前不久，我國首臺全國產(chǎn)化F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C商業(yè)示范機組，正式投入商業(yè)運行。重型燃?xì)廨啓C被譽為工業(yè)裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”， 全世界只有極少數(shù)國家能夠自主研制。這臺燃機的研制經(jīng)歷了長達13年的時間，突破多項關(guān)鍵核心技術(shù)，實現(xiàn)了重大核心裝備“從0到1”的突破，被稱作是中國的“爭氣機”。同時，該裝備還帶動了上下游近300家企業(yè)的技術(shù)進步，提升壯大了高端制造產(chǎn)業(yè)鏈。
我國首臺自主研制的
F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C
正式投入商業(yè)運行
燃?xì)廨啓C是將空氣吸入后逐級壓縮，壓縮后的空氣和天然氣燃料在燃燒室混合后劇烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣流推動渦輪透平旋轉(zhuǎn)做功，輸出強大動力。主要用作燃?xì)怆姀S發(fā)電、分布式能源，也是天然氣、石油等長輸管線的核心動力裝備，還可以為大型艦船提供動力。
3月8日，在廣東英德華僑工業(yè)園的一座天然氣分布式能源站里。我國首臺自主研制的F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓C發(fā)電機組“G50”，正在接受進入商業(yè)運行前的最后考驗。
伴隨著大屏幕上倒計時結(jié)束，我國首臺自主研制的F級50兆瓦重型燃?xì)廨啓CG50正式投入商業(yè)運行。為了走到這一刻，整個團隊用了13年。
這次投入商業(yè)運行的F級50兆瓦重型燃機，代號“G50”，由2萬多個零件組成，與同功率火力發(fā)電機組相比，一年可減少碳排放超過50萬噸，聯(lián)合循環(huán)一小時發(fā)電量超過7萬千瓦時，可以滿足7000個家庭一天的用電需求，比普通燃煤電站發(fā)電效率高出10-15%。
廣東華電清遠能源有限公司副總經(jīng)理李林浩，是G50燃機所在能源站項目的生產(chǎn)負(fù)責(zé)人。他告訴記者，傳統(tǒng)煤電需要提前一天時間做準(zhǔn)備，才能正常開機并網(wǎng)，而G50燃機最快并網(wǎng)只需要20分鐘。
廣東華電清遠能源有限公司副總經(jīng)理 李林浩：我們?nèi)紮C是一個高轉(zhuǎn)速的燃機，在高轉(zhuǎn)速的情況下，我們?nèi)紮C的振動，以及配套的齒輪箱振動都非常穩(wěn)定，而且達到了優(yōu)秀值。同時燃機升降負(fù)荷的速率非常快，我們可以啟機20分鐘就可以并網(wǎng)，并網(wǎng)的速度遠遠超出了煤機。
作為從業(yè)20多年的電力老兵，穆海兵負(fù)責(zé)G50機組后續(xù)的運維工作。他曾經(jīng)參與了十幾個電站項目的建設(shè)維護。他說以前燃機都是用國外的產(chǎn)品，系統(tǒng)也是國外的，到機組大修的時候，他們只能給國外派來的工程師打下手，關(guān)鍵設(shè)備的修理、關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整都接觸不到。
廣東華電清遠能源有限公司華僑園項目運維值長 穆海兵：一個詞就是卡脖子，緊緊地把你脖子卡住了。心里面也感覺到不平，但是沒有辦法。
去年8月，穆海兵聽說首臺國產(chǎn)F級重型燃機即將在廣東清遠投產(chǎn)，主動申請參加項目調(diào)試維護工作。
燃?xì)鈾C發(fā)電清潔高效，響應(yīng)速度快，已經(jīng)成為許多發(fā)達國家主要的發(fā)電方式。我們國家近些年燃?xì)獍l(fā)電裝機容量也在持續(xù)增長。截至2022年6月底，中國燃?xì)獍l(fā)電裝機容量為1.1億千瓦，排名世界第三。預(yù)計到2025年，燃?xì)獍l(fā)電裝機規(guī)模將達到1.5億千瓦左右。
重型燃?xì)廨啓C核心部件的設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)，僅世界上少數(shù)幾個國家能夠掌握。燃機高溫部件的使用壽命為5萬小時左右，機組后續(xù)運維成本高昂，一直是電力企業(yè)“不能承受之重”。
廣東華電清遠能源有限公司副總經(jīng)理 李林浩：更換的高溫部件成本非常高，燃機檢修幾千萬是很正常的，甚至要到上億。比如說去年盈利五千萬，今年又盈利五千萬，可能到了第二年要付長協(xié)費的時候，一下子支出一個多億，相當(dāng)于前兩年白干了。
如今，我國首款自主研制F級50兆瓦重型燃機已經(jīng)成功商用，李林浩他們的處境正在發(fā)生改變。
克服重重困難
近300家企業(yè)共同打造本土產(chǎn)業(yè)鏈
四川德陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，中國重大技術(shù)裝備制造業(yè)基地。我國首臺自主研發(fā)F級重型燃?xì)廨啓CG50就誕生在這里。
G50燃機一次點火成功，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，試驗進展順利。然而，2009年艾松剛剛加入G50研發(fā)團隊的時候卻是另外一番情景。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司總設(shè)計師 艾松：我們的人基本叫做一窮二白，就窮得沒有東西，第二個就是大家都是小白，就是對于真正的自主研發(fā)一臺燃?xì)廨啓C需要的技術(shù)也好，需要的積淀也好，需要的經(jīng)驗也好，當(dāng)時大家基本就沒有認(rèn)識。
燃?xì)廨啓C主要由壓氣機、燃燒器、透平三大部件組成。燃燒器是燃機的動力來源，也是國外技術(shù)封鎖最嚴(yán)密的關(guān)鍵核心部件之一。經(jīng)過幾年的設(shè)計研發(fā)，G50燃燒器終于進入試驗階段，其中最關(guān)鍵最初始的點火試驗，他們就整整經(jīng)過了7年的摸索。
2016年，G50團隊第一次進行燃燒器點火試驗。沒想到點火失敗，而隨后的故障排除中他們發(fā)現(xiàn)可能中間存在一秒鐘的誤差。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司總設(shè)計師 艾松：燃?xì)廨啓C這個點火比較難，相當(dāng)于在12級臺風(fēng)里面點燃一根蠟燭。
G50燃?xì)廨啓C燃燒器是在1350攝氏度以上的高溫環(huán)境下工作。這樣的溫度幾乎已經(jīng)達到了金屬的熔點。田曉晶他們需要在提高燃燒度效率的同時，對燃燒器進行十分嚴(yán)苛的冷卻設(shè)計。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司副總工程師 趙世全：每個事情都是站在這個懸崖的邊上，還不掉下去。但是因為它是很危險，那是不是邊，萬一你跨錯了，多邁了半步，那你有可能就下去了，所以它每一個地方都要求你必須準(zhǔn)確。
日復(fù)一日，踩著懸崖邊探索。2018年底，田曉晶他們終于迎來燃燒器設(shè)計的又一個關(guān)鍵試驗——沖擊滿負(fù)荷。而意外再次發(fā)生。試驗參數(shù)異常、燃燒器損壞，他們第一次遭遇到了書本上的那個令人生畏的難題——熱聲振蕩。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司重型燃機裝備研究所副主任 田曉晶：對于我們來說是一個非常致命性的危險，因為像這種高頻的振蕩，在10秒鐘之內(nèi)就可以導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的一個損壞。
為了解決這個難題，田曉晶他們四處查閱文獻，終于在國外一本相關(guān)的著作中找到了線索。著作晦澀難懂，團隊十幾個人光翻譯這本書就翻譯了26萬字。
“缺少專家那就把自己培養(yǎng)成專家，缺少經(jīng)驗?zāi)蔷腿ピ嚦鼋?jīng)驗?！笔荊50團隊常說的一句話。科研無坦途。要想實現(xiàn)從0到1的突破，沒有捷徑可走，只有日復(fù)一日的磨煉。十年前，他們開始制作第一只燃燒器的時候，加工成品率還不到10%，如今成品率在90%以上。
燃?xì)廨啓C由20000多個零部件組成。除了燃燒器，高溫透平葉片也是G50團隊需要攻克的難點。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司副總工程師 趙世全：就像一塊冰把它扔到開水里它還不化，當(dāng)然那個比喻不一定合適，就是證明這些高溫部件設(shè)計的難度，因為它在熔點之上工作。
為了解決這個難題，高溫透平葉片被設(shè)計成空心結(jié)構(gòu)，當(dāng)葉片高速旋轉(zhuǎn)時，空氣進入葉片內(nèi)部，可以形成對流冷卻。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司重型燃機裝備研究所高級工程師 張瓊元：我們行業(yè)里面有這么一句話，一支葉片就相當(dāng)于一輛汽車的價格，在我們國產(chǎn)化之前，如果從國外進口的話，一支葉片可能需要十幾萬、二十幾萬，我們國產(chǎn)化之后，成本可以到一兩萬元左右。
2022年11月25日，先后投入研發(fā)資金近20億元，經(jīng)歷了13年、4000多個日夜的堅守，G50燃機終于迎來發(fā)運時刻。
如今，東方電氣集團擁有目前國內(nèi)唯一、全球領(lǐng)先的燃?xì)廨啓C葉片加工無人工廠。G50壓氣機葉片和高溫透平葉片正在這里加工生產(chǎn)。24小時不間斷加工、毫秒級精準(zhǔn)定位、40秒內(nèi)智能送料、加工精度0.03mm、質(zhì)量合格率99%、人均效率提升650%....驚人的數(shù)據(jù)在這個車間不斷被刷新。
在G50在研發(fā)生產(chǎn)過程中，東汽并非孤軍奮戰(zhàn)，他們聯(lián)合了高校、科研院所等相關(guān)單位，形成攻關(guān)聯(lián)盟，并同上下游近300家企業(yè)共同打造本土產(chǎn)業(yè)鏈。
四川歐杰特機電設(shè)備公司承擔(dān)了G50一百多個零部件的加工生產(chǎn)；二重裝備鑄鍛公司承擔(dān)了G50輪盤鍛件的研發(fā)生產(chǎn)；中國航發(fā)成發(fā)科技為G50燃?xì)廨啓C加工了首臺套高溫透平葉片；中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院，為G50燃?xì)廨啓C部件試驗和整機試驗研制了包含數(shù)千個測點的整套測量系統(tǒng)；南京高精齒輪集團僅用4個月時間便實現(xiàn)G50新齒輪箱國產(chǎn)化制造，創(chuàng)造了該類型齒輪箱制造周期新紀(jì)錄。
除此之外，中國華電、國家電投和東方電氣攜手合作，推動G50燃?xì)廨啓C在廣東清遠、四川德陽商業(yè)示范項目落地，打通了我國自主燃機從研發(fā)試驗走向產(chǎn)業(yè)化的“最后一公里”。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司副總經(jīng)理 方宇：團結(jié)造機，小范圍是東汽內(nèi)部各個單位團結(jié)造機，大的范圍是整個產(chǎn)業(yè)鏈上下游一起團結(jié)造機。我們一開始就定下了總體方針，就是要培育自己的產(chǎn)業(yè)鏈，能國產(chǎn)化的，我們都用國產(chǎn)化。這樣把國內(nèi)這個產(chǎn)業(yè)鏈建立起來。我們G50是和我們產(chǎn)業(yè)鏈上面的企業(yè)共同成長。
記者：張超 編輯：孫菁
