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??“動力心臟”添綠能
??探訪我國首臺套國產重型燃氣輪機“太行110”
??記者 陳瑤
??它是一顆冉冉升起的裝備“新星”，它的誕生是中國高端裝備制造領域迎來的又一高光時刻。
??前不久，“太行110”首臺套商業機組在中國航發燃氣輪機有限公司（以下簡稱“中國航發燃機”）制造裝試基地出廠，這標志著我國自主研制的110兆瓦級重型燃氣輪機成功突破產業化重要關口，正式邁入商業化應用新階段。
??作為能源高效轉換、潔凈利用、多領域應用的“動力心臟”，重型燃氣輪機是工業強國的重要標志之一。然而，由于其涉及學科眾多，技術密集度高，設計制造難度極大，全球僅有少數國家具備獨立自主研制能力。此次出廠的“太行110”，是中國航空發動機集團有限公司（以下簡稱“中國航發”）通過建立自主研發體系、歷經長期自主攻堅取得的成果，擁有完全自主知識產權，具備啟動迅速、綜合熱效率高等優勢。它不僅刷新了國產商業重型燃氣輪機的最大功率紀錄，還憑借顯著的環保效益，成為當之無愧的綠色能源典范。
??自主研制一顆國產“動力心臟”對保障我國能源安全和綠色發展有何重要意義？開啟自主研發之路，研發團隊面臨哪些挑戰，又是如何沖破重重壁壘的？記者對話中國航發燃機有關負責人，探尋答案。
??從不氣餒的研發接力——
??“二十年磨一劍”鑄就卓越性能
??對空氣進行壓縮，再將其與燃料混合燃燒，利用產生的熱能推動渦輪旋轉，輸出強勁動力……重型燃氣輪機的工作原理看似簡單，但從圖紙設計到制造成機，其復雜程度超乎想象。
??“從立項研制到商業交付，是國產重型燃氣輪機技術、設計體系重新建立的必經階段，注定是一段漫長的研發接力?！敝袊桨l燃機總設計師、副總經理趙勇說。
??2002年“太行110”立項啟動研制時，我國重型燃氣輪機較多依賴進口，關鍵核心技術、維護服務均受制于國外企業，“自主研發幾乎一切從零開始、從頭學起，過程曲折”，直至2008年才完成首臺燃機研制、廠內全速空載試車。
??6年只是漫漫征途的開端，緊隨其后的是長達10年的外廠試驗運行。
??外廠試驗可謂重型燃氣輪機實現商業交付的“通行證”。10年間，從72小時滿負荷性能驗證，到長試運行，各類“考題”輪番登場，目的是檢驗首臺套“太行110”樣機的整機性能和可靠性。
??潘春霖，現任中國航發燃機產品研發中心結構設計室主任。2010年離開校園后，他參與的第一項研發工作就是“太行110”的機械系統結構改進設計?！巴鈴S試驗階段是‘太行110’優化提升的過程，也是對研發人員心態和‘解題’能力的考驗?！?/p>
??在長試運行期間，研發人員發現了一個嚴重影響整機壽命的問題。經過分析評估，需要對燃機進行結構優化，外廠試驗被迫暫停。
??結構優化，意味著要給燃機進行一次“大手術”，相關試驗都要重新來過。一邊是時間緊張，一邊是要加快研發進度，重壓之下，研發團隊依然堅持重啟設計流程，通過理論仿真和數據計算查找原因、探尋思路，隨后改進設計、評審評估、制造運行，歷時5年進一步完善了燃機結構。
??類似的經歷在“太行110”研發設計過程中時有發生，但研發團隊從未氣餒。潘春霖說，大家秉持著嚴慎細實的態度認真“解題”，在性能提升方面精益求精，盡己所能拓展重型燃氣輪機自主研發的無限可能。
??二十年磨一劍，最終亮相的“太行110”沒有辜負研發人員的心血與付出：它的額定功率達到了110兆瓦，聯合循環模式下每小時發電量超過15萬千瓦時，大約能滿足1.5萬戶家庭一天的用電需求，卻比同等功率的火電機組每年可減少碳排放超過100萬噸，真正實現了經濟效益與環保效益的雙贏。
??從工藝創新到材料突破——
??以自主研發攻克關鍵核心技術
??一款具有商用價值的重型燃氣輪機，其核心競爭力體現在出色的經濟性、良好的適應性以及長久的可靠性上。在這方面，“太行110”的優勢格外明顯。
??據了解，它既能在用電高峰期迅速啟動并接入電網，保障電網的穩定運行，有效彌補風電、光伏等間歇性能源的不穩定性；又能經得住頻繁啟停、長期低負荷無故障運行，在極端天氣（如高溫、低溫、暴雨）下仍能保持穩定，為電網提供持續可靠的電力支撐；還能適用于熱電聯產、天然氣調峰電站、聯合循環發電以及多能源耦合供電等多種場合。
??“‘太行110’優異的商用競爭力，是因為研發團隊探索出一條‘以工藝創新解決制造瓶頸，以材料突破支撐部件可靠性’的攻關之路。”中國航發燃機總工程師、副總經理杜宏亭說。
??攻關之路并非坦途，需要面對許多世界級的技術難題，但研發團隊義無反顧，因為只有自主保障的創新能力，才能打破國外壟斷、應對外部風險。
??重型燃氣輪機的透平葉片等高溫部件研發是自主研制重型燃氣輪機的重點，亦是難點。這是因為，高溫部件需要在高溫、高壓、高轉速的極端工況下長期穩定運行，這一特性對結構設計、材料的耐高溫腐蝕極限、加工工藝的精度控制都提出了極為嚴苛的要求。
??為了應對高溫問題，研發團隊想方設法對透平葉片進行結構革新。當時，沒有成熟的計算程序，計算機性能也十分有限。在這樣的狀況下，研發團隊“沒有條件創造條件”，經過半年多夜以繼日的努力，完成了這一關鍵部件的設計和優化。
??中國航發燃機產品管理部副部長孫鵬告訴記者，“太行110”透平葉片采用“空心”結構，葉片內部設計多條復雜且密集的“迷宮式”通道，能夠在減少冷氣用量的情況下，使葉片表面溫度相較于燃氣溫度降低300至400攝氏度，提高透平效率和功率，同時滿足燃機的壽命需求。
??啃下了結構設計的硬骨頭，研發團隊又與涂層材料“較上勁”。據了解，“太行110”共涉及60種結構材料以及53種功能材料，其中有8種結構材料是在對材料數據資料、成分和性能進行對比后，為該燃機“量身定制”的。
??為什么要將自主化的“觸角”延伸到涂層材料？一方面是升級涂層材料能夠讓高溫部件更好地應對高溫環境，但更重要的是，重型燃氣輪機研制國產化選材是打破國外技術壟斷、提升產業鏈自主保障能力的重要環節。孫鵬介紹，經過一輪又一輪的配比，研發團隊不僅完成了8種結構材料的替代研制、驗證及產品的成熟應用，還形成了材料技術標準及相關技術規范等，進一步拓展了國內重型燃氣輪機的材料技術體系。
??記者了解到，在“太行110”的研發過程中，累計獲授專利171項，成功突破了重型燃氣輪機總體設計、先進材料制備、整機制造、一體化控制系統開發、整機試驗與多參數綜合測試分析、全生命周期維檢修等全鏈條的“卡脖子”技術，有力推動了我國重型燃氣輪機產業的發展。
??低碳轉型、循環利用——
??將綠色發展理念融進設計細節
??在實現“雙碳”目標的進程中，重型燃氣輪機逐漸成為構建新型電力系統的重點裝備。這對研發團隊來說，不僅要自主研制一臺“動力心臟”，還要讓它激發更多綠色能量，成為推動能源清潔低碳轉型的“綠色引擎”。
??仔細研究“太行110”，綠色發展理念都融進了設計細節里。
??天然氣燃燒所產生的二氧化碳比煤炭減少約40%-50%，將其作為重型燃氣輪機燃料是落實“雙碳”目標的應有之義。但從可持續發展角度看，隨著新工藝和新燃料資源的出現，要提升燃氣輪機在“碳中和”時代的潛力，燃燒多種低碳或零碳燃料勢在必行。“工業尾氣作為高碳排放的重要來源，其綠色化處理一直是產業升級的關鍵課題。我們進行有針對性的研發，除了天然氣，工業尾氣等中熱值氣體燃料也能為‘太行110’提供熱能，為實現‘工業尾氣資源化’，進一步減少碳排放做貢獻。”杜宏亭說。
??杜宏亭口中的針對性研發，是提升“太行110”重型燃氣輪機的燃料靈活性的設計，這又是一個“從0到1”的過程。在毫無經驗可循的情況下，研發團隊經過深入研究，不厭其煩地對燃燒室和相關高溫部件結構與性能進行調改，成功開發出一種新型的干式低排放燃燒室?！吧壐脑臁焙蟮娜紵?，不僅使燃燒狀態更平穩，能有效抑制氮氧化物排放，還大幅提升了燃燒效率。
??“‘綠色環?！恰?10’落實國家戰略、服務高質量發展的必答題。哪怕技術再困難、過程再曲折，我們都要一點一點把這道題答對答好。”杜宏亭說。
??干式低排放燃燒室設計只是“太行110”踐行綠色發展理念的縮影。據了解，為更好響應國家“雙碳”戰略目標，研發團隊在中國航發指導下，自主開發多項先進燃氣輪機關鍵技術，通過“技術自主化+應用場景多元化”策略，為燃氣輪機行業的綠色創新之路注入了強勁動力。
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?【短評】
??挺起中國制造脊梁
??天下之脊，巍巍太行。太行山作為華夏文明的發祥地之一，見證了中華民族的孕育與中華文明的演進歷程。而在高端裝備制造領域，“太行”二字更蘊含深意。
??這是對不懈奮斗的最好回應。攻克“卡脖子”難題并非易事，研發團隊歷經二十余載的集智攻關，緊扣設計關鍵、跨越制造障礙，成功“破題”，將“太行110”推向市場，填補了國內110兆瓦功率等級產品的空白，完成了“從0到1”的跨越。
??這也是科研創新精神的延續與拓展。在航空發動機領域，“太行”系列已走出一條系列化發展和能力提升的研制路線。燃氣輪機與航空發動機工作原理相同，核心部件相似，制造過程相近。此次我國首臺套國產商業投運重型燃氣輪機沿用“太行”之名，既因燃氣輪機與航空發動機技術一脈相承，又因燃氣輪機作為國之重器，寄托了以自主研制挺起中國制造脊梁的豪情壯志。
??這更是中國制造向世界展示的硬核名片。從航空發動機到重型燃氣輪機，“太行”向世界詮釋著中國人不屈不撓、敢于攻堅的精神內涵，記錄下中國人的奮斗足跡，為能源清潔低碳轉型提供“中國方案”。
??中國式現代化要靠科技現代化作支撐，“太行”的突圍是中國加快高水平科技自立自強的生動縮影。展望“十五五”，當自主創新之火燃遍更多領域，必將產出更多標志性原創成果，催生無數令人振奮的“破局時刻”，勾勒出更加挺拔的“中國脊梁”。
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