“动力心脏”添绿能 探访我国首台套国产重型燃气轮机“太行110”

中央纪委国家监委网站 陈瑶

　　习近平总书记强调，加快实现航空发动机及燃气轮机自主研发和制造生产，为把我国建设成为航空强国而不懈奋斗。

　　党的二十届四中全会审议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》，将“科技自立自强水平大幅提高”确定为“十五五”时期经济社会发展主要目标之一，提出“国家创新体系整体效能显著提升，教育科技人才一体发展格局基本形成，基础研究和原始创新能力显著增强，重点领域关键核心技术快速突破，并跑领跑领域明显增多，科技创新和产业创新深度融合，创新驱动作用明显增强”。

　　它是一颗冉冉升起的装备“新星”，它的诞生是中国高端装备制造领域迎来的又一高光时刻。

　　前不久，“太行110”首台套商业机组在中国航发燃气轮机有限公司（以下简称“中国航发燃机”）制造装试基地出厂，这标志着我国自主研制的110兆瓦级重型燃气轮机成功突破产业化重要关口，正式迈入商业化应用新阶段。

　　作为能源高效转换、洁净利用、多领域应用的“动力心脏”，重型燃气轮机是工业强国的重要标志之一。然而，由于其涉及学科众多，技术密集度高，设计制造难度极大，全球仅有少数国家具备独立自主研制能力。此次出厂的“太行110”，是中国航空发动机集团有限公司（以下简称“中国航发”）通过建立自主研发体系、历经长期自主攻坚取得的成果，拥有完全自主知识产权，具备启动迅速、综合热效率高等优势。它不仅刷新了国产商业重型燃气轮机的最大功率纪录，还凭借显著的环保效益，成为当之无愧的绿色能源典范。

　　自主研制一颗国产“动力心脏”对保障我国能源安全和绿色发展有何重要意义？开启自主研发之路，研发团队面临哪些挑战，又是如何冲破重重壁垒的？记者对话中国航发燃机有关负责人，探寻答案。

　　从不气馁的研发接力——

　　“二十年磨一剑”铸就卓越性能

　　对空气进行压缩，再将其与燃料混合燃烧，利用产生的热能推动涡轮旋转，输出强劲动力……重型燃气轮机的工作原理看似简单，但从图纸设计到制造成机，其复杂程度超乎想象。

　　“从立项研制到商业交付，是国产重型燃气轮机技术、设计体系重新建立的必经阶段，注定是一段漫长的研发接力。”中国航发燃机总设计师、副总经理赵勇说。

　　2002年“太行110”立项启动研制时，我国重型燃气轮机较多依赖进口，关键核心技术、维护服务均受制于国外企业，“自主研发几乎一切从零开始、从头学起，过程曲折”，直至2008年才完成首台燃机研制、厂内全速空载试车。

　　6年只是漫漫征途的开端，紧随其后的是长达10年的外厂试验运行。

　　外厂试验可谓重型燃气轮机实现商业交付的“通行证”。10年间，从72小时满负荷性能验证，到长试运行，各类“考题”轮番登场，目的是检验首台套“太行110”样机的整机性能和可靠性。

　　潘春霖，现任中国航发燃机产品研发中心结构设计室主任。2010年离开校园后，他参与的第一项研发工作就是“太行110”的机械系统结构改进设计。“外厂试验阶段是‘太行110’优化提升的过程，也是对研发人员心态和‘解题’能力的考验。”

　　在长试运行期间，研发人员发现了一个严重影响整机寿命的问题。经过分析评估，需要对燃机进行结构优化，外厂试验被迫暂停。

　　结构优化，意味着要给燃机进行一次“大手术”，相关试验都要重新来过。一边是时间紧张，一边是要加快研发进度，重压之下，研发团队依然坚持重启设计流程，通过理论仿真和数据计算查找原因、探寻思路，随后改进设计、评审评估、制造运行，历时5年进一步完善了燃机结构。

　　类似的经历在“太行110”研发设计过程中时有发生，但研发团队从未气馁。潘春霖说，大家秉持着严慎细实的态度认真“解题”，在性能提升方面精益求精，尽己所能拓展重型燃气轮机自主研发的无限可能。

　　二十年磨一剑，最终亮相的“太行110”没有辜负研发人员的心血与付出：它的额定功率达到了110兆瓦，联合循环模式下每小时发电量超过15万千瓦时，大约能满足1.5万户家庭一天的用电需求，却比同等功率的火电机组每年可减少碳排放超过100万吨，真正实现了经济效益与环保效益的双赢。

　　从工艺创新到材料突破——

　　以自主研发攻克关键核心技术

　　一款具有商用价值的重型燃气轮机，其核心竞争力体现在出色的经济性、良好的适应性以及长久的可靠性上。在这方面，“太行110”的优势格外明显。

　　据了解，它既能在用电高峰期迅速启动并接入电网，保障电网的稳定运行，有效弥补风电、光伏等间歇性能源的不稳定性；又能经得住频繁启停、长期低负荷无故障运行，在极端天气（如高温、低温、暴雨）下仍能保持稳定，为电网提供持续可靠的电力支撑；还能适用于热电联产、天然气调峰电站、联合循环发电以及多能源耦合供电等多种场合。

　　“‘太行110’优异的商用竞争力，是因为研发团队探索出一条‘以工艺创新解决制造瓶颈，以材料突破支撑部件可靠性’的攻关之路。”中国航发燃机总工程师、副总经理杜宏亭说。

　　攻关之路并非坦途，需要面对许多世界级的技术难题，但研发团队义无反顾，因为只有自主保障的创新能力，才能打破国外垄断、应对外部风险。

　　重型燃气轮机的透平叶片等高温部件研发是自主研制重型燃气轮机的重点，亦是难点。这是因为，高温部件需要在高温、高压、高转速的极端工况下长期稳定运行，这一特性对结构设计、材料的耐高温腐蚀极限、加工工艺的精度控制都提出了极为严苛的要求。

　　为了应对高温问题，研发团队想方设法对透平叶片进行结构革新。当时，没有成熟的计算程序，计算机性能也十分有限。在这样的状况下，研发团队“没有条件创造条件”，经过半年多夜以继日的努力，完成了这一关键部件的设计和优化。

　　中国航发燃机产品管理部副部长孙鹏告诉记者，“太行110”透平叶片采用“空心”结构，叶片内部设计多条复杂且密集的“迷宫式”通道，能够在减少冷气用量的情况下，使叶片表面温度相较于燃气温度降低300至400摄氏度，提高透平效率和功率，同时满足燃机的寿命需求。

　　啃下了结构设计的硬骨头，研发团队又与涂层材料“较上劲”。据了解，“太行110”共涉及60种结构材料以及53种功能材料，其中有8种结构材料是在对材料数据资料、成分和性能进行对比后，为该燃机“量身定制”的。

　　为什么要将自主化的“触角”延伸到涂层材料？一方面是升级涂层材料能够让高温部件更好地应对高温环境，但更重要的是，重型燃气轮机研制国产化选材是打破国外技术垄断、提升产业链自主保障能力的重要环节。孙鹏介绍，经过一轮又一轮的配比，研发团队不仅完成了8种结构材料的替代研制、验证及产品的成熟应用，还形成了材料技术标准及相关技术规范等，进一步拓展了国内重型燃气轮机的材料技术体系。

　　记者了解到，在“太行110”的研发过程中，累计获授专利171项，成功突破了重型燃气轮机总体设计、先进材料制备、整机制造、一体化控制系统开发、整机试验与多参数综合测试分析、全生命周期维检修等全链条的“卡脖子”技术，有力推动了我国重型燃气轮机产业的发展。

　　低碳转型、循环利用——

　　将绿色发展理念融进设计细节

　　在实现“双碳”目标的进程中，重型燃气轮机逐渐成为构建新型电力系统的重点装备。这对研发团队来说，不仅要自主研制一台“动力心脏”，还要让它激发更多绿色能量，成为推动能源清洁低碳转型的“绿色引擎”。

　　仔细研究“太行110”，绿色发展理念都融进了设计细节里。

　　天然气燃烧所产生的二氧化碳比煤炭减少约40%-50%，将其作为重型燃气轮机燃料是落实“双碳”目标的应有之义。但从可持续发展角度看，随着新工艺和新燃料资源的出现，要提升燃气轮机在“碳中和”时代的潜力，燃烧多种低碳或零碳燃料势在必行。“工业尾气作为高碳排放的重要来源，其绿色化处理一直是产业升级的关键课题。我们进行有针对性的研发，除了天然气，工业尾气等中热值气体燃料也能为‘太行110’提供热能，为实现‘工业尾气资源化’，进一步减少碳排放做贡献。”杜宏亭说。

　　杜宏亭口中的针对性研发，是提升“太行110”重型燃气轮机的燃料灵活性的设计，这又是一个“从0到1”的过程。在毫无经验可循的情况下，研发团队经过深入研究，不厌其烦地对燃烧室和相关高温部件结构与性能进行调改，成功开发出一种新型的干式低排放燃烧室。“升级改造”后的燃烧室，不仅使燃烧状态更平稳，能有效抑制氮氧化物排放，还大幅提升了燃烧效率。

　　“‘绿色环保’是‘太行110’落实国家战略、服务高质量发展的必答题。哪怕技术再困难、过程再曲折，我们都要一点一点把这道题答对答好。”杜宏亭说。

　　干式低排放燃烧室设计只是“太行110”践行绿色发展理念的缩影。据了解，为更好响应国家“双碳”战略目标，研发团队在中国航发指导下，自主开发多项先进燃气轮机关键技术，通过“技术自主化+应用场景多元化”策略，为燃气轮机行业的绿色创新之路注入了强劲动力。

短评丨挺起中国制造脊梁

　　天下之脊，巍巍太行。太行山作为华夏文明的发祥地之一，见证了中华民族的孕育与中华文明的演进历程。而在高端装备制造领域，“太行”二字更蕴含深意。

　　这是对不懈奋斗的最好回应。攻克“卡脖子”难题并非易事，研发团队历经二十余载的集智攻关，紧扣设计关键、跨越制造障碍，成功“破题”，将“太行110”推向市场，填补了国内110兆瓦功率等级产品的空白，完成了“从0到1”的跨越。

　　这也是科研创新精神的延续与拓展。在航空发动机领域，“太行”系列已走出一条系列化发展和能力提升的研制路线。燃气轮机与航空发动机工作原理相同，核心部件相似，制造过程相近。此次我国首台套国产商业投运重型燃气轮机沿用“太行”之名，既因燃气轮机与航空发动机技术一脉相承，又因燃气轮机作为国之重器，寄托了以自主研制挺起中国制造脊梁的豪情壮志。

　　这更是中国制造向世界展示的硬核名片。从航空发动机到重型燃气轮机，“太行”向世界诠释着中国人不屈不挠、敢于攻坚的精神内涵，记录下中国人的奋斗足迹，为能源清洁低碳转型提供“中国方案”。

　　中国式现代化要靠科技现代化作支撑，“太行”的突围是中国加快高水平科技自立自强的生动缩影。展望“十五五”，当自主创新之火燃遍更多领域，必将产出更多标志性原创成果，催生无数令人振奋的“破局时刻”，勾勒出更加挺拔的“中国脊梁”。（陈瑶）

来源：中央纪委国家监委网站

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