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)電示范項目的通知》,20個項目入選中國首批光熱發(fā)電示范項目名單。
與此同時,東汽組建了光熱項目研發(fā)團(tuán)隊,攻破光熱發(fā)電汽輪機(jī)的技術(shù)難點。截至去年底,全國已開標(biāo)的10個太陽能光熱發(fā)電項目中,東汽中標(biāo)5個,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。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領(lǐng)域之一。
東汽產(chǎn)品研發(fā)中心主任工程師、光熱項目研發(fā)團(tuán)隊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)可以實現(xiàn)24小時發(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,從而實現(xiàn)太陽能發(fā)電。與光伏發(fā)電相比,建造、投運過程中不造成環(huán)境污染,同時規(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,專項負(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”一等獎的技術(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。為此,光熱項目團(tuán)隊將機(jī)組熱應(yīng)力設(shè)計、壽命管理融入產(chǎn)品設(shè)計的每一個環(huán)節(jié),哪怕汽缸的一個小圓角或轉(zhuǎn)子上一個汽封齒都進(jìn)行了推敲、優(yōu)化。詳盡的計算分析和反復(fù)優(yōu)化的設(shè)計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),東汽首建了項目團(tuán)隊,與職能部門交叉運營。整個光熱項目團(tuán)隊有30多人,多為畢業(yè)于北大、西安交大的碩士與博士。同時,東汽與西安交大建立的研發(fā)平臺,也為東汽技術(shù)攻堅助力。