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      中國電力鍛造大國重器

      2022-06-30 10:10  來源:中國電力新聞網    華龍一號  國和一號  高溫氣冷堆  核電設備  三代核電  四代核電

      我國核電企業和裝備制造企業圍繞三代壓水堆和四代高溫氣冷堆技術,打造了三代核電技術“華龍一號”“國和一號”和全球首個第四代核電高溫氣冷堆,核電技術裝備進入世界先進行列。


      以國家電網、南方電網為代表的電網企業,以中核、華能、大唐、華電、國家電投、中國三峽、國家能源、中廣核等為代表的發電企業,以哈爾濱電氣、上海電氣、東方電氣、中國電氣裝備、中國一重、國機集團等為代表的電力裝備制造企業,團結協作、攻堅克難,自力更生、自主創新,用電力裝備的研發制造支撐了我國電力工業的高質量發展和電力科技的進步,在我國從電力大國躋身電力強國的征程中,齊心合力、共同奮斗,打造了一個又一個國之重器。

      回望21世紀走過的征程,我國電力工業和電力裝備制造業的干部職工不負黨和人民重托,奉獻出了高效的二次再熱超超臨界燃煤發電機組、全球單機容量最大的百萬千瓦水輪發電機組、“華龍一號”“國和一號”三代核電機組和全球首個第四代核電高溫氣冷堆、特高壓交流和直流輸電成套設備等多項國之重器,實現了我國高端裝備制造的重大突破。為貫徹落實黨中央實現碳達峰碳中和的重大戰略決策,加快構建清潔低碳安全高效能源體系,促進經濟社會發展全面綠色轉型,電力裝備工作者貢獻出了自己的才智和汗水!

      一、超超臨界燃煤發電機組世界領先

      我國電力裝備制造企業,形成了百萬千瓦二次再熱高效超超臨界機組自主研發、設計、制造技術體系,大幅提高了中國電力裝備與技術的自主創新能力和核心競爭力。

      2002至2006年,由發電企業牽頭,采用產學研相結合的方式,與電力裝備制造企業和設計研究院所、高校等23個單位聯合攻關,完成了國家“十五”高技術研究發展計劃(863計劃)項目——“超超臨界燃煤發電技術的研發和應用”。項目研究首次提出了我國發展超超臨界火電機組的技術選型方案,完成了3種不同型式的100萬千瓦超超臨界鍋爐、汽輪機的設計開發,制造軟件包研制和材料加工性能研究;完成了全套超超臨界電站設計和運行技術的研究,形成了我國完整的超超臨界電站設計和制造體系。項目的依托工程浙江玉環電廠,共建設4臺國產100萬千瓦超超臨界機組。1號、2號機組相繼在2006年11月、12月投運,2臺機組2007年實際供電煤耗282.6克/千瓦時,比2006年全國平均供電煤耗低22.6%。2007年11月,3號、4號機組投產。玉環電廠是超超臨界機組制造與建設的首個國產化工程,標志著中國已成功掌握超超臨界火力發電技術。2008年1月,“超超臨界燃煤發電技術的研發和應用”獲得2007年度國家科學技術進步獎一等獎。

      實現超超臨界燃煤發電技術的研發和應用后,我國開始探索研制超超臨界二次再熱機組。2011年10月至2016年10月,發電企業、設計院與電力裝備企業三方聯手,成功實施了“十二五”國家科技支撐計劃項目——“高效率低排放的超600℃百萬千瓦等級超超臨界機組關鍵技術研究與工程應用”。我國依靠自主設計、自主制造、自主建設、自主運行,形成了完整的新一代高參數、大容量二次再熱發電成套技術體系,覆蓋規劃、研發、設計、制造、施工、調試、運行、維護各環節,并具有完全自主知識產權。2015年9月,項目示范工程泰州電廠3號機組投運,這是世界首臺百萬千瓦級超超臨界二次再熱燃煤發電機組。示范工程大幅提升了節能減排水平,發電煤耗256.2克∕千瓦時,比當時世界最好水平低6克/千瓦時,比常規百萬機組低14克/千瓦時,二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉塵排放量減少5%以上。中國擁有了世界最先進的燃煤發電設備研發和制造技術。

      我國電力裝備企業繼續發力,研制出了更高水平燃煤機組。2020年12月,安徽淮北平山電廠3號機組并網發電,這是世界首臺135萬千瓦二次再熱超超臨界機組。該機組采用高低位機雙軸布置技術及一系列具有自主知識產權的節能減排創新技術,設計供電煤耗為251克/千瓦時,成為全球最節能的新型高效潔凈低碳燃煤發電設備。電力裝備企業立足我國能源資源稟賦,用自己制造的先進燃煤機組推進煤電節能降碳,把實現“雙碳”目標落到了實處。

      二、百萬千瓦水電機組實現我國高端裝備制造重大突破

      中國裝備制造企業與發電企業緊密合作,掌握了具有領先水平的全空冷水輪發電機技術,制造出具有完全自主知識產權的100萬千瓦全空冷水輪發電機組,占據了世界水電設備制造的制高點。

      依靠引進技術成功研制出三峽右岸電站70萬千瓦水輪發電機組后,國內制造廠家開始與國際知名的電力裝備制造商同場競技,先后獲得了溪洛渡水電站77萬千瓦和向家壩80萬千瓦水輪發電機組制造合同。2013年,國產溪洛渡77萬千瓦機組及向家壩80萬千瓦機組相繼投入商業運行,機組各項指標優異。向家壩機組是當時世界上已投運的單機容量最大的國產全空冷水輪發電機組,采用了先進設計技術和手段并有所創新。這是自主設計制造單機容量尺寸超大型水輪發電機組的又一次重大提升,是中國水電裝備研制從“跟跑”“并跑”到“領跑”的關鍵轉折點。

      2008至2012年,國內裝備制造企業牽頭組成項目團隊,完成了“十一五”國家科技支撐計劃項目——“1000兆瓦水力發電機組研究”。項目承擔單位采用產學研合作模式,與國內科研設計院所和高校合作,以金沙江白鶴灘和烏東德2座水電站的開發為依托,深入開展100萬千瓦混流式水輪發電機組的設計、制造關鍵技術研究,在水輪機水力設計和穩定研究、發電機通風冷卻、電磁設計、大負荷推力軸承、絕緣技術及制造工藝、機組參數選擇及結構優化、新材料和新工藝等方面,掌握了具有自主知識產權的關鍵核心技術,為我國100萬千瓦水輪發電機組的設計制造提供了技術保障。

      2015年,通過國際招標,國內電力裝備企業獲得白鶴灘水電站16臺100萬千瓦水輪發電機組全部制造合同,百萬千瓦水電機組正式進入工程化研制階段。這是世界上單機容量最大的水輪發電機組,發電機采用全空冷技術,水輪機不設置進水閥門。針對巨型機組穩定性、水力設計、電磁設計、發電機冷卻、絕緣技術、結構剛強度及測試方法,電力裝備企業進行了專項研究和試驗,攻克了產品研發、設計、制造各環節多項世界難題,先后制造出世界首臺百萬千瓦水輪發電機組精品座環、導水機構、長短葉片轉輪等重要部件。

      2017年8月,金沙江白鶴灘水電站開工。2021年6月28日,首批2臺機組投產發電。白鶴灘水電站是實施“西電東送”的國家重大工程,是當今世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程。全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發電機組,實現了我國高端裝備制造的重大突破。

      三、“三代”“四代”核電進入世界前列

      我國核電企業和裝備制造企業圍繞三代壓水堆和四代高溫氣冷堆技術,打造了三代核電技術“華龍一號”“國和一號”和全球首個第四代核電高溫氣冷堆,核電技術裝備進入世界先進行列。

      “華龍一號”(HPR1000)是第三代百萬千瓦級壓水堆核電技術,總結和傳承了中國30余年核電科研、設計、制造、建設和運行經驗,汲取福島核事故經驗,按照最新安全要求研發,安全指標和技術性能達到國際三代核電技術標準。“華龍一號”采用“能動與非能動”相結合的先進安全設計理念,全面平衡貫徹縱深防御設計原則,設置了完善的嚴重安全事故預防和緩解措施,以“177組燃料組件堆芯”“單堆布置”“雙層安全殼”為主要技術特征,具有完整自主知識產權體系,完全覆蓋設計、燃料、裝備、制造、運行、維護等各環節。2015年5月,“華龍一號”示范工程全球首堆——福建福清核電5號機組開工建設;“華龍一號”示范工程的其他3個機組——福清核電6號機組和廣西防城港核電3號機組4號機組,也相繼在2015年到2016年開工。2021年1月,福清核電5號機組投入商業運行;5月,“華龍一號”海外首堆——巴基斯坦卡拉奇核電2號機組投入商業運行;2022年1月,福清核電6號機組并網,成為全球第3臺“華龍一號”并網發電機組。“華龍一號”示范工程所有核心設備均實現國產,設備國產率達到88%以上。作為我國核電走向世界的“國家名片”,“華龍一號”成為核電市場上接受度最高的三代核電機型之一。

      2020年9月,我國具有完全自主知識產權的三代核電技術“國和一號”(CAP1400)完成研發。“國和一號”是核電企業落實三代核電自主化發展戰略,在引進消化吸收三代核電技術AP1000的基礎上,依托《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006~2020)》中的“大型先進壓水堆核電站”重大專項,通過再創新形成的大型先進非能動壓水堆核電型號,具有完全自主知識產權。“國和一號”可靠性高,發生極端事件后,堆芯冷卻系統可借助重力、壓縮氣體、自然循環以及對流等驅動力帶走堆芯余熱,防止堆芯融化,實現冷卻,事故條件下72小時不需人員干預和場外支援。“國和一號”打破了多項技術壟斷,主泵、爆破閥、壓力容器、蒸汽發生器、堆內構件、控制棒驅動機構、大鍛件、核級焊材、690U型管等關鍵設備、關鍵材料全部實現自主化設計和國產化制造,設備整體國產化率達到90%以上。2019年3月,“國和一號”示范工程在山東榮成開工建設,規劃建設2臺150萬千瓦級CAP1400壓水堆核電機組,是我國自主設計的最大功率的核電機組。

      2021年年底,山東石島灣高溫氣冷堆核電示范工程1號堆并網發電,這是全球首座具有第四代先進核能系統特征的20萬千瓦級模塊式球床高溫氣冷堆核電站。示范工程首次并網發電,標志著高溫氣冷堆在中國實現了從“實驗室”到“工程應用”的飛躍。高溫氣冷堆最突出的特點是“固有安全性”,在喪失所有冷卻能力的情況下,不采取任何人為和機器的干預,依靠材料本身的能力,就能夠確保反應堆不會熔毀,放射性物質不會大量外泄。示范工程以企業為創新主體,在清華大學建成運行的10兆瓦高溫氣冷實驗堆基礎上,依托《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006~2020)》中的“高溫氣冷堆核電站”重大專項,走產學研相結合的科技創新之路,依靠自主設計、建造、調試和運營,建成了采用第四代技術的核電站。示范工程攻克多項“卡脖子”關鍵核心技術,設備國產化率達到93.4%,成功研制出2200多套世界首臺套設備:世界上最大最重的核電壓力容器,最大薄壁型金屬堆內構件,首臺采用電磁軸承結構的主氦風機,首臺應用于模塊式高溫氣冷堆的螺旋管式直流蒸汽發生器,首次應用于工程實踐的燃料裝卸系統,首條高溫氣冷堆球形燃料元件技術工業化生產線。項目初步搭建起我國自主創新的第四代高溫氣冷堆核電標準體系和知識產權保護體系,在第四代核電技術領域搶占了世界“高地”。

      四、特高壓輸電推動世界電網技術發展

      我國電網企業在國家科技支撐計劃、國家“973”計劃、國家自然科學基金的支持下,聯合輸變電設備制造企業與科研設計院所及高校聯合攻關,全面總結500千伏和750千伏輸電工程的設計、施工、運行和設備研制經驗,借鑒國內外工程研究成果,攻克了特高壓線路絕緣特性、電磁環境、設備研制、試驗技術等世界級難題,建設了一批世界級的特高壓交流和直流輸電工程,在理論研究、技術研發、工程建設、運行管理、試驗能力和標準制定等方面走在了國際前列。

      2005年2月,《國家發展改革委關于開展1000千伏級交流、±800千伏級直流輸電技術前期研究工作的通知》印發,特高壓輸電工程前期研究進入實質性階段。2006年8月9日,《國家發展改革委關于晉東南至荊門特高壓交流試驗示范工程項目核準的批復》印發,正式核準了晉東南—南陽—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程。輸變電裝備制造企業承擔了特高壓交流輸變電設備的研制任務,實現了成套設備的自主開發、設計、制造、試驗和安裝調試,形成了批量生產能力,掌握了設備制造核心技術,形成了完整的技術標準和試驗規范,并具有自主知識產權,工程設備綜合國產化率達到90%。2009年1月,晉東南—南陽—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程投入商業化運行,主要產品的設計、制造和試驗能力達到了世界領先水平,創造了多項世界第一,我國在特高壓交流輸變電設備制造核心技術和國產化上實現了重大突破。

      我國還不斷取得特高壓交流輸變電技術新進展。在世界上首次研制成功的設備就有:2011年,特高壓串補裝置及63千安氣體絕緣金屬封閉組合電器在晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程的擴建工程中投運;2010年,1000千伏特高壓交流升壓變壓器在安徽平圩電廠三期送出工程上投運,實現發電機組直接升壓接入特高壓電網;2019年,特高壓GIL在蘇州—南通GIL綜合管廊工程投運,為跨越江河湖海的輸電工程提供了新的路徑。

      2010年6~7月,云南—廣東和向家壩—上海±800千伏特高壓直流輸電工程先后投運,這是世界首批±800千伏特高壓直流輸電工程。憑借制造±500千伏直流輸電設備的經驗和基礎,輸變電設備制造企業相繼研制出了大功率晶閘管、換流閥、換流變壓器、平波電抗器、直流控制保護系統,滿足了±800千伏特高壓直流輸電工程需要。2019年9月,昌吉—古泉特高壓直流輸電工程投運,最高電壓等級提升至±1100千伏,輸送容量1200萬千瓦,成為世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠、技術水平最先進的特高壓直流輸電工程。中國直流輸電設備制造水平登上了世界頂峰。

      為適應風電和光伏并網的需求,我國還著力推進柔性直流輸電技術發展。2020年6月,張北±500千伏可再生能源柔性直流電網試驗示范工程投運,將張北新能源基地、豐寧儲能電源與北京負荷中心可靠互聯,每年可輸送140億千瓦時清潔電力至北京,為北京冬奧會比賽場館提供100%常規綠電。2020年12月,采用±800千伏特高壓三端混合直流系統的昆柳龍柔性直流工程全面投產,將烏東德水電站的清潔能源分別送到廣東和廣西,有力支持了粵港澳大灣區經濟發展。這是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最長的多端柔性直流工程,輸送容量800萬千瓦,主要設備自主化率100%,形成了自主知識產權體系,顯示出中國電力工業技術的頂尖水準和裝備制造領域的核心競爭力。

      經過十多年的努力拼搏,中國電網企業與輸變電企業全面攻克了特高壓交流、直流輸電關鍵核心技術,具備了自主設計、研發、制造特高壓交流、直流輸電設備的能力,推動了世界電網技術的發展。特高壓交流、直流輸電工程的創新成果得到了高度評價,“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設備及工程應用”項目和“特高壓±800千伏直流輸電工程”項目先后榮獲國家科學技術進步獎特等獎。

      國家電網公司和南方電網公司攜手輸變電設備制造企業,積極推進特高壓輸電工程建設。到2020年底,建成“14交16直”、在建“2交3直”共35個特高壓工程,在運在建特高壓線路總長度達4.8萬千米,建成了世界上規模最大的特高壓交直流混合電網。

      走出國門的特高壓技術作為“國家名片”,確立了中國在特高壓輸電技術領域的國際領先地位,掌握了制定國際電工標準的話語權,實現了特高壓技術全產業鏈、全價值鏈輸出。2017年、2019年,被稱為“中國特高壓名片工程”的±800千伏巴西美麗山特高壓直流輸電一期、二期工程先后投運;2021年6月,±660千伏巴基斯坦默蒂亞里—拉合爾直流輸電工程投運,鞏固了“中國創造”在國際高端電工裝備界的良好口碑。

      21世紀,我國電力裝備制造企業積極面向世界科技前沿,面向電力工業發展的重大需求,對發電和輸變電裝備的關鍵核心技術攻堅克難,解決了一個又一個“卡脖子”難題,從引進消化吸收國外先進技術起步,走出了一條依靠自有人才自身力量、實現自主開發自主創新的奮進之路,掌握了一大批具有自主知識產權的核心技術,提升了創新能力、設計制造水平和管理水平,為電力工業的發展提供了先進裝備和有力技術保障,實現了“中國創造”和“中國引領”。電力裝備制造企業努力研發和掌握關鍵核心技術,提升電力裝備制造能力,奮力搶占世界制高點、掌控技術話語權,推動我國成為現代裝備制造大國和強國。

      “十四五”時期,電力裝備制造企業將在“十四五”規劃綱要的指引下,堅持新發展理念,深入實施制造強國戰略,堅持自主可控、安全高效,推進產業基礎高級化、產業鏈現代化,增強競爭優勢,推動行業高質量發展,立足規模優勢、配套優勢和部分領域先發優勢,鞏固提升電力裝備領域全產業鏈競爭力,依靠創新發展提供先進電力裝備,推動“四個革命、一個合作”能源安全新戰略,貫徹黨中央“雙碳”重大戰略決策,踔厲奮發、篤行不怠,自主創新、砥礪前行,為構建以新能源為主體的新型電力系統而勇攀新高峰!

      作者:張大龍



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