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國產燃氣輪機再攻下一城背后：熱端部件是關鍵卡點，商業(yè)化還有漫漫長路，與氫能結合是未來趨勢
“近年來，國產燃機產業(yè)的發(fā)展勢頭強勁，裝備企業(yè)顯著加大了燃機研發(fā)投入力度。”在日前召開的中小型燃機現代產業(yè)鏈共鏈會議暨2024燃機產業(yè)發(fā)展大會中的一場會議上，電力規(guī)劃設計總院發(fā)電工程咨詢院院長助理李文凱如此表示。
在大會期間，也有燃機廠商相關人士對《每日經濟新聞》記者表示，近年來，國內燃機產業(yè)發(fā)展迅速，無論是在材料、工藝還是設計方面，都取得了長足的進步。
主要應用于發(fā)電等領域的燃氣輪機被稱為裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”，可見其重要的戰(zhàn)略意義，這背后一方面是其研制難度大，是國產替代的重要高端裝備，另一方面是通過天然氣發(fā)電已經成為了新型電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，發(fā)揮著調峰、支撐系統(tǒng)穩(wěn)定等作用。
記者在現場參會期間及通過多方采訪了解到，由于相較國外廠商起步較晚，國產替代是一條漫漫長路，國產燃機產業(yè)要形成更完整的閉環(huán)，實現自主可控還有很多發(fā)展空間，包括商業(yè)化還處于起步階段、更多機型“從0到1”的突破還需要實現、摻氫及純氫燃機的研發(fā)還在進行等。
熱端部件是燃機研制國產化的關鍵
日前，國內首臺自主研制15MW重型燃氣輪機在四川德陽東方電氣集團東方汽輪機有限公司（以下簡稱東方汽輪機）正式下線。
這是東方汽輪機在G50后又一成功下線的自主燃機系列產品，也是今年以來國產重型燃氣輪機研制傳來的又一個好消息。今年2月，我國自主研制的最大功率重型燃氣輪機——300兆瓦F級重型燃氣輪機首臺樣機完成總裝下線。
重型燃氣輪機是迄今為止效率最高的熱功轉換類發(fā)電設備，廣泛應用于地面發(fā)電等。由于設計、制造、材料等技術難度高，其也被稱為裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”。此前，無論是設計技術還是核心零部件的制造都掌握在國外廠商手中。
其中，熱端部件是重型燃機研制實現國產化的關鍵和核心。一方面，熱端部件具有更高的經濟價值，另一方面，也面臨更大的“卡脖子”問題。
東方汽輪機全國重點實驗室重型燃機裝備研究所的伍林告訴《每日經濟新聞》記者，在重型燃機的眾多零部件中，熱端部件僅占到10%左右，但其經濟價值占到30%～40%左右。
如今隨著一臺臺不同型號的國產重型燃機成功下線，熱端部件的“卡脖子”問題正在逐步被攻破。
從“1到N”還有幾步要走？
而要想真正實現國產替代，從“0到1”跨越到“1到N”，還有一段漫長的路需要走。
首先，市場對于新產品的嘗試往往比較謹慎。從國外廠商的重型燃氣輪機替換到國產重型燃氣輪機，發(fā)電廠商要承擔不小的風險。為此，近年來，一個個示范項目正在全國各地鋪開，其運行效果也逐漸得到市場的認可。
在大會期間，國內首批商業(yè)化G50燃機訂單——濟南熱電華山聯(lián)合循環(huán)項目簽約。“正是因為有示范項目在正常運行，我們才有信心。”參與此次項目簽約的濟南熱電集團有限公司副總經理阮磊對記者表示，與國外廠商的燃機相比，國產燃機在價格、應急響應、售后服務等方面更具有優(yōu)勢。
就目前而言，在重型燃氣輪機行業(yè)內，國產化產品的市場推廣應用還處于起步階段。打鐵必須自身硬，為了研制出更好的產品，得到市場的認可，國產燃氣輪機廠商也在不斷提升產品質量。東方汽輪機數字化與智能制造部的王卓南告訴記者，未來質量的提升主要包括設計的大方向，以及生產過程中噴涂、焊接等關鍵節(jié)點的掌控等。
同時，市場反饋對于產品質量的提升是至關重要的，這也是目前國產重型燃機發(fā)展與國外還存在一定差距的關鍵。伍林告訴記者，“我們需要拿到這些市場使用數據，才能判斷前面的設計是否有效，這個過程非常漫長，國外在這方面確實做得比我們好，我們還有很長的路要走”。
此外，燃機的國產替代，除了燃機本體的替代，被稱為“大腦”的控制系統(tǒng)替代也很關鍵，這也是一個需要不斷攻破的難點。
在這一方面，中國華電集團有限公司已有相關突破，公司生產技術部燃機管理處副處長湯誠在大會期間一場會議上提到未來規(guī)劃：未來公司會在已突破的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)機型上有序進行試點，同時也會對新的燃氣控制系統(tǒng)，尤其是運用模型算法的先進控制系統(tǒng)進行技術研發(fā)。
摻氫、純氫燃氣輪機成未來重要發(fā)展方向
再從燃氣輪機的下游市場來看，發(fā)電是燃氣輪機的一大應用領域，一般是指用天然氣發(fā)電，天然氣則被稱為化石能源向清潔能源過渡的橋梁。
根據李文凱在大會發(fā)言中提供的一組數據，截至2023年底，我國電力裝機容量29.2億千瓦，其中天然氣發(fā)電裝機1.256億千瓦，占比4.3%；2023年全國發(fā)電量9.3萬億千瓦時，其中天然氣發(fā)電3016億千瓦時。
可以看到，無論是從裝機容量還是發(fā)電量而言，天然氣發(fā)電的占比還不高，這也意味著行業(yè)還存在著不小的發(fā)展空間。
另外，記者從大會上了解到，天然氣發(fā)電還在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，靈活啟停的特性可使其滿足調峰的需求，同時當風光等依賴天氣的清潔能源無法正常發(fā)電時，天然氣也可以作為“救火隊員”。
要說到清潔能源，氫被稱為21世紀最清潔的能源。記者從大會上了解到，摻氫、純氫燃氣輪機也是業(yè)內正在研發(fā)和突破的方向，這也被稱為推動氫能產業(yè)平穩(wěn)漸進發(fā)展的一個路徑。
“我國氫能產業(yè)模式往往先通過綠電制氫，再通過燃料電池發(fā)電，而無論是固定式還是車載式，都面臨成本電價高、項目經濟性差的問題?！崩钗膭P表示，氫能與燃氣輪機結合則有不少優(yōu)勢，包括對氫純度要求不苛刻，投資和運維成本低，配套基礎設施成熟、完整，不需要全面重建，不顛覆現有大部分電力產業(yè)基礎設施，社會成本低等。
記者了解到，國內不少燃機制造廠正在開展氫燃燒技術研究。東方汽輪機方面也對記者表示，公司正在進行摻氫與純氫燃機的試驗研究，后續(xù)將推出氫燃機產品。
每日經濟新聞
