2023年2月14日,中國能源科技領域迎來了一件大事——首臺國產HA級重型燃氣輪機在河北秦皇島正式下線。這臺機器被寄予厚望,不僅因為它是“工業制造王冠上的明珠”,還因為它象征著中國在高端裝備制造上邁出了關鍵一步。
什么是HA級重型燃氣輪機?
先說說這臺機器到底是干啥的。重型燃氣輪機是一種超級厲害的發電設備,簡單來說,就是燒天然氣產生高溫高壓氣體,推動渦輪轉動,然后帶動發電機發電。HA級是目前全球頂尖的級別,代表高效率、高功率和高技術含量。
這臺中國產的HA級燃氣輪機,具體型號是9HA.02,由哈爾濱電氣集團(簡稱哈電集團)和美國通用電氣在秦皇島的合資公司生產。
9HA.02的技術參數很硬核:在聯合循環模式下(就是把廢熱再利用發電),它的輸出功率能達到839兆瓦,熱效率超過64%。什么意思呢?就是說,它能把超過六成的燃料能量轉化成電能,比老式的煤電廠(效率一般在30%-40%)強太多了。一臺這樣的機器,能給大約957萬戶家庭供電,差不多夠一座大城市用。
這玩意兒還有個特點,能燒10%的氫氣和天然氣的混合燃料。氫氣可是未來清潔能源的明星,燒它幾乎不產生二氧化碳。所以,9HA.02不僅現在好用,將來還能往“零碳”方向靠攏。這點挺重要,因為中國承諾2030年碳達峰、2060年碳中和,燃氣輪機這種高效低排的設備,正好能幫上大忙。
動力真能超越核動力航母?
標題里說“動力超越核動力航母”,這得掰開了看。拿美國尼米茲級核動力航母作對比,它有兩臺A4W核反應堆,總共提供約194兆瓦的軸功率,主要用來推動航母前進和給艦上系統供電。而9HA.02在簡單循環模式下有571兆瓦,聯合循環下更是839兆瓦,光看數字,確實比航母的功率大得多。
算一算,839除以194,差不多能供4.3艘尼米茲級航母的動力需求。標題里說“超越”,從功率上看沒毛病。但這里有個關鍵問題:用途不一樣。航母的核反應堆是給艦船推進和艦載設備供電,燃氣輪機是為陸上發電站設計的,壓根不是一個賽道上的選手。航母需要長時間航行,核動力不用頻繁加燃料,而燃氣輪機得源源不斷地供應天然氣,裝船上不現實。
所以,這個“超越”更多是拿來比喻,突出9HA.02的功率強悍。不過要說它能直接驅動六艘航母,那就有點夸張了。實際算下來,4艘多是極限,還得假設把電全拿去推船,忽略實際工程中的損耗和適配問題。總之,這對比聽著帶勁,但得明白背后的局限。
“遠超老美20年”站得住腳嗎?
再說說“遠超老美20年”。9HA.02是GE研發的全球頂尖產品,2014年就推向市場,技術成熟得很。美國自己也在用類似的HA級燃氣輪機,比如GE的7HA和9HA系列,功率和效率都跟中國這臺差不多。核心技術是人家的,中國通過合資實現了本地化生產,這確實是大進步,但要說領先美國20年,恐怕有點過頭。
美國在燃氣輪機領域一直是老大,GE、西門子這些公司幾十年積累的技術底子很厚。比如,GE還在研發更高效的下一代燃機,效率往65%以上沖,還在推全氫燃燒技術。中國這臺9HA.02,雖然組裝是國產的,但設計和關鍵部件的技術還是從GE那兒來的。本地化生產確實省錢省時,還能培養自己的技術隊伍,可要說完全超越美國,還得再努把力。
不過,中國的優勢在于執行力和規模化能力。秦皇島基地建成后,生產效率很高,能快速把技術落地。而且,中國還在自主研發F級燃氣輪機(功率300兆瓦左右),2024年2月28日首臺樣機下線,完全正向設計,不靠外國技術。
這說明中國不滿足于當“組裝廠”,想自己搞出更高等級的G/H級燃機。從這角度看,差距在縮小,但20年的領先,目前看不太現實。更貼切的說法是,中國從“跟跑”變成了“并跑”,未來有沒有機會“領跑”,得看后續發展。
中國怎么弄出來的?
這臺9HA.02的誕生,背后是國際合作和自主努力的結合。2018年,哈電集團和GE成立合資公司,選在秦皇島建廠。GE提供技術圖紙和生產流程,中國負責組裝和部分部件制造。廠里用上了最先進的設備,比如數控機床和真空熔煉爐,生產高溫合金和渦輪葉片這些核心部件。
本地化生產不容易。燃氣輪機要求極高,渦輪葉片得耐1500攝氏度高溫,還得精確到微米級。過去這些部件全靠進口,現在中國能自己造一部分,供應鏈本地化率提高了不少。這不僅省了外匯,還能應對國際局勢變化,保證能源設備不斷供。
與此同時,中國沒把雞蛋全放一個籃子。國家電投牽頭,聯合哈電、東電、上電等200多家單位,搞F級燃機的自主研發。從設計到測試全是自己干,攻克了高溫材料、燃燒優化等一堆難題。F級雖然比HA級小,但完全自主的意義更大,為以后開發更高級別燃機攢經驗。
可以說,9HA.02是“借船出海”的成果,F級則是“自己造船”的起點。兩條腿走路,既拿來現成技術解燃眉之急,又埋頭苦干謀長遠發展。
燃氣輪機最大的賣點之一是環保。跟燒煤比,9HA.02的碳排放低60%,硫氧化物和顆粒物幾乎沒有。中國過去靠煤電撐起工業化,空氣污染老嚴重了,霧霾天讓人喘不過氣。現在政策轉向清潔能源,燃氣輪機正好派上用場。
一臺9HA.02每年能減排150萬噸二氧化碳,相當于種了幾十萬棵樹。加上它能燒氫氣,未來要是用綠色氫(可再生能源制氫),排放還能再降。這對沿海工業區尤其重要,那兒用電多,環保壓力也大。把老煤電廠換成燃氣電廠,既保供電又治污染,一舉兩得。
而且,燃氣輪機啟停快,能配合風電、光伏這些不穩定的新能源。風大了太陽強了,它就歇會兒;天氣不好,它就頂上。這種靈活性對電網穩定特別關鍵。
用在哪兒?未來怎么發展?
這臺9HA.02首站要去廣東惠州大亞灣石化區,裝進綜合能源站,給粵港澳大灣區供電。大灣區人口多、經濟活躍,用電需求旺得很。這臺燃機能加1.34吉瓦的電力容量,夠幾百萬戶人家用,還能支援工業用電。
未來,中國打算在全國鋪開這類燃氣輪機,尤其是在用電多、環保要求高的地方。秦皇島基地還會擴產,不光造9HA,也會推9F這些型號。本地化生產成本低、速度快,能更快滿足國內需求。
氫氣應用是另一大看點。9HA.02現在能燒10%氫氣,將來技術成熟了,可能全用氫氣。到時候,配合風電、光伏制氫,發電就真能“零碳”了。中國已經在布局氫能產業,燃氣輪機正好搭上這班車。
全球來看,燃氣輪機市場競爭激烈,GE、西門子、三菱這些巨頭還在領跑。但中國有了生產能力,說不定以后還能出口,沿著“一帶一路”賣到發展中國家,幫他們升級電力系統。
中國搞燃氣輪機不是一天兩天了。1950年代開始試水,那時候主要是小型工業燃機,功率小,用途窄。1980年代經濟起飛,電不夠用了,政府開始重視高效發電技術。燃氣輪機效率高、污染少,成了重點方向。
但這東西太難造,涉及高溫合金、精密加工、燃燒控制,哪一塊卡住都不行。早期中國只能買國外的成品,貴不說,關鍵時候還得看別人臉色。2002年的“863計劃”撥了大筆錢搞研發,可技術門檻高,進展慢。直到2010年代,靠著合資和技術轉移,才算有了起色。
本地化生產也有坎兒。高溫合金得用鎳鈷基材料,純度得極高,工藝復雜。渦輪葉片加工誤差不能超幾微米,得靠頂尖設備和熟練工人。中國花了大力氣培養人才,建實驗室,買設備,才慢慢把這些攻下來。
放眼全球,燃氣輪機是能源轉型的熱門選手。效率高、排放低,還能跟新能源搭檔,發達國家早就在用。中國這次下線9HA.02,等于拿到了入場券。雖說核心技術不是原創,但能造出來就很了不起,說明制造能力上去了。
未來,中國要是能搞出完全自主的HA級甚至更高等級燃機,那就能跟美國、德國這些老牌玩家掰掰手腕。加上國內市場巨大,需求旺盛,中國有條件把這塊做大做強。
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