重大突破。這意味著我國在火電機(jī)組汽輪機(jī)，航空發(fā)動機(jī)、船用燃?xì)廨啓C(jī)等動力技術(shù)都將同時上到新的臺階。同時，東方電氣作為與上海電氣、哈爾濱電氣并稱的“三大電氣公司”，取得這樣的成就十分不易。東方電氣地處在我國的西部四川德陽，對國家戰(zhàn)略工業(yè)實(shí)力的積累來說更具有意義，公司曾經(jīng)在汶川地震時期遭受了重大損失，經(jīng)過十幾年的拼搏攻堅(jiān)下50兆瓦燃?xì)廨嗊@個高地。“給他們掛勛章都不為過。” 翟冬青認(rèn)為。
攻克裝備領(lǐng)域“皇冠上的明珠”
重型燃?xì)廨啓C(jī)是迄今為止效率最高的熱-功轉(zhuǎn)換類發(fā)電設(shè)備，是發(fā)電和驅(qū)動領(lǐng)域的核心設(shè)備，可在高溫、高應(yīng)力、高腐蝕環(huán)境下長時間運(yùn)行，廣泛應(yīng)用于地面發(fā)電和電網(wǎng)調(diào)峰。據(jù)悉，重型燃?xì)廨啓C(jī)涉及多物理場耦合、多學(xué)科技術(shù)集成，設(shè)計、制造、材料、測試等技術(shù)挑戰(zhàn)極高，整機(jī)技術(shù)集成和系統(tǒng)性能匹配難度極大，體現(xiàn)了一個國家的工業(yè)水平，被譽(yù)為裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”。
資料顯示，我國從20世紀(jì)50年代末開始發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，通過仿制和研制，到20世紀(jì)70年代初，國內(nèi)廠家研制出了若干車用和發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)，為我國燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)打下基礎(chǔ)。從20世紀(jì)80年代至20世紀(jì)末期間，受限于國內(nèi)油氣供應(yīng)短缺，燃?xì)狻⑷加桶l(fā)電行業(yè)進(jìn)入低潮期，我國與國際燃?xì)廨啓C(jī)先進(jìn)水平的差距被迅速拉大。
從2002年7月起，國家發(fā)展和改革委員會先后組織了3次F級和E級燃?xì)廨啓C(jī)的“打捆招標(biāo)”工作。通過這種方式，我國燃?xì)廨啓C(jī)制造企業(yè)均引進(jìn)了國外先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù)，獲得了包括制造圖紙、技術(shù)規(guī)范、工藝規(guī)范、材料規(guī)范、采購規(guī)范、質(zhì)保體系以及裝配、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等技術(shù)資料。但在技術(shù)引進(jìn)和轉(zhuǎn)讓過程中，燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計技術(shù)、核心部件(燃燒器部件、高溫透平葉片部件)的制造和維修技術(shù)、試驗(yàn)技術(shù)仍然掌握在外方手中，沒有進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
東方電氣集團(tuán)作為中國能源裝備制造領(lǐng)域的“老字號”央企，長期致力于通過科技創(chuàng)新引領(lǐng)能源裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從1967年開始，東方汽輪機(jī)開啟自主研制燃?xì)廨啓C(jī)的步伐，至今已積淀近60年。其中，國內(nèi)首臺全國產(chǎn)化F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)(簡稱“G50”)于2009年開始推動。具體來看：
2009年，東方電氣開始50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)自主研發(fā)。
2013年，完成總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。
2016年，建成國內(nèi)首批壓氣機(jī)、燃燒器、透平部件級試驗(yàn)臺。
2018年，壓氣機(jī)、燃燒器相繼研制成功，同年建成目前國內(nèi)最大功率的燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)試驗(yàn)臺。
2019年，整機(jī)透平葉片精密鑄造、加工完成，實(shí)現(xiàn)全部高溫部件的100%自主制造;整機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)一次成功。
2020年，F(xiàn)級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)首次運(yùn)行至100%負(fù)荷。
2022年，實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行24+72小時，標(biāo)志著該型號燃?xì)廨啓C(jī)完整地具備了商業(yè)化條件。
2022年11月25日，東方電氣完全自主知識產(chǎn)權(quán)F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)正式發(fā)運(yùn)，打通了自主燃機(jī)從攻關(guān)走向應(yīng)用的“最后一公里”，即將開啟中國自主燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新篇章。
2023年3月8日，我國首臺全國產(chǎn)化F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)商業(yè)示范機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行。
2024年3月16日，“G50”在中電德陽經(jīng)開區(qū)分布式能源站投用，標(biāo)志著商業(yè)化應(yīng)用更加成熟。
經(jīng)過15年奮戰(zhàn)，東方汽輪機(jī)自主燃機(jī)實(shí)現(xiàn)了從試驗(yàn)臺平臺的建立到自主燃機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的突破，從自主燃機(jī)關(guān)鍵部件的成型到包含高溫部件在內(nèi)的完整燃機(jī)制造體系建立。據(jù)悉，下一步，東方汽輪機(jī)將在80兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)、摻氫燃?xì)廨啓C(jī)、純氫燃?xì)廨啓C(jī)等方面持續(xù)發(fā)力。
從“1到N”還有幾步要走?
熱端部件是重型燃機(jī)研制實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的關(guān)鍵和核心。一方面，熱端部件具有更高的經(jīng)濟(jì)價值;另一方面，也面臨更大的“卡脖子”問題。據(jù)了解，在重型燃機(jī)的眾多零部件中，熱端部件僅占到10%左右，但其經(jīng)濟(jì)價值占到30%-40%左右。
而要想真正實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，從“0到1”跨越到“1到N”，還有一段漫長的路需要走。
首先，市場對于新產(chǎn)品的嘗試往往比較謹(jǐn)慎。從國外廠商的重型燃?xì)廨啓C(jī)替換到國產(chǎn)重型燃?xì)廨啓C(jī)，發(fā)電廠商要承擔(dān)不小的風(fēng)險。為此，近年來，一個個示范項(xiàng)目正在全國各地鋪開，其運(yùn)行效果也逐漸得到市場的認(rèn)可。據(jù)悉，近日，國內(nèi)首批商業(yè)化G50燃機(jī)訂單——濟(jì)南熱電華山聯(lián)合循環(huán)項(xiàng)目正式簽約。“正是因?yàn)橛惺痉俄?xiàng)目在正常運(yùn)行，我們才有信心。”濟(jì)南熱電集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理阮磊表示，與國外廠商的燃機(jī)相比，國產(chǎn)燃機(jī)在價格、應(yīng)急響應(yīng)、售后服務(wù)等方面更具有優(yōu)勢。
此外，翟冬青介紹，實(shí)際上，火電機(jī)組的汽輪機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、船用燃?xì)廨啓C(jī)這三種動力系統(tǒng)的核心燃燒室是一樣的，被稱為“核心機(jī)”。
什么是“核心機(jī)”?資料上顯示，為縮短新機(jī)研制周期、提高可靠性或發(fā)展各種類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)而研制的由壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪組成的發(fā)動機(jī)核心部件，稱之為“(燃機(jī)動力)核心機(jī)”。
翟冬青說，核心機(jī)需要在1000-2000度的高溫下持續(xù)高速旋轉(zhuǎn)，保持金屬材料的高可靠、不變形，這項(xiàng)技術(shù)是國家戰(zhàn)略性技術(shù)，和芯片的重要性一樣，而50兆瓦燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的突破，也證明了我國在“核心機(jī)”這項(xiàng)核心技術(shù)上也取得了重大的突破。
翟冬青認(rèn)為，雖然在長達(dá)幾十年的努力下，我國動力技術(shù)沒有耽誤發(fā)展進(jìn)程，但直至今日仍然沒有獨(dú)立的動力行業(yè)，即專門研發(fā)“(燃機(jī)動力)核心機(jī)”的企業(yè)。目前，航空發(fā)動機(jī)是中國航發(fā)、中國商發(fā)等集團(tuán)在研發(fā)，東方電氣、上海電氣、哈電氣、杭州汽輪機(jī)廠研發(fā)船用動力燃機(jī)和火電機(jī)組的汽輪機(jī)。但所有燃機(jī)動力最終的技術(shù)核心在“核心機(jī)”這個領(lǐng)域。因此，翟冬青建議，“核心機(jī)”領(lǐng)域需要專門開設(shè)出一個“動力行業(yè)”進(jìn)行技術(shù)攻堅(jiān)。只要這個“動力行業(yè)”領(lǐng)域取得更快的突破，動力涉及的航空、船舶、軍工等行業(yè)的動力系統(tǒng)都將會發(fā)展得的更快。展望未來，有一天70兆瓦或100兆瓦的燃?xì)廨啓C(jī)中國都會取得突破，這個臺階一旦上去就會走在全世界前面。