3月8日,广东清远,我国首台全国产化F级50兆瓦重型燃气轮机(G50)商业示范机组通过72+24小时试运行,正式投入商业运行。消息传回四川德阳,东方电气集团东方汽轮机有限公司(简称“东方汽轮机”)科技管理部副部长文圆圆在朋友圈感叹:“咱们的孩子,太争气了!”
“争气机”,立起了四川高端装备制造业的新高度。
在中国的工业版图中,德阳的角色一直很“硬核”——高加工度的装备制造业,意味着产业技术密集化和高附加值化。“重装之都”,在以清洁能源、人工智能等为主的新一轮技术革命中,将如何进阶?四川日报全媒体工业“灯塔”十城行采访组来到德阳,在东方汽轮机总部园区,寻找答案。
打牢基础
突破“卡脖子”的关键核心技术
走进东方汽轮机总部园区,文圆圆带领记者来到海鸥广场,一座泛着金属光泽的大型装置映入眼帘。
这是一台300兆瓦蒸汽轮机的“心脏”——转子,诞生于1983年,上世纪90年代退役后被东汽人买了回来,成为一个地标,“它是我国大功率发电设备制造国产化的奠基之作,也是最早的‘争气机’。”
东方汽轮机总部园区正门。
40年后,东汽人有了新的“争气机”:F级50兆瓦重型燃气轮机(G50)。
提起重型燃气轮机,人们常常这样形容:它是“除了基因工程以外最复杂的工程”,是装备制造业“皇冠上的明珠”。“能够自主研制重型燃气轮机的国家,屈指可数。”文圆圆表示,它的研发制造是一个国家工业水平的体现,此前只有美国、日本和德国等少数国家实现。
本世纪初,我国开始与国外企业合作,在国内制造重型燃气轮机。但当时,核心技术仍掌握在国外企业手中。文圆圆说,特别是高温部件等核心技术,谈到技术转让,国外企业一口拒绝,“要不来、买不来、讨不来。”
2009年,东方汽轮机组建科研团队,启动F级50兆瓦重型燃气轮机自主研制工作。10年后的2019年,高温部件实现100%自主制造,整机点火试验一次成功。2023年,正式转入商业运行,标志着G50的研制、安装、调试工作圆满完成。
东方汽轮机自主研制“华龙一号”核电汽轮机主机设备。东方汽轮机供图
10多年来,东方汽轮机在G50项目上投入超过20亿元。“赚不回来。”文圆圆说,同第一代“争气机”一样,G50是公司为国家锻造的大国重器,研制过程中掌握的关键核心技术、积累的经验和锻炼出的人才,才是最宝贵的财富,“这是公司未来发展的坚实基础。”
据统计,在G50研制过程中,东方汽轮机获得授权发明专利136项,参与制订国家/行业标准6项,形成燃机设计/制造标准超1000项,完整掌握了重型燃气轮机自主设计、制造、试验全过程能力。
推动数字化转型
打造叶片加工无人车间及黑灯产线
随着G50首发,更多燃气轮机的订单正在涌来。“生产计划已经排到两年后。”东方汽轮机工艺部副部长徐健告诉记者,保质保量加快生产是当务之急。
机器人放置叶片。东方汽轮机供图
在徐健的带领下,记者走进生产一线,在东方汽轮机叶片数字化车间直击燃气轮机、汽轮机最核心的制造环节。“叶片就像芯片。”徐健说,一台重型燃气轮机有上万个零部件组成,其中叶片占比四分之一,其制造技术最为复杂、制造周期最长。
车间入口,下线的叶片摆成一行,最小的长度不到5厘米,最大的长度超过两米。徐健介绍,一台燃气轮机、汽轮机要用到大小不一的20多级叶片,不同机型的叶片规格不一。在燃气轮机、汽轮机当中,这些大小不一的叶片将组成环形阵列,每个叶片的位置固定,相互之间的角度固定,对精度要求极高。
“J型重型燃气轮机的叶片工艺误差不能超过0.03毫米,不到普通A4纸的1/3。”徐健说,俗话说慢工才能出细活,在保证质量的基础上再提升效率就更难了。
AGV智能配送叶片
走进车间,一辆自动导向小车(AGV)从身旁驶来,记者尾随上去。只见小车载着金属坯料,驶向一台机床,在机床附近的线边库自动卸料;上方的轨道开始转动,机器人来到线边库,伸出手臂将坯料抓起,将其移到机床外;待机床打开隔离门,机器人便把坯料放入其中;机床将坯料固定,刀头开始转动车削,一支叶片渐渐成型。
徐健一边走一边向记者解释,这里是国内首个叶片加工无人车间及首条黑灯产线。通过5G,AGV、机器人、数控加工中心等智能设备接入工业互联网,依靠背后的大数据、人工智能驱动运行,叶片加工全过程都能像眼前这样自动运转,不需要人工介入。
国内首条叶片加工黑灯产线
“24小时不停转,设备利用率达到90%,更重要的是加工精度达0.03毫米。”徐健告诉记者,这样世界顶级精度的叶片就是在这条产线上源源不断地生产出来。
延伸产业链
探索二氧化碳+飞轮储能等新领域
“充电2小时,存电2万度。”在东方汽轮机总部园区东南一隅,东方汽轮机储能技术事业部副总经理王鑫让我们见识了一个“超级充电宝”。
这里有一座蓝白相间的小山包,小山通过管道与附近的厂房相连,厂房又伸出一排管道接入旁边的罐区,整个“超级充电宝”至少有两个足球场大。
王鑫介绍,这是全球首个二氧化碳+飞轮储能示范项目,这座小山包可以储存15万立方米的气态二氧化碳,罐区则可以储存同样质量的液态二氧化碳,体积为气态的1/400,“利用透平机将气态二氧化碳液化,就是充电的过程;液态二氧化碳气化推动透平机,就是放电的过程。”
这里讲到的10兆瓦透平机,就是公司研发的核心设备。什么是“透平”?王鑫解释说,透平是英文turbine的音译,俗称涡轮,压缩机、汽轮机、燃气轮机都是透平机。这座储能设施所用到的透平机,输入电能就可以成为压缩机,反过来也能推动电机发电,“模式的转换只需要几分钟。”
由于原理相通,东方汽轮机在汽轮机、燃气轮机领域积累的先进技术,也有了更多用武之地。王鑫介绍,与汽轮机、燃气轮机以蒸汽、燃气为工作介质不同,此处使用的透平机以二氧化碳为工作介质,在部件材料和结构设计方面作了定向优化,能够实现更加高效的功率输出,“在长达30年的使用寿命中,循环效率能一直保持在60%以上。”
以气电、清洁高效煤电、核电设备为基石,发挥先进透平设备研发制造的长板优势,积极发展储能业务,已经成为东方汽轮机延伸产业链的重要方向之一。“从储能到空气储能,再到二氧化碳储能,方向越来越精准。”王鑫表示,二氧化碳具有无毒、不易燃、易于获取的优势,常温下即可液化,可以方便实现液态存储,存储成本低且安全可靠,未来发展前景可期。
文圆圆告诉记者,除了储能业务,东方汽轮机还在工业透平、电站服务、新能源工程等多个领域探索。“重点围绕清洁能源装备产业。”文圆圆说,公司正加快先进技术转化应用,为构建新型电力系统、实现“双碳”目标作出贡献。