國產“爭氣機”打破70年壟斷,航母動力或迎新變局
9月8日,瀋陽的一聲轟鳴震撼了整個工業界——中國航發“太行110”重型燃氣輪機首臺商業機組正式出廠,標誌着我國自主研製的110兆瓦級重型燃氣輪機邁入商業化應用新階段。這臺龐然大物擁有完全自主知識產權,實現了100%國產化,不僅功率創下國內之最,更一舉打破國外長達70多年的技術壟斷,成爲能源裝備領域的“爭氣機”。
重型燃氣輪機被譽爲工業製造“皇冠上的明珠”,其工作環境極端嚴苛:溫度高達1400℃以上(超過火山岩漿熱度),壓力相當於海底180米深度的水壓,渦輪每分鐘轉速高達6000轉,葉片線速度甚至是大型客機飛行速度的兩倍。
長期以來,全球僅美國、德國、日本、意大利四國掌握全套技術,且對核心高溫部件實行嚴格封鎖,連維修更換都需依賴原廠天價服務。
但我們卻一次又一次地在“技術引進”上碰了釘子,外企的裝配技術我們都能學到,但那些核心的設計圖紙和先進的材料工藝卻始終都被他們牢牢地握在了手中。如今一片巴掌大的透平葉片的價格都能“吊”起一輛轎車的車價,且供貨的週期也常常拖得半年有餘。由此可見,自主研製的門檻相對較低的關鍵技術的“卡脖子”之痛,已經讓自主研製成爲了必然的選擇。
以“太行110”的全鏈條的技術創新爲代表,採用了低排放的燃燒室技術,可以既用天然氣,又可用燃油,甚至可用中低的熱值的燃氣等多種燃料,同時將其與聯合循環的發電效率都超過了55%,一小時的發電量就達15萬千瓦時,足以滿足1.5萬個家庭一日的用電需求,與同樣的功率的火電機組相比,單臺就可減排二氧化碳100萬噸,就這樣就精準的契合了我們當前的“雙碳”目標了。
而其更大的軍事潛力就體現在了其具有的極高的功率密度和極快的起動速度(幾分鐘內即可達滿負荷的狀態)等方面使其已成爲現代艦艇的理想動力。
美國LM2500系列燃氣輪機廣泛裝備於驅逐艦乃至航母,而我國“太行110”功率達110兆瓦,已接近部分中型航母所需動力等級。儘管當前國產航母採用常規動力或核動力,但未來大型水面艦艇的動力選擇或因此增添新選項。
但即使“太行110”已經實現了從商用型的產品向艦用型的產品的跨越式的轉變,也還需攻克從艦用化的產品開發到艦用化的整體推廣的多重難關,而艦載的燃氣輪機又面臨着高鹽的惡性腐蝕的威脅,且其工作中會頻繁的變速,導致其在抗衝擊的能力也相對較差,更要求其體積的能大幅的壓縮。
但更關鍵的卻是高溫部件的壽命問題——民用燃機的葉片都能在3萬多個小時的維護週期內就能達到滿期壽命,而我們卻要求它能在更爲嚴苛的工況下穩定地長期的數年中都能不間斷的高效的運行。
值得注意的是,我國早在“十五”期間就佈局了R0110重型燃機項目,其艦用型號論證曾瞄準中型航母動力。
借“太行110”的成功點亮了後續的迭代之路,開啓了新一輪的“智慧出行”革命。與此同時,東方電氣的50兆瓦級G50“爭氣機”已在2023年投運,15兆瓦級G15燃機也於2024年點火成功,國產燃機正形成從輕到重的完整譜系。
“太行110”的背後,是200餘家企業和科研院所組成的攻關聯盟,例如東方汽輪機通過數字化轉型建成行業首個5G全連接工廠,葉片加工精度達“頭髮絲級別”,焊接車間實現“零缺陷”工藝。
更深遠的意義在於,全產業鏈自主化讓我國擺脫了“買得來硬件,買不來運維”的困境,以往進口燃機維修需外國專家現場簽字確認,如今從設計到保養已完全自主。
未來隨着氫混燃機技術突破,國產燃機還可能成爲新能源戰略的重要支點。這顆“中國心”的強勁跳動,正讓能源安全與國防安全同步躍升。