仿造、欧美垄断、市场换技术，中国“重型燃机”如何在围堵中逆袭
2023-01-12 17:05湖北
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中国第一台自主研发的F级50兆瓦重型燃气轮机点火成功，百分之百完全国产化，半个多世纪来中国重型燃气轮机依赖仿造、引进、合资、市场换技术的局面终于被打破，欧美国家长达70多年的垄断可以说一去不复返了。如果按照燃气轮机用途分类，国产重燃在工业上将迈出攻克中国电力能源关键装备的第一步，在军工上，更是使中国大吨位舰艇乃至航母在未来不依赖进口的情况下获得了动力保障。
那么这台国产F级50兆瓦重燃在国际上是个什么水平呢？燃气轮机一般分为发电用的重型燃气轮机和工业驱动的轻型燃机。世界重型燃机三巨头分别为日本三菱日立、德国西门子和美国GE通用电气。现今全球最大的重型燃气轮机是西门子制造的H级SGT-9000HL，功率高达593兆瓦。通用电气最大功率的燃机是9HA.02型，571兆瓦，虽然功率上稍逊色，但热效率做到了63.08%，全球最强。话说回来，这个F级、H级是个什么玩意儿呢？
其实就是根据涡轮前温度和压比不同分的，从E级、F级到最先进的一代H级，重型燃气轮机功率做得越大、热效率越高就越先进，不过在现有技术水平下，热效率想要提高1%比登天还难。日本日立开发的最先进的重型燃机是J级，其实和H级相当。但市场成熟的主力机型还是E级、F级，中国这台F级重燃算是达到了主流水准。
其实同芯片一样，国产重型燃机的发展历程也是充满遗憾的。中国重型燃机产业建立于上世纪50年代，起步跟西方国家在同一起跑线上，当时咱们在苏联的援助下开始引进技术，以此为基础自主设计制造燃气轮机，包括车载燃机、机车燃机到重型燃机，中国第一代燃机核心技术、人才就此培养起来。80年代左右，由于国内油气供应严重短缺，国家严格限制燃油燃气的使用，一时间重型燃气轮机的市场需求遇冷，国家的研发投入和人才培养断崖式下跌，整个中国只剩下南京汽轮机厂一家重型燃机制造厂，其余的全部关闭，因此国产重型燃机跟国外的差距迅速拉大。此时中国跟国外在同一水平的芯片行业也是由于选择失误同样被耽误了。90年代后，随着西气东输项目的启动，长达千里管道中的燃气就需要轻型燃气轮机驱动，才能由西部运送到东部，对燃气轮机的需求又开始增加。但此时国内技术水平和底子已经被国外拉了上十年差距，那该怎么办呢？总不能一直从国外买吧，不然中国的生命管道就被国外控制在手中了。
于是在2000年过后，咱们先对国外重型燃机巨头开放了国内市场，用市场换技术来引进欧美燃气轮机技术，先后组织了四个联合体，如美国通用——南气、美国通用——哈气、日本三菱——东气和德国西门子——上气，这个阶段就开始引进E级、F级重型燃机技术，最终学会了F级重型燃机的组装工序，但国外对咱们当然也有许多限制，比如咱们只学会了组装，重型燃机的三大件——压气机、燃烧室和透平，我们没有能力自主生产。国内合资企业在组装燃机时，设计图纸都是国外给的，我们还没有学会设计燃机。
诶，我们总不能一直靠市场换技术、把市场全给别人吧！所以在2010年后，国家开始尝试把重心放到自主研发上，当时两条路线并驾齐驱。首先是加强更深入的技术引进，不仅只学组装，还要学设计、学制造三大件。当时全球重燃第一梯队是三菱、通用和西门子，而第二梯队为法国阿尔斯通、意大利的安萨尔多，这个梯队虽然在H级重型燃机上有所欠缺，但也具备独立设计制造F级重型燃机的能力。后来阿尔斯通被通用以卑劣的手段收购，2014年上海电气集团通过正常程序收购了安萨尔多。安萨尔多原本是西门子在非洲业务板块的E级、F级零件供应商，而且还获得西门子一些燃机项目的专利使用权，通用在收购阿尔斯通时，因为反垄断要求，阿尔斯通被迫让出了一些H级燃机项目，之后被安萨尔多买下来，所以安萨尔多就拥有了E级、F级和H级燃机的专利或者使用权。欧债危机爆发后，安萨尔多母公司资金短缺，于是将安萨尔多40%的股份卖给了上海电气，上海电气还跟安萨尔多合资搞了个上海安萨尔多，上气直接或者间接控股64%，并且实现了F级燃机三大件的国产化，2019年上气和安萨尔多合建了GT36-S5型H级重型燃机，是中国首台H级重型燃机，不过生产制造还是安萨尔多那边，上海电气也在逐渐搞H级燃机的国产化，这台H级燃机有望实现中国第一台全国产的H级燃机。
说实话，上海电气做得确实不错，抓住了安萨尔多这只臂膀，今后就看怎么将人家的技术完全消化。除了收购合作这条路外，国家还同时迈入了另一条路，那就是只靠自己自主设计制造重型燃机。
2016年航空发动机和燃气轮机重大专项在国内正式启动，简称两机专项，国内组织了三大燃机厂联合国家电投共同成立了联合重燃，同年联合重燃控股的公司北京华清燃机公司推出了F级300兆瓦燃机的技术验证机CGT-60F。2019年该型号重型燃机进入试制阶段，现在已经完成了第一级动叶、第一级静叶和燃烧室的制造。另外国内做的比较好的就属东方电气自主研制的F级50兆瓦G50重型燃机，以前不少人看到这台燃机的进度这么快，都怀疑是让台验证机，结果人家这台燃机预计在2023年1月就会并网发电，算是打了不少人的脸。
其实咱们早就在10多年前开始布局了，2006年西安交大就承担了中国首个重型燃机973计划，目标就是攻克F级燃机设计制造，相继攻克了高温透平叶片气膜冷却机理、热障涂层、定向结晶、大型拉杆组合转子设计。2019年东方电气完成了F级50兆瓦重型燃机的气缸、转子、燃烧器、透平叶片等关键部件的加工制造，同年9月东方电气在燃机试车台上一次性点火试验成功。2020年11月又实现了满载负荷试验，通过了燃机在电站长期运行的最后一次性能试验，这标志着中国已经完全掌握了重燃的独立设计、制造和试验整个环节，也是中国重燃的一次重要飞跃。
东方电气这台F级重型燃气轮机放到国际上来看，也是处于比较先进的水平，10多年前东方就下决心要搞，随后得到国家两机专项的支持。2022年12月31日，2022年的最后一天，东方电气的这台F级重燃首次应用在了华电清远华侨工业园的天然气分布式能源站中，第一次实践就实现了点火成功，接下来就期待并网发电了，中国国产H级先进重型燃机的突破相信也是指日可待。
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