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30MW级轻型燃气轮机关键技术

成果类型:: 新技术

发布时间: 2022-12-02 20:35:50

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 陈琳 | 2022-12-02 20:35:50

中国科学院工程热物理所开展了30MW级轻型燃气轮机关键技术开发和型号研制,目前已完成工程验证机全自主设计和国产化制造,并通过了整机台架试车考核和航空学会组织的出厂鉴定,已进入分布式发电和管道压缩驱动场景的工业性试验示范应用阶段。实现指标:额定功率≮30MW,效率不小于39%。

目前我国分布式发电、天然气长输管道增压驱动、海上油气平台所使用的30MW级燃气轮机几乎全部进口,整机设备、零备件和运维服务受制于人,价格昂贵且随时面临卡脖子风险。本项目研制的30MW燃气轮机与美国通用、德国西门子等公司同级别产品性能接近,全部零部件设计和制造自主可控,具有显著的成本和服务优势,可实现重大能源动力装备的国产替代。

本项目研制的30MW燃气轮机可应用于天然气分布式发电、中低热值煤气分布式发电、天然气长输管道压缩驱动、海上平台发电、移动电源、大型舰船驱动等领域,是典型的军民两用能源动力核心装备。目前该功率等级轻型燃气轮机市场基本被美国通用、德国西门子等公司垄断,国内尚无成熟可用的商业化产品。燃气轮机可使用天然气等低碳清洁燃料,也可使用氢、氨等绿色零碳燃料,且具有灵活启停、高效变负荷运行的显著有点,将在双碳目标的实现过程中发挥不可替代的重要作用。

30MW燃气轮机团队由来自中科院、中国航发、国家管网等燃气轮机基础理论、关键技术、型号研制、使用维护等各环节资深专家组成,设计师体系共有35人,团队核心成员包括:肖波,中科院工程热物理所研究员,燃机型号总师,全面负责型号研制和产业化;张宏武,中科院工程热物理所研究员,先进燃机实验室主任和型号总指挥,全面负责燃机关键技术研究;刘理均,中科院工程热物理所正高工,燃机型号副总师,分管型号整机工程设计与制造;刘培军,中科院工程热物理所正高工,燃机型号副总师,分管型号整机装配和试车;杜娟,中科院工程热物理所研究员,先进燃机实验室副主任,分管燃机基础技术研究;王偲臣,中科院工程热物理所高工,先进燃机实验室副主任,分管燃机关键技术开发与产业化。

中科院工程热物理所30MW燃气轮机的研制,目前得到中科院重点部署项目、青岛西海岸军民融合示范区国资和社会资本的投入共计约5亿元,已完成整机全套设计和两台份燃机的制造和试车,并建立了较为完备的研制体系、供应链体系和质量管理体系,以及年产20台套的整机装配和试车能力。完成出厂鉴定后,已开始在河南利源集团和国家管网集团进入试验示范阶段,目前分布式发电机组已通过72小时运行和验收评审。

30MW燃气轮机具有非常重要的经济、国防和社会效益,主要体现在以下三个方面:

1. 燃气轮机是能源综合高效利用的核心装备,对国家绿色可持续发展战略起关键作用。轻型燃气轮机的一个重要特点是适应多燃料,从形态上既能适应气体燃料,也能适应液体燃料;从能源类型上既能适应石化燃料,也能适应煤基燃料;从品质上既适用高热值燃料,也适用中低热值燃料。30MW燃气轮机是分布式能源站和调峰电站项目的通用设备,除天然气热电厂之外,在国内钢铁、化工等高能耗产业,利用中低热值燃料运行燃气轮机分布式电站,已经取得了非常好的经济和环保效益,是中国未来分布式能源发展的重要组成部分。

2. 燃气轮机技术和产业发展带动国家多个产业和学科的发展,融合了热物理学、材料学、自动控制学等众多学科,涉及机械、材料、电子、信息等诸多行业。型号的研制不仅带动气动、传热、燃烧、冷却、材料、控制等燃气轮机相关基础学科的发展,还能够促进发电机、辅助系统等配套部件的学科和产业发展;不仅能够促进锻造、铸造、机加工、钣金、焊接、涂层、表面处理、无损检测等多个制造行业的技术提升,还能够牵引零部件试验、装配等关键设备的发展。因此,燃机轮机相关技术和产业的发展能够带动众多学科和相关产业发展,促进我国工业体系完善和水平提升。

3. 发展燃气轮机产业是我国新时代环境下的战略性科技布局。正如美国国家关键技术计划说明书所说“航空发动机是一个技术精深得使新手难以进入的领域,它需要国家充分开发、保护并充分利用该领域的成果,需要长期的数据和经验积累以及国家大量的投入”。同样,一型核心燃机的研制成功,意味着整个国家从天空到陆地再到海洋的全面突破。

本项目30MW燃气轮机技术成果已通过技术作价入股方式,与青岛西海岸新区政府投资平台合资成立了产业化公司“青岛中科国晟动力科技有限公司”,负责技术成果产业化和市场化工作。目前主要在三个方面开展合作:

1、面向社会资本主要是燃气轮机相关的产业资本开展股权融资,现阶段融资用于产品的示范运行考核和市场推广。

2、面向国内外分布式发电、管道压缩驱动、海上油气平台发电等领域企业的战略性合作,如已经建立与国家管网集团的合作关系,将在燃气轮机国产化替代方面开展深入合作。

3、面向燃气轮机上游零部件和系统开发企业的深度合作,在当前零部件全面国产化的基础上,针对关键核心零部件开展国产技术替代和可靠性验证,以及资本层面的合作。