四川在线记者 曹凘源
3月8日,被誉为中国“争气机”的全国首台自主研制F级50兆瓦重型燃气轮机发电机组,在广东华电清远华侨工业园天然气分布式能源站顺利完成72+24小时试运行,成功转入商用阶段。这标志着我国已全面掌握F级重型燃气轮机设计、试验、施工、调试、运维等方面的标准体系和工艺规范,能够为清洁能源领域提供自主可控全链条式的“中国方案”。
G50正式投入商业运行仪式现场。东方汽轮机有限公司供图
重型燃气轮机被誉为工业装备制造业“皇冠上的明珠”,广泛应用于航空、船舰和机车动力、管道增压、发电等领域。然而,数十年来,燃气轮机高温部件设计制造和试验验证技术在我国均处于空白,极大地阻碍了我国自主燃气轮机产业体系的建立发展。
东方电气集团和中国华电等央企强强联合,于2009年开始率先在国内开展具有完全自主知识产权的F级50兆瓦重型燃气轮机研制,累计投入资金近20亿元,国家能源局也将F级50兆瓦重型燃气轮机列为能源领域首台(套)重大技术装备示范项目。
工人正在组装G50零部件。东方汽轮机有限公司供图
“产品从设计、材料、制造到试验,几乎都是从零开始。”东方电气集团东方汽轮机有限公司G50发展中心副主任田晓晶介绍,G50是东方电气集团对F级50兆瓦重型燃气轮机的一个内部代号,研发过程中,科研团队联合高校、科研院所、终端用户,包括产业链上、中、下游近300家单位开展了联合攻关,突破了重型燃机的设计关、材料关、工艺关、测试关,实现了主机国产化率100%。
G50整机极其复杂,由20000多个零件组成,工作压力18个大气压,相当于海底180米深度的水压,工作温度超过1300℃……在这样的高温高压条件下,还要以6000转/分钟的转速高速旋转,对材料、涂层和加工精度要求极高。“等于在悬崖边上做设计,稍有闪失就可能损坏机组。”G50发展中心副主任赵仕志说。
位于东方汽轮机的G50发展中心整机试验台。东方汽轮机有限公司供图
研制复杂“换”来的是能源综合利用率的提升。记者了解到,燃气轮机是将空气吸入后逐级压缩,压缩后的空气和天然气燃料在燃烧室混合后剧烈燃烧,产生高温高压气流,推动涡轮旋转做功,从而输出强大动力。与汽轮机相比,燃气轮机拥有更高的热功转换效率。
“按照燃烧室温度,燃气轮机可以分为E级、F级和H级,温度越高,技术等级越高,它的热效率就越高。”东方汽轮机总设计师艾松介绍,F级燃机单循环热效率通常在38%左右,燃机蒸汽轮机联合循环效率在57%左右。相比较于E级,消耗同样的能源能获得更多的电力。
G50正待发运。东方汽轮机有限公司供图
记者了解到,目前燃机使用的大多为天然气,相比于传统的煤炭,燃烧成本较高。“不能只看单一的经济账,而是要把电网调峰稳定性、清洁排放率和能源综合利用率等指标都考虑进去‘算综合账’。”赵仕志表示,相较于同功率的火力发电机组,G50一年可减少碳排放超过50万吨,联合循环一小时发电量超过7万千瓦时,可以满足7000个家庭1天的用电需求。
“G50的商用只是开始,未来我们将聚焦降低氮氧化物排放、提高能源综合利用率,持续对G50燃气轮机进行优化升级和系列化研发,以此带动我国燃气轮机制造业向更高端发展。”艾松说。