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研发国产大功率燃气轮机的曲折历程

2017-5-19 10:07| 发布者: admin| 查看: 499| 评论: 140

摘要: “其实自2002年国家发展改革委组织燃气轮机打捆招标之后,国内燃气轮机的自主研发开始逐步启动,尤其是国家开始组织“两机重大专项”论证以来,企业界、学界都很踊跃。但现在的关键问题是如何在消化吸收的基础上,形 ...

“其实自2002年国家发展改革委组织燃气轮机打捆招标之后,国内燃气轮机的自主研发开始逐步启动,尤其是国家开始组织“两机重大专项”论证以来,企业界、学界都很踊跃。但现在的关键问题是如何在消化吸收的基础上,形成真正自主的燃气轮机设计能力。”南京汽轮电机(集团)有限责任公司副总经理刘卫宁如是说,燃气轮机设计能力的形成是以大量的试验为基础的,是一个长期的、需要大量资金投入的过程,是一件需要举国家之力来做的事情,就目前任何一个企业的实力都是难以独自完成的。

既缺技术又丢市场

燃气轮机被公认为世界上最难制造的机械装备,又称制造业“皇冠上的明珠”。由于燃气轮机电站技术先进、效率高、污染少等特点,发达国家一直将其作为战略性产业和高端制造业发展重点,上世纪 80 年代以来更是大力发展大功率燃气轮机-蒸汽轮机联合循环电厂。

而燃气轮机发电技术在我国兴起却是近十几年的事。虽然我国的燃气轮机产业始自上世纪50年代末60年代初,也经历了初期的自主研发,70年代的小高潮,但80年代后进入休眠期。国内企业并不具备大功率燃气—蒸汽联合循环发电厂的设计能力,也并未完全掌握燃气轮机产品的设计和制造技术,后来虽然通过市场换技术的燃气轮机“打捆招标”计划,引进F级、E级燃气轮机及联合循环技术,但并未引进其核心技术。

“整个产业引进的只是部分制造技术,而且缺少两样核心:一是设计,外方不转让任何的设计技术;二是材料及核心部件,主要是控制系统和热端部件的制造技术,由于与航空关系密切,我们不可能从国外引进任何相关技术,必须要丢掉幻想!”蒋洪德强调说。

另一方面,随着大量的燃机投运,对运行燃机的“长期服务”这块大蛋糕基本都落在了GE、西门子、三菱等技术转让方手中。在一般情况下,燃机一个生命周期当中,服务费用相当于1~2台燃机的价格水平,利润非常可观,以上海漕泾天然气发电厂为例,仅2009年-2011年间,检修维护花费了惊人的3.83亿元,超过其总投资的13%。而国内燃机制造商由于起步晚,积累少,技术受限等种种原因,在服务市场基本不具话语权。

“明珠”虽亮,摘取不易

而对于燃气轮机的制造难度,上海汽轮机厂负责人对此有个形象的说法:“如果说汽轮机是普通轿车,那么燃气轮机就是顶级跑车。要造顶级跑车,就要求在技术研发、人员技能、制造文化和管理水平上同步提高。”

传统的火力发电所使用的汽轮机,工作温度最高不过600℃;而燃气轮机,工作温度至少1000℃,一般高达1350℃—1500℃。如此高温,寻常钢铁都要融化,而燃气轮机叶片以每分钟3000转的速度工作,却没有变成一根根“钢铁面条”甩出去!此外,汽轮机叶片材料是钢铁,做坏了还能补救;但燃气轮机叶片的表面有一层陶瓷涂层,一旦损坏无法弥补,而一片燃气轮机的叶片,成本相当于一辆宝马轿车。

因此,与我国合作的外方企业坚持不转让燃气轮机设计、热端部件制造和控制系统等核心技术,我国燃气轮机行业只能制造非核心部件,产业发展受到了严重的制约。行业里流传着这样的说法:要想拥有 GE 燃机技术,得买下整个 GE 公司;要想得到西门子燃机技术,除非“跨过他们的身体”。

燃机国产化开始步入快车道

尽管困难重重,但随着近年来,重型燃气轮机联合循环机组及关键部件、微型燃气轮机等分布式发电关键设备再次被列为我国能源装备技术改造和能源自主创新领域的重点方向,和我国政策支持示范项目的增多和天然气发电政策优化调整,燃气轮机国产化制造又重新进入快车道。

“2012年国内重型燃机制造业借助前期积累和市场复苏,实现了跨越式发展。以上海电气为例,全年出产重型燃机13台,实现了燃机转子、气缸等关键部件的国产化,同时提升的还有燃机配套能力、项目管理能力以及人才培养水平等。”上海电气电站设备有限公司汽轮机厂总经理陈学文介绍说。2014年,我国燃气轮机行业企业达3448家,虽然市场上燃气轮机产品仍然依赖进口,但仍有R0110这类国产燃机不断爆出突破核心技术的好消息。

与此同时,国内一些科研院所和制造企业不断整合资源,建立共性研发平台。2012 年,黑龙江省出台了《重点产业发展“十二五”规划》,提出建成国内唯一的重型和中小型全系列燃气轮机研制生产基地规划;上海市与清华大学签署《关于开展燃气轮机领域战略合作的框架协议》, 建立跨区域产学研产业化体系;华电已与美国通用电气(GE)公司联合,在上海成立华电通用轻型燃机设备有限公司,生产航改型燃气轮机;2014年3月四川省成立了燃气轮机产业联盟,将合力突破燃机研发的技术难关;8月湖南株洲市通过了《株洲市航空发动机和燃气轮机产业发展规划(2013-2030)》评审;9月四川省通过《航空与燃机产业发展工作推进方案》;清华大学成立燃气轮机研究院等等,这一系列迹象都表明我国燃气轮机制造业正在进一步完善产业布局,推动燃气轮机国产化进程。

核心技术国产化才是真正国产化

清华大学燃气轮机研究院院长蒋洪德院士认为,从我国重型燃气轮机目前情况来看,首先要认真学习和消化吸收引进的E/F级天然气燃气轮机制造技术,同时加强燃气轮机基础核心技术的研究开发。从燃气轮机部件的角度分析,当代燃气轮机主要关键技术包含多级轴流压气机、高效清洁燃烧室、多级轴流冷却透平、二次空气系统、镍基超级合金叶片材料与制造等。

在未来相当长的时期内,我国燃气轮机研究重点应围绕两个方面展开:一是用于IGCC发电的煤气化燃气轮机核心技术的研究开发;二是热端部件和控制系统等关键问题。这是燃气轮机的核心技术和难点,也是我国自主研发燃气轮机技术的重中之重。

目前我国正加大对燃气轮机核心技术自主研发的支持,有关企业、研究所和高等院校也执行了一系列核心技术研发和产业化项目,并取得了初步成果。随着我国燃气轮机重大专项的落地,和国家对燃气轮机的政策支持,燃气轮机热端部件和控制系统等核心技术将逐步被我国掌握,国产燃机也将在近年制造面世。

毕竟只有核心技术国产化、收益国产化才是真正实现国产化。


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