重型燃氣輪機被譽為裝備製造業“CROWN上的明珠”,是一個國家工業水平的重要體現,不但是發電領域的核心裝置,也是國防領域的大型艦船的動力裝置。中國發電裝備領域目前所用的重型燃氣輪機有100多臺,核心技術仍然掌握在外國企業手中。
9月27日,中國首臺完全自主研發的F級50MW重型燃氣輪機整機點火試驗在東方電氣集團獲得成功,重型燃氣輪機8個燃燒筒同時點火燃燒並實現了穩定執行,這也意味著中國自主研發的F級50MW重型燃氣輪機技術獲得了突破,西方的技術封鎖再次失敗。
據介紹,燃氣輪機按燃燒溫度分為1100攝氏度級、1200攝氏度F級、1300攝氏度G級和1400攝氏度H級,西方發達國家F級燃氣輪機出力介入200MW-300MW之間,更高階的G級、H級則在300MW-400MW區間。中國此次突破的正是處於1200攝氏度的F級,雖然出力只有50MW,但將為中國研究出力300MW的重型燃氣輪機打下了堅實的基礎,預料中國未來數年在這一領域將會取得更大的突破,進一步縮小與發達國家的差距。
重型燃氣輪機的級別越高代表著熱效率也越高,E級燃氣輪機的單迴圈熱效率為34%左右,聯合迴圈為53%左右。F級的單迴圈在38%左右,聯合迴圈在57%左右。在發電領域,由於燃氣輪機處於長時間工作狀態,將對發電裝置的效益產生嚴重的影響。
重型燃氣輪機同樣也是中型常規航空母艦的主要動力,中國自主研究的第一臺重型燃氣輪機R0110的基本負荷達114500千瓦,熱效率達到36%,介於E有和F級之間。要知道日本排水量1萬噸的金剛級驅逐艦的動力總功率也就是100000萬力,熱效率為36%。中國R0110的輸出功率為日本金剛級的11.45倍,驅動一艘57000噸的航母很輕鬆。
東方電氣集團從2009年開始就集中科技資源進行了F級50MW重型燃氣輪機研製,到2019年整整10年時間,可以說是十年磨一劍。重型燃氣輪機最難的地方就在於其工作時需要承受極高的應力和腐蝕環境,其高溫部件需要長期執行在金屬熔點以上,對關鍵部件的要求非常高,設計難度也很大。據介紹50MW重型燃氣輪機的零部件就高達數萬個,是一個非常龐大複雜的工程。一直到2017年,該公司才完成50MW重型燃氣輪機的壓氣機、燃燒器和透平三大核心部件以及總體的設計。隨後該公司完成了重型燃氣輪機壓氣機試驗檯、燃燒器綜合性能試驗檯,為加速推進相關試驗打下了基礎。從18年起專案進入飛速發展的階段,到2019年9月27日整機研製宣告成功。
東方電氣公司之前也引進了國外技術,可以製造相關產品,但所有高溫部件等核心技術全部被外國企業掌握,此次突破才算是中國發電裝備領域啃下最後一塊“硬骨頭”。東方電氣公司已經生產過70多臺300MW以上的重型燃氣輪機,雖然號稱中國產化率80%以上,但實際上近20%被外企控制的才是核心技術,也就是壓氣機、燃燒室和高溫透平這三個部件。中國企業也申請過相關技術的轉讓,但被外國企業一口回絕。所以,在中國產50MW重型燃氣輪機試驗廠,中方所用的標語就是“關鍵核心技術要不來、買不來、討不來”。
要知道中國在水電、火電、風電和核電等領域都實現了對西方技術的跟跑,逐漸並跑和區域性領跑。此次突破預示著未來中國在重型燃氣輪機領域將會向西方最先進技術發起挑戰,爭取在數年內實現趕超的目標。