3月，國內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正在青海調試。這臺汽輪機來自位于德陽的東方電氣集團東方汽輪機有限公司(下稱“東汽”)。
2016年9月，國家能源局發(fā)布《國家能源局關于建設太陽能熱發(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)團隊，攻破光熱發(fā)電汽輪機的技術難點。截至去年底，全國已開標的10個太陽能光熱發(fā)電項目中，東汽中標5個，市場占有率居全國第一。
從無到有，再到世界一流，東汽是如何實現的?
市場前景廣 14億千瓦電量待開發(fā)
火電汽輪機、燃氣輪機、核電汽輪機以及工業(yè)汽輪機制造是東汽的長項。近年來，隨著火電市場迎來寒冬，國內水電市場也日益飽和，調整布局是必然之舉。
為此，東汽提出了“二次創(chuàng)業(yè)”，加快結構調整和轉型升級步伐，在“火電、燃機、核電、工業(yè)汽輪機”四大基礎板塊基礎上，以技術創(chuàng)新驅動產業(yè)發(fā)展，太陽能光熱發(fā)電則是其探索的重點領域之一。
東汽產品研發(fā)中心主任工程師、光熱項目研發(fā)團隊總師楊靈打開一張用紅、橙、黃、藍標注的中國地圖，這幾個顏色標志著當地太陽光熱資源的情況，藍色代表少，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。國內水電、火電、核電、風電的總裝機電量是17.7億千瓦，而可開發(fā)的太陽能光熱電量就達14億千瓦。”
光熱發(fā)電結合儲熱技術可以實現24小時發(fā)電，具備快速調峰功能，白天生產沒有使用的電可以存儲起來晚上使用，這彌補了電量不均衡的現狀。它通過太陽島收集太陽光能光熱，并通過換熱裝置將其轉變?yōu)闊崮芗訜嵴羝瑢⒄羝肫啓C進行能量轉換做功，從而實現太陽能發(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)模化成本在未來將低于光伏發(fā)電，避免了目前清潔能源市場上“棄風棄光”的現象。
多年前，東汽就有心涉足太陽能光熱發(fā)電領域。2011年，東汽就引進人才開始光熱發(fā)電的技術儲備。2015年，東汽與德國頂級技術研究院合作進行高效汽輪機技術的研發(fā)。2017年，成立技術攻關團隊，專項負責50MW、100MW和150MW等級系列光熱發(fā)電汽輪機組的研發(fā)以及設計優(yōu)化，這些先期準備使得東汽成為國內最先探路太陽能光熱的發(fā)電設備制造商。
開發(fā)難度大 突破多項核心技術
雖然市場前景廣闊，但光熱發(fā)電汽輪機開發(fā)難度非常大，許多技術難題一直制約著太陽能光熱發(fā)電技術的發(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換為機械能，因此太陽能光熱發(fā)電汽輪機的效率要非常高。”楊靈說，雖和大型汽輪機比，太陽能光熱發(fā)電汽輪機很小，但它的效率不僅要達到大型汽輪機的水平，甚至要部分超過大型汽輪機的效率水平。
如何提高效率?東汽的太陽能光熱汽輪機，分別采用與世界最先進水平相當的葉片型線，并對光熱發(fā)電汽輪機的熱力系統和通流技術進行了優(yōu)化，開發(fā)了軸向排汽低壓缸，從而減少能量損失。
光熱汽輪機中低壓轉子的工作環(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力腐蝕和高溫蠕變的威脅。解決這一難題的關鍵是汽輪機轉子異種鋼焊接技術。而2017年東汽獲得“中國機械工業(yè)科學技術獎”一等獎的技術——汽輪機焊接轉子技術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的安全可靠性提出了近乎不近情理的要求，由于汽輪機每天都需要啟停，且啟動非常迅速，因此，避免汽輪機的熱應力損傷、提高汽輪機使用壽命成了光熱汽輪機又一技術難點。為此，光熱項目團隊將機組熱應力設計、壽命管理融入產品設計的每一個環(huán)節(jié)，哪怕汽缸的一個小圓角或轉子上一個汽封齒都進行了推敲、優(yōu)化。詳盡的計算分析和反復優(yōu)化的設計工作最后讓東汽汽輪機做到了冷態(tài)啟動，60分鐘機組帶滿負荷。
在楊靈看來，東汽技術達到世界一流水平，離不開大功率汽輪機研制的長期積累。“東汽有著自己的研發(fā)平臺，面對世界頂尖的技術，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鍵技術，形成一批具有核心知識產權和產業(yè)化能力的關鍵技術成果。
人才也是東汽制勝的法寶，為了太陽能光熱發(fā)電汽輪機，東汽首建了項目團隊，與職能部門交叉運營。整個光熱項目團隊有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，也為東汽技術攻堅助力。
