前不久，我國首臺全國產化F級50兆瓦重型燃氣輪機商業示范機組，正式投入商業運行。重型燃氣輪機被譽為工業裝備制造業“皇冠上的明珠”， 全世界只有極少數國家能夠自主研制。這臺燃機的研制經歷了長達13年的時間，突破多項關鍵核心技術，實現了重大核心裝備“從0到1”的突破，被稱作是中國的“爭氣機”。同時，該裝備還帶動了上下游近300家企業的技術進步，提升壯大了高端制造產業鏈。
我國首臺自主研制的
F級50兆瓦重型燃氣輪機
正式投入商業運行
燃氣輪機是將空氣吸入后逐級壓縮，壓縮后的空氣和天然氣燃料在燃燒室混合后劇烈燃燒，產生高溫高壓氣流推動渦輪透平旋轉做功，輸出強大動力。主要用作燃氣電廠發電、分布式能源，也是天然氣、石油等長輸管線的核心動力裝備，還可以為大型艦船提供動力。
3月8日，在廣東英德華僑工業園的一座天然氣分布式能源站里。我國首臺自主研制的F級50兆瓦重型燃氣輪機發電機組“G50”，正在接受進入商業運行前的最后考驗。
伴隨著大屏幕上倒計時結束，我國首臺自主研制的F級50兆瓦重型燃氣輪機G50正式投入商業運行。為了走到這一刻，整個團隊用了13年。
這次投入商業運行的F級50兆瓦重型燃機，代號“G50”，由2萬多個零件組成，與同功率火力發電機組相比，一年可減少碳排放超過50萬噸，聯合循環一小時發電量超過7萬千瓦時，可以滿足7000個家庭一天的用電需求，比普通燃煤電站發電效率高出10-15%。
廣東華電清遠能源有限公司副總經理李林浩，是G50燃機所在能源站項目的生產負責人。他告訴記者，傳統煤電需要提前一天時間做準備，才能正常開機并網，而G50燃機最快并網只需要20分鐘。
廣東華電清遠能源有限公司副總經理 李林浩：我們燃機是一個高轉速的燃機，在高轉速的情況下，我們燃機的振動，以及配套的齒輪箱振動都非常穩定，而且達到了優秀值。同時燃機升降負荷的速率非常快，我們可以啟機20分鐘就可以并網，并網的速度遠遠超出了煤機。
作為從業20多年的電力老兵，穆海兵負責G50機組后續的運維工作。他曾經參與了十幾個電站項目的建設維護。他說以前燃機都是用國外的產品，系統也是國外的，到機組大修的時候，他們只能給國外派來的工程師打下手，關鍵設備的修理、關鍵參數的調整都接觸不到。
廣東華電清遠能源有限公司華僑園項目運維值長 穆海兵：一個詞就是卡脖子，緊緊地把你脖子卡住了。心里面也感覺到不平，但是沒有辦法。
去年8月，穆海兵聽說首臺國產F級重型燃機即將在廣東清遠投產，主動申請參加項目調試維護工作。
燃氣機發電清潔高效，響應速度快，已經成為許多發達國家主要的發電方式。我們國家近些年燃氣發電裝機容量也在持續增長。截至2022年6月底，中國燃氣發電裝機容量為1.1億千瓦，排名世界第三。預計到2025年，燃氣發電裝機規模將達到1.5億千瓦左右。
重型燃氣輪機核心部件的設計生產技術，僅世界上少數幾個國家能夠掌握。燃機高溫部件的使用壽命為5萬小時左右，機組后續運維成本高昂，一直是電力企業“不能承受之重”。
廣東華電清遠能源有限公司副總經理 李林浩：更換的高溫部件成本非常高，燃機檢修幾千萬是很正常的，甚至要到上億。比如說去年盈利五千萬，今年又盈利五千萬，可能到了第二年要付長協費的時候，一下子支出一個多億，相當于前兩年白干了。
如今，我國首款自主研制F級50兆瓦重型燃機已經成功商用，李林浩他們的處境正在發生改變。
克服重重困難
近300家企業共同打造本土產業鏈
四川德陽經濟技術開發區，中國重大技術裝備制造業基地。我國首臺自主研發F級重型燃氣輪機G50就誕生在這里。
G50燃機一次點火成功，設備運轉正常，試驗進展順利。然而，2009年艾松剛剛加入G50研發團隊的時候卻是另外一番情景。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司總設計師 艾松：我們的人基本叫做一窮二白，就窮得沒有東西，第二個就是大家都是小白，就是對于真正的自主研發一臺燃氣輪機需要的技術也好，需要的積淀也好，需要的經驗也好，當時大家基本就沒有認識。
燃氣輪機主要由壓氣機、燃燒器、透平三大部件組成。燃燒器是燃機的動力來源，也是國外技術封鎖最嚴密的關鍵核心部件之一。經過幾年的設計研發，G50燃燒器終于進入試驗階段，其中最關鍵最初始的點火試驗，他們就整整經過了7年的摸索。
2016年，G50團隊第一次進行燃燒器點火試驗。沒想到點火失敗，而隨后的故障排除中他們發現可能中間存在一秒鐘的誤差。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司總設計師 艾松：燃氣輪機這個點火比較難，相當于在12級臺風里面點燃一根蠟燭。
G50燃氣輪機燃燒器是在1350攝氏度以上的高溫環境下工作。這樣的溫度幾乎已經達到了金屬的熔點。田曉晶他們需要在提高燃燒度效率的同時，對燃燒器進行十分嚴苛的冷卻設計。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司副總工程師 趙世全：每個事情都是站在這個懸崖的邊上，還不掉下去。但是因為它是很危險，那是不是邊，萬一你跨錯了，多邁了半步，那你有可能就下去了，所以它每一個地方都要求你必須準確。
日復一日，踩著懸崖邊探索。2018年底，田曉晶他們終于迎來燃燒器設計的又一個關鍵試驗——沖擊滿負荷。而意外再次發生。試驗參數異常、燃燒器損壞，他們第一次遭遇到了書本上的那個令人生畏的難題——熱聲振蕩。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司重型燃機裝備研究所副主任 田曉晶：對于我們來說是一個非常致命性的危險，因為像這種高頻的振蕩，在10秒鐘之內就可以導致整個結構的一個損壞。
為了解決這個難題，田曉晶他們四處查閱文獻，終于在國外一本相關的著作中找到了線索。著作晦澀難懂，團隊十幾個人光翻譯這本書就翻譯了26萬字。
“缺少專家那就把自己培養成專家，缺少經驗那就去試出經驗。”是G50團隊常說的一句話。科研無坦途。要想實現從0到1的突破，沒有捷徑可走，只有日復一日的磨煉。十年前，他們開始制作第一只燃燒器的時候，加工成品率還不到10%，如今成品率在90%以上。
燃氣輪機由20000多個零部件組成。除了燃燒器，高溫透平葉片也是G50團隊需要攻克的難點。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司副總工程師 趙世全：就像一塊冰把它扔到開水里它還不化，當然那個比喻不一定合適，就是證明這些高溫部件設計的難度，因為它在熔點之上工作。
為了解決這個難題，高溫透平葉片被設計成空心結構，當葉片高速旋轉時，空氣進入葉片內部，可以形成對流冷卻。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司重型燃機裝備研究所高級工程師 張瓊元：我們行業里面有這么一句話，一支葉片就相當于一輛汽車的價格，在我們國產化之前，如果從國外進口的話，一支葉片可能需要十幾萬、二十幾萬，我們國產化之后，成本可以到一兩萬元左右。
2022年11月25日，先后投入研發資金近20億元，經歷了13年、4000多個日夜的堅守，G50燃機終于迎來發運時刻。
如今，東方電氣集團擁有目前國內唯一、全球領先的燃氣輪機葉片加工無人工廠。G50壓氣機葉片和高溫透平葉片正在這里加工生產。24小時不間斷加工、毫秒級精準定位、40秒內智能送料、加工精度0.03mm、質量合格率99%、人均效率提升650%....驚人的數據在這個車間不斷被刷新。
在G50在研發生產過程中，東汽并非孤軍奮戰，他們聯合了高校、科研院所等相關單位，形成攻關聯盟，并同上下游近300家企業共同打造本土產業鏈。
四川歐杰特機電設備公司承擔了G50一百多個零部件的加工生產；二重裝備鑄鍛公司承擔了G50輪盤鍛件的研發生產；中國航發成發科技為G50燃氣輪機加工了首臺套高溫透平葉片；中國航發四川燃氣渦輪研究院，為G50燃氣輪機部件試驗和整機試驗研制了包含數千個測點的整套測量系統；南京高精齒輪集團僅用4個月時間便實現G50新齒輪箱國產化制造，創造了該類型齒輪箱制造周期新紀錄。
除此之外，中國華電、國家電投和東方電氣攜手合作，推動G50燃氣輪機在廣東清遠、四川德陽商業示范項目落地，打通了我國自主燃機從研發試驗走向產業化的“最后一公里”。
東方電氣集團東方汽輪機有限公司副總經理 方宇：團結造機，小范圍是東汽內部各個單位團結造機，大的范圍是整個產業鏈上下游一起團結造機。我們一開始就定下了總體方針，就是要培育自己的產業鏈，能國產化的，我們都用國產化。這樣把國內這個產業鏈建立起來。我們G50是和我們產業鏈上面的企業共同成長。
記者：張超 編輯：孫菁
