我国大型清洁高效发电设备的发展状况

机械工业信息研究院 何发

中国是发电设备制造大国，发电设备的技术水平和产量都居世界前列。近年来，发电设备制造业为电力工业的节能减排和国家走低碳经济之路比较系统地发展了大型高效清洁发电设备。

发电设备的生产情况

随着中国经济持续高速发展，电力工业得到了迅速发展，发电设备装机拥有量2008年底为7.9亿千瓦，2009年底已近9亿千瓦，其中80%为国产机组，装机容量仅次于美国，居世界第二，而近年年增装机量高达8000～10000千瓦，居世界第一位。

从1950年中国制造第一台800千瓦小型发电机组开始，到2009年累计制造了各种发电设备9.76亿千瓦。从2006年开始，已连续四年产量超过1亿千瓦，占全世界发电设备产量一半以上；2006～2009年共生产4.92亿千瓦，占我国57年来全部产量的50.46%，成为世界发电设备产量第一大国。

大型发电设备发展状况

（一）大力发展高效节能减排大型火电设备，火电机组制造技术已居世界前列

1.超临界、超超临界火电机组已成为电力工业的主力机型

国产超临界60万千瓦机组于2004年在河南沁北电厂投入运行，国产超超临界100万千瓦机组于2006年在浙江玉环和山东邹县电厂投入运行。两种机组都已经批量生产，至2009年累计生产了244台/15703万千瓦，已占同期全国火电设备产量的45%左右；其中超超临界机组66台/5203万千瓦，超临界机组178台/10500万千瓦。

2006～2009年，我国火电设备制造向大型高效发展的趋势十分明显。60万千瓦以上机组中，亚超临界机组不断减少，高效的超临界和超超临界机组不断增多，而且超超临界机组又快于超临界机组的发展。

表1 2006～2009年中国发电设备产量

截至2008年底，中国电力工业已有11台国产1000MW超超临界机组投入运行，同期全世界共投产70台，中国占15.71%，中国电力工业已经进入了“超超临界”时代。

据对玉环电厂1000MW超超临界机组性能考核试验，运行性能良好，机组节能减排效果显著，机组每度电供电煤耗仅为279克，比2006年电力工业全国平均煤耗366克节煤87克，热效率45%，二氧化硫脱除率达到90%以上，优于设计值，这表明我国火电设备的制造技术已进入世界前列。

2.发展环保节能产品循环流化床锅炉（简称CFB锅炉）

CFB锅炉是一种经济有效的低污染燃煤技术，20世纪80年代得到世界各国重视和迅速发展，中国从1995年首台国产50MW CFB投运以来，短短的10余年内完成了从高压到超高压CFB锅炉的发展过程，2002年以来，自主开发了100MW、200MW和300MW CFB锅炉，2006年四川东方电气集团承接了目前世界上容量最大、参数最高的国家示范工程600MW超临界CFB锅炉，项目计划在2011年投运。中国CFB锅炉不仅设计制造技术国际领先，而且也是世界产量最多的国家，2006～2009年仅300MW CFB锅炉即生产了36台。

3.发展大型空冷机组

为发展坑口电站，减少电煤运输，解决富煤缺水的三北（西北、华北和东北）地区发展电力工业的需要，发展了大型空冷汽轮机，中国现有2000万kW左右空冷机组在运行，是全球拥有空冷机组最多的国家。2004年哈尔滨汽轮机公司以大冈电厂为依托工程，自行设计、制造完成亚临界600MW直接空冷机组，各项指标已达世界先进水平。2009年生产了亚临界600MW空冷机组11台，其中哈尔滨、东方和上海三大汽轮机厂分别生产了6台、3台和2台。目前东方电气集团公司获得了世界容量最大的灵武电厂项目100万千瓦机组合同，正在执行中。

（二）发展可再生能源发电设备，重点是水电设备和风电设备

1.水力发电设备

水力资源是清洁的可再生能源，我国水力资源丰富，国家非常重视水电设备的发展。近年来，年产量都在2000万千瓦以上。

水电设备的技术水平和竞争能力提升很快，国产化率和市场占有率都在持续提高，目前均在80%左右。

（1）三峡混流式70万千瓦机组已实现国产化，三峡左岸电厂14台机组由外商负责合作制造，右岸12台机组由国内制造8台，均已投产，运行正常。右岸机组性能和质量达到世界先进水平，重大技术有突破创新：

表2 2004～2009年中国超临界、超超临界火电机组生产发展情况 （单位：台/万千瓦）

表3 2006～2009年30万千瓦循环流化床锅炉产量

①水力设计技术达到世界先进水平。转轮模型最高效率达94.5%以上，消除了高负荷区域水压力脉动，提高了稳定性。

②发电机采用定子绕组空冷技术代替内冷技术，冷却方式取得重大突破。

③发电机推力轴承承载能力达到5500t，是世界上最大推力轴承（国外最大只有4700t）。

④直径10m、重500t的水轮机转轮，是目前世界上最大转轮，其制造技术国内已完全掌握并优于国外。

通过对三峡机组的科技攻关，提升了国内制造企业的研发能力和竞争能力。“十一五”期间，自主研发的大型机组很多，主要有：龙滩电站（水头179m）7×70万千瓦机组，构皮滩电站（水头200m）5×60万千瓦机组，拉西瓦电站（水头220m）6×70万千瓦机组，小湾电站（水头250m）6×70万千瓦机组，溪洛渡电站（水头230m）18×77万千瓦机组，向家坝电站（水头114m）10×80万千瓦机组，等等。

(2)抽水蓄能机组。已投运和在建的32座抽水蓄能电站机组2600万千瓦，国产的只520万千瓦，其中只有100万千瓦为自主设计研发，市场占有率只有20%。目前正与外企合作生产，加快掌握相关制造技术。

(3)轴流式机组。已实现国产化，国产化率90%，市场占有率90%。

2.风电设备

2005年，国家制定了《可再生能源法》，明确支持风电等新能源发展的政策，风力发电设备超高速发展。2006年尚没有风电设备产量的完整统计，2007年即生产了230万千瓦，2008年3937套/546万千瓦，2009年7551套/1076万千瓦，同比增长近100%。近年来，我国风电机组技术水平迅速提高。

(1)水平轴风电机组技术为主流机组。此种机型风能转换效率高，转轴较短，启动、停机和变桨较方便。

(2)兆瓦级风电机组已成为主力机型。我国主流机型已经从2006年的0.6～1MW，2008年的0.75～1.5MW，提高到2009年的1.25～2MW；最大风电机组，2008年为2MW，2009年为3MW，目前湘潭电机公司等正在研制5MW海上风电设备。

(3)直驱式、全功率变流技术得到迅速发展。无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障，可有效提高系统的可靠性和寿命，减少维修成本。新疆金风科技公司与德国Vensys公司合作研制的1.5MW直驱式风电机组已有200多台投运，湘潭电机公司研制出的2MW直驱式永磁风电机组，2009年已批量生产298台。

目前，全国有81家企业生产整机，重复建设问题比较严重，能力已富余较多。2009年产量居前10位的企业见表5。

（三）发展循环经济用发电设备

2009年全国共生产了垃圾电站锅炉12台/4.5万千瓦；钢厂、水泥厂余热电站锅炉45台/175.4万千瓦。水泥厂余热利用3万千瓦及以下汽轮机49台/29.68万千瓦（中信重工制造）。

（四）核电设备国产化取得重大进展

核电作为一种清洁、经济、高效、安全、规模化的一次能源，受到全世界的重视。在国家中长期科技发展规划中，已将大型压水堆和高温气冷堆核电站列为国家10个重大专项之一，其中大型先进压水堆核电站将在消化吸收引进AP100技术的基础上，通过自主创新形成自主知识产权；高温气冷堆将由清华大学联合有关单位自主开发。

自20世纪80年代自主研制第一座核电站——秦山一期30万千瓦核电站、引进法国设备建设大亚湾2×90万千瓦核电站以来，我国已运行核电机组11个，总装机910万千瓦；正在建设核电机组11个，装机1100万千瓦；已核准和拟建设核电机22个，装机2400万千瓦。目前，我国已是全世界在建和已定建设核电机组最多的国家。

表4 2006～2009年我国水力发电设备产量

表5 2009年风电设备产量前10位企业

核电设备的安全性和可靠性要求极高，在一定程度上代表了装备制造业的最高水平。国家十分关注核电设备国产化，提出了“自主设计、自主制造、自主建设、自主运营”的自主发展核电的重要方针。通过多年努力，已掌握了大多数关键设备的设计制造技术，初步形成了具有相当规模的核电装备制造体系，除核主泵等少数关键设备尚需引进技术外，包括国产化难度很大的大型铸锻件，已基本可立足国内提供。

国内装备制造企业基本掌握了二代改进型核电站关键设备设计制造技术，引进型AP100三代核电站关键设备正在消化引进技术或合作制造，逐步掌握设计制造技术。几种关键设备自主化进程情况如下：

反应堆压力容器。第一重型机械集团已具备批量生产二代改进型压水堆核电站反应堆压力容器能力；东方电气和上海电气也均已掌握其制造技术。

蒸汽发生器。东方电气、上海电气已掌握二代改进型核电蒸汽发生器制造技术；哈尔滨锅炉厂已具备生产二代改进型和三代核电站蒸汽发生器能力。

核主泵（反应堆冷却剂泵）。是压水堆核电站的关键设备，技术难度很高。世界上只有美国EMD公司和福斯公司、法国日蒙公司、德国KSB公司、奥地利安德里茨公司、日本三菱公司等少数公司能够设计制造；而AP100三代核电站主泵与屏蔽泵只有美国EMD公司能够设计制造，国内已建核电站的主泵均从国外进口。为推进核主泵国产化，国内各公司均采取合资与引进技术方式与国外合作。其中东方电气与法国阿海珐、上海电气与德国KSB、哈尔滨电站与奥地利安德里茨合作；另外，沈鼓与哈尔滨电站根据引进AP100三代核电总体安排，联合引进美国EMD公司三代主泵和屏蔽电机制造技术，两公司正处于消化吸收阶段。

堆内构件。是核反应堆核心部件之一，制造难度高，上海第一机床厂已具备设计制造能力。

控制棒驱动机构。上海先锋电机厂已掌握设计制造技术，部件国产化率可达80%。

核级阀门。一座核电站有各种阀门23000多台，其中一、二、三级阀门12000多台，可靠性要求高，价值量占核电站设备的10%以上。已安排中核苏州、大连高压、江苏神通等阀门企业攻关。目前核三级阀门已研制成功，一、二级阀门已部分完成。

数字化控制系统。技术要求高，国产化难度大。广东核电集团安排北京和利时公司与日本三菱公司合作，中国核工业集团组建东方控制系统公司、上海728院与上海自动化仪表公司分别依托有关核电项目，正在进行消化引进技术工作。