我國首臺全國產(chǎn)化F級50兆瓦G50重型燃氣輪機，將正式投入商業(yè)運行！
我國又突破了一項卡脖子的技術(shù)：重型燃氣輪機，被譽(yù)為：工業(yè)裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”。人們也開(kāi)玩笑的說(shuō)，留給中國的工業(yè)裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”不多了！
【資料圖】
這臺重型燃氣輪機，對于我國而言，真的是意義非凡，打破了歐美80余年的壟斷！
這事要從華為孟晚舟被扣押事件說(shuō)起。孟晚舟回國那天，有個(gè)人被全球媒體反復提起，他就是阿爾斯通的鍋爐部全球主管弗雷德里克·皮耶魯齊。他有和孟晚舟類(lèi)似的遭遇，但用皮耶魯齊自己的話(huà)說(shuō)就是：他并沒(méi)有孟晚舟的幸運，皮耶魯齊的祖國和雇主并沒(méi)有把他救回來(lái)，而是向美國妥協(xié)了，而一切的一切都源自于阿爾斯通擁有重型燃氣輪機的關(guān)鍵技術(shù)。
燃氣輪機，主要由壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪這三大部件組成，壓氣機把空氣吸入后逐漸壓縮，壓縮后的空氣會(huì )在燃燒室里與天然氣燃料混合后劇烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣流，再進(jìn)入到渦輪中膨脹做功，輸出強大動(dòng)力。
燃氣輪機可以作為燃氣電廠(chǎng)發(fā)電分布式能源，也可以作為石油、天然氣管道的核心動(dòng)力裝置，還可以作為大型艦船提供動(dòng)力，現在重型燃氣輪機已經(jīng)是歐美國家最主要的發(fā)電設備。因此，重型燃氣輪機和航空發(fā)動(dòng)機一樣，被譽(yù)為工業(yè)裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”，多說(shuō)一句，其實(shí)它們的原理和構造也是類(lèi)似的。
1939年，瑞士布朗-博偉里（Brown Boveri & Cie）公司設計研發(fā)世界上第一臺工業(yè)燃氣輪機。1988年，這家公司與ASEA AB合并。在2000年，相關(guān)業(yè)務(wù)被法國的阿爾斯通收購。阿爾斯通其實(shí)自身也掌握了大量高精尖的技術(shù)，當時(shí)有一句廣為流傳的話(huà)：
世界上每4個(gè)燈泡中，就有1個(gè)的電力來(lái)自阿爾斯通的技術(shù)。
美國很早就盯上了阿爾斯通的這塊業(yè)務(wù)，尤其是其中的“重型燃氣輪機技術(shù)”。為了能夠成功吞并這個(gè)業(yè)務(wù)，2008年通用電氣與阿爾斯通CEO私下商討了收購方案，這引發(fā)了通用電氣競爭對手西門(mén)子的擔憂(yōu)，法國政府也擔心這樣會(huì )導致核心資產(chǎn)流失，于是雙方聯(lián)手阻攔了這次收購，但美國并沒(méi)有就此放棄。
2013年，皮耶魯齊在紐約肯尼迪機場(chǎng)被FBI抓捕，理由是他違反了美國的FCPA法。在關(guān)押皮耶魯齊的一年里，阿爾斯通又有幾位核心技術(shù)人員相繼被美國逮捕。最終，阿爾斯通向美國低頭妥協(xié)，把相關(guān)業(yè)務(wù)的股權出售給了美國通用電氣公司。
放眼過(guò)去幾十年的發(fā)展，重型燃氣輪機也一直是我國的痛點(diǎn)。
1980年代末，由于國際政治局勢劇變，我國與美國通用電氣簽訂的多臺LM2500燃氣輪機訂單被取消。由于燃氣輪機是艦船的心臟，這也直接延緩了我國海軍艦船的發(fā)展速度。
我國“西氣東輸”工程全線(xiàn)有10座壓氣站，一共需要15臺燃氣輪機。當時(shí)全球能提供大功率燃氣輪機的企業(yè)一共有4家，其中一家叫做“普惠”的公司，因為美國政府的阻擾，也無(wú)法為我國提供重型燃氣輪機。
所以看明白了嗎？這項技術(shù)會(huì )影響到一個(gè)國家經(jīng)濟和科技的發(fā)展，同時(shí)還會(huì )影響到國防安全。上世紀50年代左右，我國就試圖自主研發(fā)燃氣輪機，國外企業(yè)也是差不多在這個(gè)時(shí)期起步的。不僅如此，我們還曾引進(jìn)過(guò)蘇聯(lián)的技術(shù)，也培養的一批人才。
只不過(guò)，由于種種原因，疊加上我國油氣資源的短缺，重型燃氣輪機在市場(chǎng)上遇冷。在上世紀80年代，我國國內僅剩一家燃氣輪機廠(chǎng)苦苦支撐，同時(shí)相關(guān)領(lǐng)域人才也所剩無(wú)幾。到了上世紀90年代， 當我們再重新關(guān)注這個(gè)重要領(lǐng)域時(shí)，已經(jīng)晚了。
在歐美企業(yè)眼里，中國成為了"肥羊“，甚至有人說(shuō)：中國購買(mǎi)重型燃氣輪機，相當于是給歐美開(kāi)了一座銀行，可以隨時(shí)提款。甚至有一位西方的專(zhuān)家說(shuō)：
中國想要掌握燃氣輪機核心技術(shù)，簡(jiǎn)直就是做夢(mèng)。
事實(shí)上，全球掌握該技術(shù)的國家寥寥無(wú)幾，完全掌握該技術(shù)的企業(yè)主要有美國通用電氣、德國西門(mén)子、日本三菱重工、意大利安薩爾多，其中日本三菱重工的相關(guān)技術(shù)最早是從美國西屋電氣公司引進(jìn)。后來(lái)，美國西屋電氣公司的非核能發(fā)電機部門(mén)出售給西門(mén)子公司。
我國此前并不掌握相關(guān)技術(shù)，一開(kāi)始只能從美國引進(jìn)了先進(jìn)的燃氣輪機。同時(shí)我國也在試圖采用類(lèi)似于“建造高鐵”的方式，通過(guò)技術(shù)換市場(chǎng)，來(lái)得到相關(guān)技術(shù)，并在此基礎之上，發(fā)展出我國自己的技術(shù)，只不過(guò)這次并沒(méi)有很成功。
主要原因有兩個(gè)，首先是在80年代，我國當時(shí)的工藝水平落后，沒(méi)有辦法仿制，也就無(wú)法掌握技術(shù)。其次，從國外引進(jìn)燃氣輪機，關(guān)鍵設備的參數調整，是不允許中國工程師在場(chǎng)的，同時(shí)在維修的時(shí)候，每到關(guān)鍵部分，都只能由國外工程師來(lái)操作，也不允許中國工程師在場(chǎng)。
這完全限制住了我們國家在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)突破，實(shí)實(shí)在在的卡脖子。這還不是最嚴重的，有時(shí)候國外引進(jìn)也不穩定，尤其是受到國際政局的影響。
有一個(gè)典型的例子，根據《經(jīng)濟半小時(shí)》報道，我國有一座電廠(chǎng)，建設有兩套9F級燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組，項目的燃氣機國產(chǎn)化率達到了90%，是當時(shí)全國國產(chǎn)化率最高的燃氣發(fā)電機組。但是燃氣輪機的核心控制系統和高溫部件仍然需要由國外廠(chǎng)商來(lái)提供。
由于業(yè)務(wù)需求，原有的控制系統介入兩個(gè)信號點(diǎn)，這個(gè)修改本身并不復雜，但需要國外廠(chǎng)家配合，該工廠(chǎng)與國外廠(chǎng)商溝通了大半年的時(shí)間，損失了大幾百萬(wàn)，才最終實(shí)現了修改方案，真正落地執行修改，僅僅就幾天的時(shí)間。
從這可以看出，在重型燃氣輪機方面，我們被歐美卡脖子，而且卡的很?chē)乐?，那我們是怎么解決這個(gè)問(wèn)題的呢？
其實(shí)，我國抓住了2次機遇，一次是主動(dòng)創(chuàng )造的，一次是歐美給的。
第一次是“十五”期間實(shí)施市場(chǎng)換技術(shù)戰略，發(fā)改委進(jìn)行了三次捆綁招標，引進(jìn)了美國通用電氣，德國西門(mén)子和日本三菱重工的3種F級重型燃氣，一共54套。
哈爾濱動(dòng)力集團和美國通用電氣共同生產(chǎn)109FA機；
東方電氣集團與日本三菱重工聯(lián)合生產(chǎn)M701F機；
上海電氣集團與德國西門(mén)子聯(lián)合生產(chǎn)V94.3A機。
除此之外，南京汽輪電機集團與美國通用電氣啟動(dòng)了9E系列大型燃機的國產(chǎn)化生產(chǎn)。這里補充一下，燃氣輪機的“E級”和“F級”其實(shí)是按照燃燒溫度來(lái)劃分的，按照字母的順序，越往后的，對應的溫度越高，所以“E級”的溫度小于“F級”，“F級”小于“H級”，不過(guò)不同公司對于這個(gè)級別的劃分會(huì )稍有不同。
其中，美國通用的“E級”對應溫度是1100℃，“F級”對應溫度是1200℃；
日本三菱重工的“F級”對應溫度是1400℃；
德國西門(mén)子的“F級”對應溫度是1500℃；
其實(shí)這些級別可以按照出力來(lái)花費，其中“E級”對應100MW~200MW，“F級”對應200MW~300MW之間。
雖然采用市場(chǎng)換技術(shù)的方式，但我們依然無(wú)法自主研發(fā)重型燃氣輪機的核心部件，比如：壓氣機。如果沒(méi)有第二次機遇，可能現在還無(wú)法實(shí)現100%國產(chǎn)。
第二次機遇是歐美給的，被我國抓住了。
除了與全球生產(chǎn)重型燃機的企業(yè)合作，我國還留有后手。2014年上海電氣集團收購了收購了意大利安薩爾多40%多的股份。這個(gè)“安薩爾多”原本來(lái)是德國西門(mén)子的供應商，擁有E級、F級、H級燃氣輪機的專(zhuān)利（或使用權），在整個(gè)燃氣輪機的國際市場(chǎng)中，處于第二梯隊。21世紀初，該企業(yè)一直處于虧損的狀態(tài)，后來(lái)歐債危機爆發(fā)，安薩爾多由于資金短缺，只能出售股份。
這筆買(mǎi)賣(mài)對于上海電氣集團而言，簡(jiǎn)直是相當劃算的。要知道，當初上海電氣集團在與德國西門(mén)子集團合作并不是十分順利。我國的相關(guān)企業(yè)之前也是有考慮過(guò)通過(guò)收購引進(jìn)技術(shù)的，但是燃氣輪機技術(shù)太重要，并不是想買(mǎi)就能買(mǎi)的。美國通用電氣曾說(shuō)：
要買(mǎi)美國通用電氣的燃機技術(shù)，除非買(mǎi)下整個(gè)美國通用電氣
德國西門(mén)子公司也曾說(shuō)：
要想得到西門(mén)子的燃氣輪機技術(shù)，除非跨過(guò)他們的身體。
從這個(gè)角度，我們不難看出，能談成這筆買(mǎi)賣(mài)，有多么艱難。根據合作框架，上海電氣入股后，安薩爾多現有所有的燃機自主研發(fā)技術(shù)與能力都將與上海電氣集團共享。同時(shí)上海電氣集團還和安薩爾多一起創(chuàng )立了上海安薩爾多，實(shí)現從研發(fā)，制造、銷(xiāo)售到服務(wù)的全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋。這筆收購未來(lái)將會(huì )助力我國自主生產(chǎn)重型燃氣輪機。
截止到2022年6月底，我國燃氣發(fā)電裝機容量排名世界第三，達到了1.1億；預計2025年，我國燃氣發(fā)電裝機規模將會(huì )達到1.5億千瓦左右。也就是說(shuō)，重型燃氣輪機不僅對于我國國防安全，尤其是艦船十分重要，同時(shí)對于我國未來(lái)發(fā)電市場(chǎng)也至關(guān)重要。
我國首臺F級50兆瓦重型燃氣輪機
制造燃氣輪機的難點(diǎn)其實(shí)和航空發(fā)動(dòng)機是類(lèi)似的。對于重型燃氣輪機來(lái)說(shuō)，可靠性和安全性都要非常高，而一臺重型燃氣輪機的運行時(shí)間一般要達到10萬(wàn)小時(shí)以上。
重型燃氣輪機在工作時(shí)，溫度非常高，最低都要達到1100℃以上，有時(shí)甚至要達到了1600-1700℃，溫度甚至都超過(guò)了絕大多數合金的熔點(diǎn)，此時(shí)材料會(huì )處于熔融狀態(tài)。因此，對重型燃氣輪機的葉片設計和材料有很高的要求，甚至有學(xué)者表示：
除了量子力學(xué)理論之外，其他的力學(xué)原理幾乎全部用上。
其次，重型燃氣輪機在工作時(shí)，葉片會(huì )高速旋轉，轉速十分驚人。就拿我國這次自主研發(fā)的F級50兆瓦重型燃氣輪機來(lái)說(shuō)，每分鐘的轉速將達到6000轉，這就使得葉片會(huì )受到非常強的離心力，壓力達到18個(gè)大氣壓，相當于海底180米深度的水壓。如何葉片在這樣高強度的工況下依然能不出故障，是一個(gè)極其難的課題。研究團隊通過(guò)十幾年持續攻關(guān)，才在2019年實(shí)現高溫部件的100%自主制造。
這臺F級50兆瓦重型燃機是由我國東方電氣集團，聯(lián)合多個(gè)高校，科研院所和上下游300多家單位一起聯(lián)合攻關(guān)自主研發(fā)的。在廣東清遠完成72+24小時(shí)試運行，并正式投入商業(yè)運行，填補了我國自主燃氣輪機應用領(lǐng)域的空白。F級50兆瓦重型燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)一小時(shí)，發(fā)電可以超過(guò)7萬(wàn)千瓦時(shí)，可以滿(mǎn)足7000個(gè)家庭一天的用電量，比普通的燃煤電站發(fā)電效率高10%~15%，同時(shí)可以減少超過(guò)50萬(wàn)噸的碳排放。
除了發(fā)電，相信我國相關(guān)企業(yè)，在未來(lái)會(huì )研發(fā)出更多全國產(chǎn)化的重型燃氣輪機。
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