3月，國內(nèi)首臺太陽能光熱商業(yè)電站——中核德令哈50MW槽式電站項(xiàng)目的汽輪機(jī)正在青海調(diào)試。這臺汽輪機(jī)來自位于德陽的東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司(下稱“東汽”)。
2016年9月，國家能源局發(fā)布《國家能源局關(guān)于建設(shè)太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目的通知》，20個(gè)項(xiàng)目入選中國首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目名單。
與此同時(shí)，東汽組建了光熱項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)，攻破光熱發(fā)電汽輪機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)。截至去年底，全國已開標(biāo)的10個(gè)太陽能光熱發(fā)電項(xiàng)目中，東汽中標(biāo)5個(gè)，市場占有率居全國第一。
從無到有，再到世界一流，東汽是如何實(shí)現(xiàn)的?
市場前景廣 14億千瓦電量待開發(fā)
火電汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、核電汽輪機(jī)以及工業(yè)汽輪機(jī)制造是東汽的長項(xiàng)。近年來，隨著火電市場迎來寒冬，國內(nèi)水電市場也日益飽和，調(diào)整布局是必然之舉。
為此，東汽提出了“二次創(chuàng)業(yè)”，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級步伐，在“火電、燃機(jī)、核電、工業(yè)汽輪機(jī)”四大基礎(chǔ)板塊基礎(chǔ)上，以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，太陽能光熱發(fā)電則是其探索的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。
東汽產(chǎn)品研發(fā)中心主任工程師、光熱項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)總師楊靈打開一張用紅、橙、黃、藍(lán)標(biāo)注的中國地圖，這幾個(gè)顏色標(biāo)志著當(dāng)?shù)靥柟鉄豳Y源的情況，藍(lán)色代表少，紅色則是極其豐富。他告訴記者：“只要是橙色以上的地方，就可以開發(fā)太陽光熱發(fā)電。國內(nèi)水電、火電、核電、風(fēng)電的總裝機(jī)電量是17.7億千瓦，而可開發(fā)的太陽能光熱電量就達(dá)14億千瓦。”
光熱發(fā)電結(jié)合儲熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)發(fā)電，具備快速調(diào)峰功能，白天生產(chǎn)沒有使用的電可以存儲起來晚上使用，這彌補(bǔ)了電量不均衡的現(xiàn)狀。它通過太陽島收集太陽光能光熱，并通過換熱裝置將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芗訜嵴羝?，將蒸汽引入汽輪機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換做功，從而實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電。與光伏發(fā)電相比，建造、投運(yùn)過程中不造成環(huán)境污染，同時(shí)規(guī)?；杀驹谖磥韺⒌陀诠夥l(fā)電，避免了目前清潔能源市場上“棄風(fēng)棄光”的現(xiàn)象。
多年前，東汽就有心涉足太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域。2011年，東汽就引進(jìn)人才開始光熱發(fā)電的技術(shù)儲備。2015年，東汽與德國頂級技術(shù)研究院合作進(jìn)行高效汽輪機(jī)技術(shù)的研發(fā)。2017年，成立技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，專項(xiàng)負(fù)責(zé)50MW、100MW和150MW等級系列光熱發(fā)電汽輪機(jī)組的研發(fā)以及設(shè)計(jì)優(yōu)化，這些先期準(zhǔn)備使得東汽成為國內(nèi)最先探路太陽能光熱的發(fā)電設(shè)備制造商。
開發(fā)難度大 突破多項(xiàng)核心技術(shù)
雖然市場前景廣闊，但光熱發(fā)電汽輪機(jī)開發(fā)難度非常大，許多技術(shù)難題一直制約著太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。
“太陽能光熱發(fā)電的光場投資大，所以要把收集到的熱能最大可能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，因此太陽能光熱發(fā)電汽輪機(jī)的效率要非常高。”楊靈說，雖和大型汽輪機(jī)比，太陽能光熱發(fā)電汽輪機(jī)很小，但它的效率不僅要達(dá)到大型汽輪機(jī)的水平，甚至要部分超過大型汽輪機(jī)的效率水平。
如何提高效率?東汽的太陽能光熱汽輪機(jī)，分別采用與世界最先進(jìn)水平相當(dāng)?shù)娜~片型線，并對光熱發(fā)電汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)和通流技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，開發(fā)了軸向排汽低壓缸，從而減少能量損失。
光熱汽輪機(jī)中低壓轉(zhuǎn)子的工作環(huán)境非常惡劣，它一端工作于40℃~ 50℃的常溫環(huán)境，另一端則處于500℃以上的高溫區(qū)域，分別面對著材料高應(yīng)力腐蝕和高溫蠕變的威脅。解決這一難題的關(guān)鍵是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子異種鋼焊接技術(shù)。而2017年東汽獲得“中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)的技術(shù)——汽輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)子技術(shù)則完美地解決了這一難題。
太陽能光熱電站苛刻的運(yùn)行條件對汽輪機(jī)的安全可靠性提出了近乎不近情理的要求，由于汽輪機(jī)每天都需要啟停，且啟動非常迅速，因此，避免汽輪機(jī)的熱應(yīng)力損傷、提高汽輪機(jī)使用壽命成了光熱汽輪機(jī)又一技術(shù)難點(diǎn)。為此，光熱項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將機(jī)組熱應(yīng)力設(shè)計(jì)、壽命管理融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，哪怕汽缸的一個(gè)小圓角或轉(zhuǎn)子上一個(gè)汽封齒都進(jìn)行了推敲、優(yōu)化。詳盡的計(jì)算分析和反復(fù)優(yōu)化的設(shè)計(jì)工作最后讓東汽汽輪機(jī)做到了冷態(tài)啟動，60分鐘機(jī)組帶滿負(fù)荷。
在楊靈看來，東汽技術(shù)達(dá)到世界一流水平，離不開大功率汽輪機(jī)研制的長期積累。“東汽有著自己的研發(fā)平臺，面對世界頂尖的技術(shù)，不是購買，而是要去研發(fā)突破。”近年來，東汽不斷加大科研投入，加快突破一批核心關(guān)鍵技術(shù)，形成一批具有核心知識產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)業(yè)化能力的關(guān)鍵技術(shù)成果。
人才也是東汽制勝的法寶，為了太陽能光熱發(fā)電汽輪機(jī)，東汽首建了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，與職能部門交叉運(yùn)營。整個(gè)光熱項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)有30多人，多為畢業(yè)于北大、西安交大的碩士與博士。同時(shí)，東汽與西安交大建立的研發(fā)平臺，也為東汽技術(shù)攻堅(jiān)助力。
