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    “十四五”能源領域科技創新規劃:加快實現燃機裝備突破,補強氣電產業鏈短板

    電規總院發布時間:2022-08-09 11:27:45

      “十四五”時期是我國開啟全面建設社會主義現代化國家新征程、向第二個百年奮斗目標進軍的第一個五年,也是黨中央作出碳達峰碳中和重大戰略決策后的第一個五年,能源發展形勢環境面臨全新變化。電力規劃設計總院作為“十四五”能源、能源科技規劃工作組牽頭單位,全過程參與了一系列重大問題研究工作。恰逢電力規劃設計總院建院70周年,特別開辟專欄,全方位、多角度、立體化深度解讀《“十四五”現代能源體系規劃》《“十四五”能源領域科技創新規劃》,以饗讀者,敬請關注。

    加快實現燃機裝備突破 補強氣電產業鏈短板

      近日,國家能源局、科學技術部聯合發布了《“十四五”能源領域科技創新規劃》(以下簡稱《規劃》)。其中,“燃氣發電技術”板塊設置了3項重點任務,均集中于燃機本體技術,既布局了長期以來裝備技術痛點問題,也響應了能源電力形勢變化的熱點問題。

      大力發展燃機裝備技術形勢和需求

      燃氣輪機被譽為“工業皇冠上的明珠”,是大國重器。在電力系統合理布局氣電項目建設、提高燃機發電裝機對于增加我國電力系統調節能力和新能源電力消納能力具有積極作用,有利于更好地推動我國能源結構調整優化、實現低碳發展。

      進入21世紀以來,我國實現了國內氣電裝機和裝備能力雙提升。到2022年1月,我國氣電裝機容量已突破1億千瓦,相比2015年裝機增幅達到75%。“十三五”以來,通過實施兩機重大專項、能源技術創新規劃、燃氣輪機創新發展示范,我國發電用燃氣輪機產業取得了長足進步。

      雖然取得了諸多成績,但我們也要認識到國外先進企業在燃機領域形成并長期保持突出的先發優勢,技術積累豐富,體系和產業鏈健全,并能持續開展前沿技術儲備和先進機型開發;而國內企業在高參數重型燃氣輪機的基礎體系、設計能力等方面尚未實現完全自主化,全產業鏈與國際先進水平存在差距。

      為擺脫燃氣輪機長期依賴進口的局面,我國亟須加快推動自主化、國產化燃氣輪機研發?!兑巹潯芬灾攸c任務的形式明確燃機裝備技術的自主化、國產化研發方向,引導相關企業加大投入,推動我國燃機裝備技術獲得關鍵突破,盡快補強氣電產業鏈關鍵的裝備短板。

      燃機裝備技術主要發展方向

      本次《規劃》提出的氣電方面重點任務包括“燃氣輪機非常規燃料燃燒技術”“中小型燃氣輪機關鍵技術”“重型燃氣輪機關鍵技術”。

      燃氣輪機非常規燃料燃燒技術方面,任務提出,研發以煤氣化合成氣、高爐煤氣等低熱值氣體為燃料的燃氣輪機安全穩定燃燒技術,開展摻氫燃氣輪機穩定低排放燃燒技術研究,掌握適應輕柴油和天然氣雙燃料的燃氣輪機穩定切換燃燒技術,針對伴生氣、富氫天然氣等非常規燃料開展相應機型燃氣輪機的多領域應用。

      我國工業門類齊全、規模龐大,很多行業產生了大量的中低熱值氣體燃料,而燃機是對其高效回收利用的重要手段。隨著氫能產業的飛速發展,氫氣的下游利用也可采用燃機發電形式,國內已有工程項目開展了低比例(15%~30%)摻燒驗證。我國各燃機裝備企業相關研究普遍較為缺乏,在很多方向上還處于起步階段,制約了中低熱值燃氣的整體利用水平。因此,針對各類中低熱值燃氣開展燃燒室技術研究是十分必要的。

      雙燃料燃機穩定切換燃燒技術在海上油氣平臺中有著廣泛的應用需求。我國某燃機企業已開展相關研究,并取得了自主化的研發成果。“十四五”期間進一步相關研發和試驗示范,有利于打破國外廠家在海上平臺核心設備領域的壟斷,形成自主化設備生產和維保能力。

      鑒于我國燃機技術,尤其是非常規燃料燃燒涉及的燃燒室技術尚未實現完全國產化、自主化,與國外先進企業有著較大差距,該任務定位為集中攻關是合適的。

      中小型燃氣輪機關鍵技術方面,任務提出,突破中小型驅動燃機設計和制造技術,完善關鍵部件和整機的試驗驗證能力,推動自主驅動燃機示范應用;研發分布式能源系列燃機,突破各類型燃機設計和驗證技術,建設完善具有一定通用性的中、小、微型燃機試驗平臺,滿足各類型燃機試驗需求,推進中小型燃機示范應用。

      我國中小型燃氣輪機技術主要來自航改機型,主要采用自主化研發路線,基礎體系相對健全,各型燃機均初步形成了工程設計體系和設計規范等,建立了壓氣機、燃燒器試驗臺、高溫部件及整機試驗臺,形成了高水平的研制隊伍。但是,我國中小型燃機在效率、排放等方面仍落后于西方發達國家,在設計、制造、試驗、運維方面的自主化能力仍有待進一步增強。

      “十四五”期間,將繼續推進自主化中小型燃機的研發、實施示范試驗和工程化推廣應用,對于加快我國中小型燃機技術的全面掌握,保障分布式能源燃機和油氣長輸管線用燃機的供應鏈安全,有著重要意義。

      重型燃氣輪機關鍵技術方面,任務提出,突破重型燃氣輪機自主設計、控制系統等關鍵瓶頸技術,研制具有完全自主知識產權的300兆瓦等級的F級燃氣輪機;開展50兆瓦至70兆瓦等級原型機自主開發、制造和試驗等關鍵技術研發;突破重型燃氣輪機透平葉片毛坯的自主設計、鑄造及檢測技術,開展引進型F級、H/J級重型燃氣輪機熱端部件、控制系統、運維檢修服務自主化創新示范及工程驗證,實現引進型重型燃氣輪機制造本地化,熱端部件和總裝國產化,推動G/H級先進高效燃機自主研制,形成基本完整的自主知識產權重型燃機設計體系以及相應規范、軟件和數據庫。

      在重型燃機方面,我國在較長時期內采取了引進機型消化吸收的研發模式,截至“十三五”末期已基本掌握了全部冷端部件的設計制造能力。“十三五”期間,我國強化了重型燃機的研發力度,開展了多個機型的燃機國產化示范,在一定程度上推進了熱端部件加工制造能力的提升。自主化研發攻關方面,“十三五”期間,F級和H級燃機的研制得到了較快推進,目前正在實施示范工程的前期工作;另外,東汽G50燃機采用完全自主化設計、制造和調試運維技術,已實現滿負荷運行。

      “十四五”期間,我國將繼續采用雙輪驅動模式,一方面繼續加強先進引進型重型燃機的消化吸收,推動更大范圍熱部件的國產化制造能力,另一方面大力支持完全自主化機型的研發,完善基礎體系,不斷提升能效環保性能。

      推動燃機裝備技術發展關鍵措施

      為推動“十四五”能源領域科技創新,《規劃》提出了8項保障措施,對于推動燃機裝備技術發展具有重要意義。由于燃機裝備技術研發難度高、技術風險大、經費需求多、持續周期長,以能源工程示范應用帶動裝備研發是十分有效的途徑。因此,“推動能源科技成果示范應用”措施的相關內容具有現實意義。

      該項措施提及“完善能源技術裝備首臺(套)政策,進一步細化落實容錯機制等支持措施”,預計容錯機制能夠更清晰地界定“盡職免責”的原則,在一定程度上減少投資方在投資決策風險、技術決策風險等方面的顧慮,更加積極地應用國產化燃機裝備。

      該項措施提及“鼓勵地方制定細化首臺(套)重大技術裝備支持政策,經國家認定的首臺(套)重大技術裝備示范項目,根據實際需要適當給予優惠和支持”,有利于幫助相應項目改善經濟性,通過優先調度、氣價優惠等方式對沖國產化燃機在投資、效率等方面可能存在的劣勢。

      該項措施提及“鼓勵用戶企業建立健全首臺(套)評價標準,在確保安全的前提下推進能源首臺(套)技術裝備示范應用。研究建立能源產業技術裝備推廣指導目錄,向市場推廣經過示范驗證的先進能源技術裝備”,將有效推動國產化先進裝備的應用,更好地分攤研發成本,提升研發企業對于市場的預期和信心,并激勵研發企業在先期研發、長周期研發中投入更多的資源。“十四五”能源國際合作的宏偉藍圖已經擘畫,高質量發展的沖鋒號已經吹響。面對新形勢、新挑戰、新使命、新征程,《規劃》為“十四五”能源國際合作指明了方向。只要我們堅持以《規劃》為引領,心往一處想,勁往一處使,能源國際合作必將行穩致遠,也必將為構建人類命運共同體作出新的更大貢獻!

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