提及燃氣輪機,有工科背景的朋友會說「工藝皇冠」,因為它太複雜了,光看一圈圈精密到微米級的渦輪葉片組,就讓人嘆為觀止,但要讓普通老百姓感受到它為什麼重要,恐怕就得指指深夜裡那一束束燈光、聽聽星巴克那一臺臺飛轉的打豆機、坐坐特斯拉那一輛輛等待快速充電的科幻轎車……沒錯,在一個靠電驅動的現代社會裡,高效低碳的燃氣輪機是電力行業的主心骨,更不要提航空、航海等領域作為交通動力的燃氣輪機。可以說,締造一顆「燃燒的心」,是一個城市乃至一個國家非常值得驕傲的名片。
值得高興的是,上海已站到世界燃氣輪機產業的源頭。6月11日上午,上海自貿區臨港新片區管委會與中國聯合重型燃氣輪機技術有限公司籤署《戰略合作協議》。中國重燃將在臨港新片區投資數百億元,開展中國重燃總部基地、研發創新基地、試驗驗證基地的建設,再結合去年10月就開工的高效低碳燃氣輪機試驗裝置國家重大科技基礎設施項目,以及卡特彼勒等國際動力巨頭紛紛在臨港落戶,以創新、高端為基本特徵「上海製造」正離我們越來越近了。
圖說:上海電氣燃機及聯合循環成套。新民晚報記者 孫中欽 攝
這句話含金量在哪
綜合各方面信息看,中國重燃看準上海臨港,主要瞄準這裡是信息、人才集聚高地,同時也是技術配套、上下遊產業鏈成熟的沃土,肯幹而且能幹出一番大事業。「我國還未有自主智慧財產權的300兆瓦燃氣輪機,」中國重燃相關負責人透露,「燃氣輪機研發,被業內稱為『燒出來的』,即需要大量試驗驗證。而即將開建的試驗基地可以開展關鍵部件的工業級試驗驗證,建成後在國內、國際將處於較為先進的水平。」這句話的含金量在於中國重燃將在臨港構建成體系的系列測試平臺,實現燃氣輪機關鍵部件精確定量定性,而這決定了後續定型投產的質量控制問題。
和大家熟知的原子彈、運載火箭一樣,燃氣輪機的總體常規設計,各國設計師都知道,這方面是「隔行不隔理」,「魔鬼」其實出在技術細節裡,像國內使用的早期型燃氣輪機,進氣道的效率很高,壓縮比很大,這對燃料高效燃燒是好事,可核心機因為材料和工藝原因卻承受不了這麼大的進氣壓力,被迫放掉,白白損失了能量,而這中間的解決奧妙在哪?就得一個部件一個部件地去摳,去改進,去試驗。長久以來。中國燃氣輪機和外國的差距,第一步是設計上的經驗差距,第二步是製造上的工藝差距,第三步就是試驗上的手段差距。
俄羅斯克裡莫夫設計局專家曾來華交流,他們就坦誠地告訴中國同行,中國燃氣輪機的設計與加工水平已趕上來了,但測試能力不如自己,這樣你心裡就很難有把握。例如在俄羅斯,因為試車臺又大又全,能通過測試對每個零部件的特性都掌握得一清二楚,那麼把它每一部分加起來的總特性也就掌握得很充分,就知道它總壽命是多少,推重比是多少等等。反觀中國,燃氣輪機的測試能力很單一,也很粗放,只能裝配成整的發動機送到試車臺去燒,這樣一來,研製周期和成本都要變大,只能把幾臺發動機都燒壞了才能定結論。如果有這樣一個試驗驗證基地,有測壓氣機的,有測渦輪軸的,有測燃燒室的,有測葉片的,有測噴口的,有測加力的……這樣設計師對每部分性能、壽命都有數了,對整機自然清楚了,再也不必做好幾臺整發動機,燒碎一臺,動力衝擊一臺,惡劣氣象一臺,潮溼腐蝕一臺,一燒就上千小時,喝油上千噸,都加在成本裡了,而前面那種分項目測試,就不需要整機運轉,既節約,又高效,正所謂「工欲善其事必先利其器」。
破解「X」,上海敢!
要知道,建燃氣輪機的試驗驗證基地,好比「第一個吃螃蟹」,不僅要有膽氣,更要有恆心。在這個方面,上海是非常篤定的。早在今年1月15日公布的上海市政府工作報告裡,就提到「高效低碳燃氣輪機試驗裝置」這一重點項目開工。今年3月,上海市統籌推進建設工程復工復產暨市重大工程建設工作視頻會議上,再次明確對燃氣輪機試驗裝置這一重大科學基礎設施要重點聚焦,加強難點堵點問題協調,落實防疫防控措施,提高復工復產質量。該項目總工程師肖雲漢透露,這個試驗裝置是我國「兩機專項」(航空發動機及燃氣輪機國家科技重大專項)實施的前提和根本,能為科研人員提供「試驗臺」,將為我國天然氣高效利用、煤炭能源高效清潔低碳利用及聯產、可再生能源利用、第四代核能、儲能、工藝應用、工業節能中的燃氣輪機乃至航空發動機和艦船用燃氣輪機的技術研發提供世界先進水平的試驗平臺。
更重要的是,上海本身就是以燃氣輪機為代表的能源裝備製造高地。在高效清潔煤電領域,上海電氣本來就在國內市場「三分天下有其一」,還是全球最大的煤電設備供應商,其1000兆瓦級超超臨界煤電機組的訂單量和投運機組數量均保持世界第一。而在更高級的發電用燃氣輪機方面,上海電氣通過技術創新,緊扣核心技術脈搏,再加上2014年收購安薩爾多、2015年間接收購原阿爾斯通GT26、GT36燃機技術,使企業快速掌握最新的重型燃氣輪機技術,彌補了中國與國外重型燃機30年的技術差距,是目前中國唯一具備燃氣輪機完整技術,能夠為用戶提供設備及全套檢修維護服務的設備製造企業。在燃氣輪機設備領域,上海電氣將實現重型燃機技術自主化,完成輕型燃機產業化布局,充分利用與安薩爾多合資契機,制訂和實施燃氣輪機產業發展的「四個全球化戰略」,即全球化研發平臺、全球化製造基地、全球化銷售網絡、全球化服務團隊,躋身國際舞臺。如今,隨著新試驗項目陸續施工和投用,本就擁有強大高端製造能力的上海必然會散發出更璀璨的光芒。
要強調的是,握有無與倫比的試驗研究設施,會比握有過硬產品有更大的吸引力,因為全世界的「科技大腦」必須在那裡實現或驗證自己的想法,否則永遠是個未知的「X」。據悉,全球500強企業卡特彼勒早就在臨港安家,將燃氣輪機領域的「再製造」理念與中國合作夥伴共同分享,還有很多外國科研和製造業夥伴期待與上海有更深度的合作,其主要出發點就在於上海的科研試驗條件「獨一無二」。
從「火」到「電」
從技術看,人類的進步,本質是動力革命,從猿到人的歷史性跨越中,「火」起到了關鍵性的作用,恩格斯說過:「就世界性解放作用而言,摩擦生火超過了蒸汽機,因為摩擦生火第一次使人支配了一種自然力,從而最終把人和動物分開」。「火的革命」整整延續了好幾千年,只是到了兩百年前才有了「電的革命」,而以信息技術為代表的第四次工業革命,從動力源來說,還是要歸結於電力的跨越性提升,為此燃氣輪機的國際競爭將會更加激烈,甚至有決定一地乃至一個國家技術命運的意義。
專家指出,燃氣輪機是噴氣式發動機的升級版,基本可算作「後面串聯一個渦輪組的噴氣發動機」,具有外形緊湊而功率異常強大、可靠性高、震動小、低氮化物排放量等優點,今後從艦船全電驅動再到整個「智慧城市」運行,充沛而可靠的燃氣輪機發電系統是必不可少的。美國卡內基國際和平基金會高級研究員馬克·希布斯曾指出,中國有望在2030年取得發電技術開發與部署的世界領先地位,一旦成功,中國將在工業產能、防治氣候變暖、環境治理方面發揮全球領導作用,其影響將是戰略性的和廣泛的,關係到能源生產、國際貿易和氣候緩解。同時,高效綠色的發電系統普及,將大大促進中國進一步實現城市化,可減輕不斷擴展的超級城市的空氣汙染,還有助於中國在減少大氣碳排放方面顯示其全球領導地位。所有這些戰略目標都將納入中國當前和未來電力計劃的決策。
新民晚報記者 吳健