我國大型清潔高效發(fā)電設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r

機(jī)械工業(yè)信息研究院 何發(fā)

中國是發(fā)電設(shè)備制造大國，發(fā)電設(shè)備的技術(shù)水平和產(chǎn)量都居世界前列。近年來，發(fā)電設(shè)備制造業(yè)為電力工業(yè)的節(jié)能減排和國家走低碳經(jīng)濟(jì)之路比較系統(tǒng)地發(fā)展了大型高效清潔發(fā)電設(shè)備。

發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)情況

隨著中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，電力工業(yè)得到了迅速發(fā)展，發(fā)電設(shè)備裝機(jī)擁有量2008年底為7.9億千瓦，2009年底已近9億千瓦，其中80%為國產(chǎn)機(jī)組，裝機(jī)容量僅次于美國，居世界第二，而近年年增裝機(jī)量高達(dá)8000～10000千瓦，居世界第一位。

從1950年中國制造第一臺800千瓦小型發(fā)電機(jī)組開始，到2009年累計(jì)制造了各種發(fā)電設(shè)備9.76億千瓦。從2006年開始，已連續(xù)四年產(chǎn)量超過1億千瓦，占全世界發(fā)電設(shè)備產(chǎn)量一半以上；2006～2009年共生產(chǎn)4.92億千瓦，占我國57年來全部產(chǎn)量的50.46%，成為世界發(fā)電設(shè)備產(chǎn)量第一大國。

大型發(fā)電設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r

（一）大力發(fā)展高效節(jié)能減排大型火電設(shè)備，火電機(jī)組制造技術(shù)已居世界前列

1.超臨界、超超臨界火電機(jī)組已成為電力工業(yè)的主力機(jī)型

國產(chǎn)超臨界60萬千瓦機(jī)組于2004年在河南沁北電廠投入運(yùn)行，國產(chǎn)超超臨界100萬千瓦機(jī)組于2006年在浙江玉環(huán)和山東鄒縣電廠投入運(yùn)行。兩種機(jī)組都已經(jīng)批量生產(chǎn)，至2009年累計(jì)生產(chǎn)了244臺/15703萬千瓦，已占同期全國火電設(shè)備產(chǎn)量的45%左右；其中超超臨界機(jī)組66臺/5203萬千瓦，超臨界機(jī)組178臺/10500萬千瓦。

2006～2009年，我國火電設(shè)備制造向大型高效發(fā)展的趨勢十分明顯。60萬千瓦以上機(jī)組中，亞超臨界機(jī)組不斷減少，高效的超臨界和超超臨界機(jī)組不斷增多，而且超超臨界機(jī)組又快于超臨界機(jī)組的發(fā)展。

表1 2006～2009年中國發(fā)電設(shè)備產(chǎn)量

截至2008年底，中國電力工業(yè)已有11臺國產(chǎn)1000MW超超臨界機(jī)組投入運(yùn)行，同期全世界共投產(chǎn)70臺，中國占15.71%，中國電力工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了“超超臨界”時代。

據(jù)對玉環(huán)電廠1000MW超超臨界機(jī)組性能考核試驗(yàn)，運(yùn)行性能良好，機(jī)組節(jié)能減排效果顯著，機(jī)組每度電供電煤耗僅為279克，比2006年電力工業(yè)全國平均煤耗366克節(jié)煤87克，熱效率45%，二氧化硫脫除率達(dá)到90%以上，優(yōu)于設(shè)計(jì)值，這表明我國火電設(shè)備的制造技術(shù)已進(jìn)入世界前列。

2.發(fā)展環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品循環(huán)流化床鍋爐（簡稱CFB鍋爐）

CFB鍋爐是一種經(jīng)濟(jì)有效的低污染燃煤技術(shù)，20世紀(jì)80年代得到世界各國重視和迅速發(fā)展，中國從1995年首臺國產(chǎn)50MW CFB投運(yùn)以來，短短的10余年內(nèi)完成了從高壓到超高壓CFB鍋爐的發(fā)展過程，2002年以來，自主開發(fā)了100MW、200MW和300MW CFB鍋爐，2006年四川東方電氣集團(tuán)承接了目前世界上容量最大、參數(shù)最高的國家示范工程600MW超臨界CFB鍋爐，項(xiàng)目計(jì)劃在2011年投運(yùn)。中國CFB鍋爐不僅設(shè)計(jì)制造技術(shù)國際領(lǐng)先，而且也是世界產(chǎn)量最多的國家，2006～2009年僅300MW CFB鍋爐即生產(chǎn)了36臺。

3.發(fā)展大型空冷機(jī)組

為發(fā)展坑口電站，減少電煤運(yùn)輸，解決富煤缺水的三北（西北、華北和東北）地區(qū)發(fā)展電力工業(yè)的需要，發(fā)展了大型空冷汽輪機(jī)，中國現(xiàn)有2000萬kW左右空冷機(jī)組在運(yùn)行，是全球擁有空冷機(jī)組最多的國家。2004年哈爾濱汽輪機(jī)公司以大岡電廠為依托工程，自行設(shè)計(jì)、制造完成亞臨界600MW直接空冷機(jī)組，各項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)世界先進(jìn)水平。2009年生產(chǎn)了亞臨界600MW空冷機(jī)組11臺，其中哈爾濱、東方和上海三大汽輪機(jī)廠分別生產(chǎn)了6臺、3臺和2臺。目前東方電氣集團(tuán)公司獲得了世界容量最大的靈武電廠項(xiàng)目100萬千瓦機(jī)組合同，正在執(zhí)行中。

（二）發(fā)展可再生能源發(fā)電設(shè)備，重點(diǎn)是水電設(shè)備和風(fēng)電設(shè)備

1.水力發(fā)電設(shè)備

水力資源是清潔的可再生能源，我國水力資源豐富，國家非常重視水電設(shè)備的發(fā)展。近年來，年產(chǎn)量都在2000萬千瓦以上。

水電設(shè)備的技術(shù)水平和競爭能力提升很快，國產(chǎn)化率和市場占有率都在持續(xù)提高，目前均在80%左右。

（1）三峽混流式70萬千瓦機(jī)組已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，三峽左岸電廠14臺機(jī)組由外商負(fù)責(zé)合作制造，右岸12臺機(jī)組由國內(nèi)制造8臺，均已投產(chǎn)，運(yùn)行正常。右岸機(jī)組性能和質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平，重大技術(shù)有突破創(chuàng)新：

表2 2004～2009年中國超臨界、超超臨界火電機(jī)組生產(chǎn)發(fā)展情況 （單位：臺/萬千瓦）

表3 2006～2009年30萬千瓦循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)量

①水力設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。轉(zhuǎn)輪模型最高效率達(dá)94.5%以上，消除了高負(fù)荷區(qū)域水壓力脈動，提高了穩(wěn)定性。

②發(fā)電機(jī)采用定子繞組空冷技術(shù)代替內(nèi)冷技術(shù)，冷卻方式取得重大突破。

③發(fā)電機(jī)推力軸承承載能力達(dá)到5500t，是世界上最大推力軸承（國外最大只有4700t）。

④直徑10m、重500t的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，是目前世界上最大轉(zhuǎn)輪，其制造技術(shù)國內(nèi)已完全掌握并優(yōu)于國外。

通過對三峽機(jī)組的科技攻關(guān)，提升了國內(nèi)制造企業(yè)的研發(fā)能力和競爭能力。“十一五”期間，自主研發(fā)的大型機(jī)組很多，主要有：龍灘電站（水頭179m）7×70萬千瓦機(jī)組，構(gòu)皮灘電站（水頭200m）5×60萬千瓦機(jī)組，拉西瓦電站（水頭220m）6×70萬千瓦機(jī)組，小灣電站（水頭250m）6×70萬千瓦機(jī)組，溪洛渡電站（水頭230m）18×77萬千瓦機(jī)組，向家壩電站（水頭114m）10×80萬千瓦機(jī)組，等等。

(2)抽水蓄能機(jī)組。已投運(yùn)和在建的32座抽水蓄能電站機(jī)組2600萬千瓦，國產(chǎn)的只520萬千瓦，其中只有100萬千瓦為自主設(shè)計(jì)研發(fā)，市場占有率只有20%。目前正與外企合作生產(chǎn)，加快掌握相關(guān)制造技術(shù)。

(3)軸流式機(jī)組。已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國產(chǎn)化率90%，市場占有率90%。

2.風(fēng)電設(shè)備

2005年，國家制定了《可再生能源法》，明確支持風(fēng)電等新能源發(fā)展的政策，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備超高速發(fā)展。2006年尚沒有風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)量的完整統(tǒng)計(jì)，2007年即生產(chǎn)了230萬千瓦，2008年3937套/546萬千瓦，2009年7551套/1076萬千瓦，同比增長近100%。近年來，我國風(fēng)電機(jī)組技術(shù)水平迅速提高。

(1)水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)為主流機(jī)組。此種機(jī)型風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高，轉(zhuǎn)軸較短，啟動、停機(jī)和變槳較方便。

(2)兆瓦級風(fēng)電機(jī)組已成為主力機(jī)型。我國主流機(jī)型已經(jīng)從2006年的0.6～1MW，2008年的0.75～1.5MW，提高到2009年的1.25～2MW；最大風(fēng)電機(jī)組，2008年為2MW，2009年為3MW，目前湘潭電機(jī)公司等正在研制5MW海上風(fēng)電設(shè)備。

(3)直驅(qū)式、全功率變流技術(shù)得到迅速發(fā)展。無齒輪箱的直驅(qū)方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機(jī)組故障，可有效提高系統(tǒng)的可靠性和壽命，減少維修成本。新疆金風(fēng)科技公司與德國Vensys公司合作研制的1.5MW直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組已有200多臺投運(yùn)，湘潭電機(jī)公司研制出的2MW直驅(qū)式永磁風(fēng)電機(jī)組，2009年已批量生產(chǎn)298臺。

目前，全國有81家企業(yè)生產(chǎn)整機(jī)，重復(fù)建設(shè)問題比較嚴(yán)重，能力已富余較多。2009年產(chǎn)量居前10位的企業(yè)見表5。

（三）發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)用發(fā)電設(shè)備

2009年全國共生產(chǎn)了垃圾電站鍋爐12臺/4.5萬千瓦；鋼廠、水泥廠余熱電站鍋爐45臺/175.4萬千瓦。水泥廠余熱利用3萬千瓦及以下汽輪機(jī)49臺/29.68萬千瓦（中信重工制造）。

（四）核電設(shè)備國產(chǎn)化取得重大進(jìn)展

核電作為一種清潔、經(jīng)濟(jì)、高效、安全、規(guī)模化的一次能源，受到全世界的重視。在國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃中，已將大型壓水堆和高溫氣冷堆核電站列為國家10個重大專項(xiàng)之一，其中大型先進(jìn)壓水堆核電站將在消化吸收引進(jìn)AP100技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過自主創(chuàng)新形成自主知識產(chǎn)權(quán)；高溫氣冷堆將由清華大學(xué)聯(lián)合有關(guān)單位自主開發(fā)。

自20世紀(jì)80年代自主研制第一座核電站——秦山一期30萬千瓦核電站、引進(jìn)法國設(shè)備建設(shè)大亞灣2×90萬千瓦核電站以來，我國已運(yùn)行核電機(jī)組11個，總裝機(jī)910萬千瓦；正在建設(shè)核電機(jī)組11個，裝機(jī)1100萬千瓦；已核準(zhǔn)和擬建設(shè)核電機(jī)22個，裝機(jī)2400萬千瓦。目前，我國已是全世界在建和已定建設(shè)核電機(jī)組最多的國家。

表4 2006～2009年我國水力發(fā)電設(shè)備產(chǎn)量

表5 2009年風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)量前10位企業(yè)

核電設(shè)備的安全性和可靠性要求極高，在一定程度上代表了裝備制造業(yè)的最高水平。國家十分關(guān)注核電設(shè)備國產(chǎn)化，提出了“自主設(shè)計(jì)、自主制造、自主建設(shè)、自主運(yùn)營”的自主發(fā)展核電的重要方針。通過多年努力，已掌握了大多數(shù)關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，初步形成了具有相當(dāng)規(guī)模的核電裝備制造體系，除核主泵等少數(shù)關(guān)鍵設(shè)備尚需引進(jìn)技術(shù)外，包括國產(chǎn)化難度很大的大型鑄鍛件，已基本可立足國內(nèi)提供。

國內(nèi)裝備制造企業(yè)基本掌握了二代改進(jìn)型核電站關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)，引進(jìn)型AP100三代核電站關(guān)鍵設(shè)備正在消化引進(jìn)技術(shù)或合作制造，逐步掌握設(shè)計(jì)制造技術(shù)。幾種關(guān)鍵設(shè)備自主化進(jìn)程情況如下：

反應(yīng)堆壓力容器。第一重型機(jī)械集團(tuán)已具備批量生產(chǎn)二代改進(jìn)型壓水堆核電站反應(yīng)堆壓力容器能力；東方電氣和上海電氣也均已掌握其制造技術(shù)。

蒸汽發(fā)生器。東方電氣、上海電氣已掌握二代改進(jìn)型核電蒸汽發(fā)生器制造技術(shù)；哈爾濱鍋爐廠已具備生產(chǎn)二代改進(jìn)型和三代核電站蒸汽發(fā)生器能力。

核主泵（反應(yīng)堆冷卻劑泵）。是壓水堆核電站的關(guān)鍵設(shè)備，技術(shù)難度很高。世界上只有美國EMD公司和福斯公司、法國日蒙公司、德國KSB公司、奧地利安德里茨公司、日本三菱公司等少數(shù)公司能夠設(shè)計(jì)制造；而AP100三代核電站主泵與屏蔽泵只有美國EMD公司能夠設(shè)計(jì)制造，國內(nèi)已建核電站的主泵均從國外進(jìn)口。為推進(jìn)核主泵國產(chǎn)化，國內(nèi)各公司均采取合資與引進(jìn)技術(shù)方式與國外合作。其中東方電氣與法國阿海琺、上海電氣與德國KSB、哈爾濱電站與奧地利安德里茨合作；另外，沈鼓與哈爾濱電站根據(jù)引進(jìn)AP100三代核電總體安排，聯(lián)合引進(jìn)美國EMD公司三代主泵和屏蔽電機(jī)制造技術(shù)，兩公司正處于消化吸收階段。

堆內(nèi)構(gòu)件。是核反應(yīng)堆核心部件之一，制造難度高，上海第一機(jī)床廠已具備設(shè)計(jì)制造能力。

控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)。上海先鋒電機(jī)廠已掌握設(shè)計(jì)制造技術(shù)，部件國產(chǎn)化率可達(dá)80%。

核級閥門。一座核電站有各種閥門23000多臺，其中一、二、三級閥門12000多臺，可靠性要求高，價(jià)值量占核電站設(shè)備的10%以上。已安排中核蘇州、大連高壓、江蘇神通等閥門企業(yè)攻關(guān)。目前核三級閥門已研制成功，一、二級閥門已部分完成。

數(shù)字化控制系統(tǒng)。技術(shù)要求高，國產(chǎn)化難度大。廣東核電集團(tuán)安排北京和利時公司與日本三菱公司合作，中國核工業(yè)集團(tuán)組建東方控制系統(tǒng)公司、上海728院與上海自動化儀表公司分別依托有關(guān)核電項(xiàng)目，正在進(jìn)行消化引進(jìn)技術(shù)工作。