絕去工業(yè)化發(fā)展之路的中國(guó)火電技術(shù)

第二次工業(yè)革命是以1866年西門子制成了發(fā)電機(jī)為標(biāo)志開始的，隨后，電燈、電車、電影放映機(jī)相繼問(wèn)世，人類進(jìn)入了“電氣時(shí)代”。

如今，電力絕對(duì)是社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，源源不斷的電力供應(yīng)更是中國(guó)電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)彎道超車的核心關(guān)鍵。在多年之前，我寫過(guò)一篇文章《人類除了“燒開水”外，還有什么其他形式可以將能量轉(zhuǎn)換成電能？》介紹過(guò)，2018年我國(guó)發(fā)電占比：火電、水電、核電、風(fēng)電分別占比75.08%、13.15%、4.17%、6.1%；到2022年，火電在全國(guó)發(fā)電中的占比還高達(dá)70%。

現(xiàn)今主流的發(fā)電形式，雖然在風(fēng)、水、核與太陽(yáng)能，我國(guó)都具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能都受地理環(huán)境的影響，水電、核電建設(shè)周期長(zhǎng)、管理難度大，相對(duì)而言火電造價(jià)較低、建設(shè)周期較短、收效較快，并且火電廢熱在中國(guó)北方的應(yīng)用更是無(wú)可替代。

然而，一直到上世紀(jì)末，中國(guó)在火電的技術(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后發(fā)達(dá)國(guó)家。

火力發(fā)電設(shè)備主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)三大主機(jī)以及相應(yīng)的各種輔機(jī)和自動(dòng)化裝備。

解放前中國(guó)完全不具備這些設(shè)備的制造技術(shù)。1940年代，當(dāng)時(shí)政府資源會(huì)所屬的中央機(jī)器廠通過(guò)進(jìn)口瑞士BBC 公司的0.2萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，引進(jìn)該公司的制造技術(shù)，仿造過(guò)兩套0.2萬(wàn)千瓦中壓機(jī)組，分別安裝在瀘縣電廠和昆明電廠投運(yùn)。1945年，資源委員會(huì)又從美國(guó)西屋電氣公司引進(jìn)了1萬(wàn)千瓦及以下汽輪發(fā)電機(jī)組的制造技術(shù)。但是兩次引進(jìn)都未能形成生產(chǎn)和制造能力。

到建國(guó)時(shí)，中國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量只有185萬(wàn)千瓦, 年發(fā)電量只有43 億千瓦時(shí)，4億人口，平均每人每年才10度電，裝機(jī)容量居世界第21位，發(fā)電量居世界第25位，甚至還不如前捷克。

隨后，中國(guó)火力發(fā)電技術(shù)經(jīng)過(guò)了四個(gè)階段的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了從全面落后到追趕，再到超越的歷程。

第一階段（1950~1980），改革開放前中國(guó)火電的發(fā)展起點(diǎn)

此階段中國(guó)的火電技術(shù)處于高壓和超高壓水平，而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)處于亞臨界和超臨界水平。

中國(guó)電力設(shè)備制造工業(yè)真正開始于第一個(gè)五年計(jì)劃時(shí)蘇聯(lián)援建的156項(xiàng)工程，156個(gè)工程中有25個(gè)是電力工程，而其中除了三門峽是水電站工程之外，其余24個(gè)皆為熱電工程，可見當(dāng)時(shí)政府的重視程度。

在此期間：

1.哈爾濱發(fā)電設(shè)備制造基地從蘇聯(lián)引進(jìn)了中壓0.6~2.5萬(wàn)千瓦和高壓2.5~5.0萬(wàn)千瓦火電設(shè)備制造技術(shù)，1958年先后成功制造出了2.5萬(wàn)千瓦和5.0萬(wàn)千瓦高壓火電機(jī)組。鍋爐蒸汽的參數(shù)是9.80MPa和540℃；汽輪機(jī)的參數(shù)8.83MPa和535℃。
2.1959年首臺(tái)5.0萬(wàn)千瓦高壓火電機(jī)組在沈陽(yáng)遼寧電廠成功投運(yùn)。
3.1952年上海發(fā)電設(shè)備制造基地從捷克引進(jìn)中壓0.6~1.2萬(wàn)千瓦火電設(shè)備制造技術(shù)。鍋爐蒸汽的參數(shù)是3.82MPa和450℃；汽輪機(jī)的參數(shù)3.43MPa和435℃。
4.1954年完成了中壓0.6萬(wàn)千瓦火電機(jī)組的研制，開創(chuàng)了新中國(guó)制造火力發(fā)電設(shè)備的先河。
5.1956年首臺(tái)0.6萬(wàn)千瓦中壓火電機(jī)組在安徽淮南電廠成功投運(yùn)。

這些工程的順利投運(yùn)，奠定了中國(guó)火電設(shè)備發(fā)展的起點(diǎn)，在火電技術(shù)上取得了一定的成績(jī)，到1980年，我國(guó)的發(fā)電量達(dá)到了3006億度，是1949年的近70倍。

但這與同期世界先進(jìn)水平差距極大：美國(guó)西屋公司（Westinghouse）1959年就制造出了首臺(tái)容量為31萬(wàn)千瓦的超超臨界火力發(fā)電機(jī)組，蒸汽的壓力和溫度參數(shù)分別是：34.5MPa和649℃。

而我國(guó)此時(shí)火電技術(shù)還存在不少問(wèn)題，主要有兩方面：

1.我國(guó)大容量火電發(fā)電設(shè)備安全性、可靠性低，我們是簡(jiǎn)單在低容量機(jī)組基礎(chǔ)上進(jìn)行放大，對(duì)大容量機(jī)組的一些關(guān)鍵技術(shù)還沒(méi)有掌握，自行設(shè)計(jì)缺乏必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)計(jì)算的根據(jù)。

2.我國(guó)大容量火力發(fā)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性能低，發(fā)電煤耗高于國(guó)外機(jī)組。

在改革開放前，我國(guó)電力需求缺口極大，全國(guó)長(zhǎng)期處于缺電狀態(tài)，電力供應(yīng)不足嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因而從1973年開始又重新進(jìn)口大容量的火力發(fā)電設(shè)備，但“買、買、買”畢竟不是長(zhǎng)久之計(jì)。

第二階段（1980~2000），引進(jìn)吸收

1960年代，我國(guó)開始自行研制20萬(wàn)千瓦超高壓火電機(jī)組，從1964年開始設(shè)計(jì)到1979年鑒定定型共花了15年時(shí)間，其中設(shè)計(jì)2年、制造6年、安裝1年、完善化6年。而大量的電力設(shè)備需求，使得70年代中期，我國(guó)進(jìn)口了不少成套火電設(shè)備。

這時(shí)期的突出矛盾是進(jìn)口太貴，自研太慢。

在自研方面，我國(guó)在研究?jī)?chǔ)備、設(shè)計(jì)水平、材料體系、制造工藝等環(huán)節(jié)都很薄弱，自主設(shè)計(jì)新設(shè)備的難度很大。面對(duì)全面的落后，李鵬總理還是強(qiáng)調(diào)“電力工業(yè)發(fā)展必須立足于國(guó)內(nèi)設(shè)備”！

1978年，高層和專家一致認(rèn)為，引進(jìn)技術(shù)可以縮短從研制到批量生產(chǎn)的時(shí)間，可以大大縮小同世界先進(jìn)水平的差距，又可培養(yǎng)技術(shù)力量，為我國(guó)今后發(fā)展更大容量的發(fā)電機(jī)組，以及對(duì)原有國(guó)產(chǎn)30萬(wàn)千瓦以下機(jī)組的技術(shù)改進(jìn)都是十分必要的。

對(duì)于引進(jìn)，我國(guó)并未好高騖遠(yuǎn)選取最尖端技術(shù)，而是選取相對(duì)先進(jìn)、技術(shù)成熟、價(jià)格也適度的技術(shù)。

1979年9月，一機(jī)部、電力部聯(lián)合提出了引進(jìn)30萬(wàn)千瓦、60萬(wàn)千瓦火電機(jī)組制造技術(shù)的請(qǐng)示報(bào)告。1980年6月中旬，一機(jī)部邀請(qǐng)美國(guó)通用電氣公司、西屋電氣公司、燃燒工程公司、撥伯葛（B & W）公司，瑞士勃朗．鮑威利（BBC）公司，法國(guó)阿爾斯通（Alstom）公司6家外商同時(shí)來(lái)華談判（當(dāng)然，這也是中國(guó)引進(jìn)技術(shù)的成熟套路）。1980年9月9日和11月21日，一機(jī)部分別同美國(guó)西屋電氣和燃燒工程公司簽訂了汽輪發(fā)電機(jī)組鍋爐的技術(shù)轉(zhuǎn)讓和購(gòu)買部分零部件合同。電力部同時(shí)從美國(guó)依柏斯庫(kù)工程公司引進(jìn)了電站設(shè)計(jì)技術(shù)。

天佑中華的是，當(dāng)時(shí)國(guó)際火電市場(chǎng)萎縮，各發(fā)電設(shè)備制造廠商都想在中國(guó)這個(gè)大市場(chǎng)上占領(lǐng)一席之地，我們充分利用了這一有利的市場(chǎng)條件，在技術(shù)引進(jìn)的深度上，超過(guò)了傳統(tǒng)國(guó)際上技術(shù)轉(zhuǎn)讓只賣圖紙的程度：

1、外方向我方提供機(jī)組的制造技術(shù)應(yīng)包括設(shè)計(jì)導(dǎo)則、設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算資料、計(jì)算機(jī)程序軟件、制造工藝和工裝圖紙、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量控制方法、外購(gòu)配套件供應(yīng)商名單等。此外，外方還應(yīng)負(fù)責(zé)對(duì)我方技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)。
2、為提高我方管理水平，外商應(yīng)對(duì)我方廠級(jí)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行管理方面的培訓(xùn)，對(duì)我方經(jīng)銷人員進(jìn)行經(jīng)銷技術(shù)的培訓(xùn)。
3、外商要對(duì)我方工廠技術(shù)改造和試制過(guò)程出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，如國(guó)產(chǎn)材料和配套產(chǎn)品代用問(wèn)題提供咨詢服務(wù)。
4、外方應(yīng)提供工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)備安裝調(diào)試和運(yùn)行維修等方面的資料和有關(guān)人員的培訓(xùn)。

外方提供的圖紙資料有薄膜底圖兩套、微縮膠卷兩套、技術(shù)資料四套、成熟的計(jì)算機(jī)程序（包括源程序、程序編制法、程序卡、計(jì)算公式、程序使用說(shuō)明、有關(guān)常數(shù)和圖表等）176項(xiàng)。設(shè)計(jì)圖紙、標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)和主要的技術(shù)轉(zhuǎn)讓資料一式四份，哈爾濱、上海、東方三大發(fā)電設(shè)備制造集團(tuán)公司各持一份，另一份存一機(jī)部陜西資料庫(kù)。

隨后，一機(jī)部統(tǒng)一協(xié)調(diào)安排：

1.30萬(wàn)千瓦機(jī)組由上海電氣聯(lián)合公司負(fù)責(zé)，組織上海汽輪機(jī)廠、電機(jī)廠和鍋爐廠試制。
2.60萬(wàn)千瓦機(jī)組由哈爾濱電站設(shè)備成套公司負(fù)責(zé)，組織哈爾濱汽輪機(jī)廠、電機(jī)廠和鍋爐廠試制。東方汽輪機(jī)廠、鍋爐廠和電機(jī)廠則進(jìn)行協(xié)作配合。
3.30萬(wàn)千瓦考核機(jī)組安裝于山東石橫電廠，60萬(wàn)千瓦考核機(jī)組安裝于安徽平圩電廠。

整體的進(jìn)展順利，30萬(wàn)千瓦考核機(jī)組主機(jī)于1985年12月20日在上海試制完成，1987年6月30日在山東石橫電廠投入運(yùn)行發(fā)電；60萬(wàn)千瓦考核機(jī)組主機(jī)于1987年12月17日在哈爾濱試制完成，1989年11月4日在安徽平圩電廠投入運(yùn)行發(fā)電。經(jīng)考核試驗(yàn)性能測(cè)定，30萬(wàn)千瓦、30萬(wàn)千瓦考核機(jī)組的各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了技術(shù)輸出方的設(shè)計(jì)保證值。

1985年外國(guó)技術(shù)人員在元寶山發(fā)電廠

但是，為了盡快研制出第一臺(tái)考核機(jī)組，當(dāng)時(shí)進(jìn)口了約30%~50％的關(guān)鍵零部件及毛坯，第一臺(tái)考核機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化率約40%。由于從美國(guó)購(gòu)買了較多的零部件和毛坯，又致使30萬(wàn)千瓦考核機(jī)組的售價(jià)高出國(guó)產(chǎn)30萬(wàn)千瓦機(jī)組的兩倍以上。

于是，在“六五”、“七五”期間，明確了攻關(guān)總目標(biāo)，機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化率逐步提高，第二套達(dá)到68%，第三套已經(jīng)超過(guò)75%，第四套達(dá)到80％以上，其中三大主機(jī)的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到85%~90%。機(jī)組的價(jià)格也降了下來(lái)，只有第一臺(tái)考核機(jī)組的一半。

通過(guò)持續(xù)15年的消化吸收、國(guó)產(chǎn)化和優(yōu)化創(chuàng)新，終于孕育了豐碩的成果。30萬(wàn)千瓦、60萬(wàn)千瓦火電機(jī)組形成了批量生產(chǎn)能力，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全可靠性，均達(dá)到了當(dāng)時(shí)國(guó)際同類機(jī)組的先進(jìn)水平。從20世紀(jì)90年代開始，引進(jìn)型30萬(wàn)千瓦、60萬(wàn)千瓦火電設(shè)備成為我國(guó)發(fā)電設(shè)備企業(yè)的主要產(chǎn)品，30萬(wàn)千瓦、60萬(wàn)千瓦火電機(jī)組成為我國(guó)電網(wǎng)的主力機(jī)組。我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量也產(chǎn)生了巨大的跨越。

第三階段（2000年后），技術(shù)跟隨，齊頭并進(jìn)

基于30萬(wàn)千瓦、60萬(wàn)千瓦火電技術(shù)的引時(shí)，在20世紀(jì)末，我國(guó)基本掌握了亞臨界火力發(fā)電技術(shù)，但同期國(guó)外最先進(jìn)技術(shù)水平達(dá)到了超超臨界水平。

80年代后期，我國(guó)也開始關(guān)注超臨界火電機(jī)組的發(fā)展，并開始從國(guó)際上進(jìn)口大容量超臨界機(jī)組。

1992年，首次進(jìn)口的2臺(tái)60萬(wàn)千瓦超臨界火電機(jī)組。
2000年前，又從俄羅斯進(jìn)口了2臺(tái)30萬(wàn)千瓦、2臺(tái)50萬(wàn)千瓦、2臺(tái)80萬(wàn)千瓦機(jī)組，從德國(guó)西門子公司進(jìn)口了2臺(tái)90萬(wàn)千瓦機(jī)組，從日本進(jìn)口了2臺(tái)60萬(wàn)千瓦機(jī)組。
到2000年底，我國(guó)進(jìn)口的超臨界機(jī)組已投運(yùn)12臺(tái)，總?cè)萘?20萬(wàn)千瓦，最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間已近10年，積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了一批掌握超臨界機(jī)組安裝、調(diào)試和運(yùn)行的技術(shù)隊(duì)伍。
2002年，國(guó)家又確定華能集團(tuán)河南沁北電廠一期兩臺(tái)60萬(wàn)千瓦超臨界火電機(jī)組為國(guó)產(chǎn)首臺(tái)示范工程，這兩臺(tái)機(jī)組的蒸汽參數(shù)為24.2MPa566℃/566℃。

通過(guò)與外方幾個(gè)機(jī)組引進(jìn)與合作，我國(guó)哈爾濱、上海、東方三大電氣集團(tuán)開始自主設(shè)計(jì)60萬(wàn)千瓦超臨界火電機(jī)組，2006年“十五”國(guó)家重大技術(shù)裝備研制項(xiàng)目"60萬(wàn)千瓦超臨界火電機(jī)組成套設(shè)備研制"在京通過(guò)驗(yàn)收。經(jīng)西安熱工研究院和上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院測(cè)試，熱耗約為7528kJ/千瓦時(shí)，供電煤耗為293g/千瓦時(shí)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

60萬(wàn)千瓦超臨界汽輪機(jī)

2003年，國(guó)家科技部將超超臨界機(jī)組的參數(shù)與容量的選擇列入“863”科技攻關(guān)課題。哈爾濱、上海、東方三大電站設(shè)備制造集團(tuán)分別從日本三菱、法國(guó)阿爾斯通、德國(guó)西門子、日本日立等公司引進(jìn)100萬(wàn)千瓦超超臨界技術(shù)，并通過(guò)由國(guó)外公司保證性能和質(zhì)量的合作方式，開始制造100萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界機(jī)組。到2010年年底，國(guó)內(nèi)三大電站設(shè)備制造集團(tuán)承接的60萬(wàn)千瓦級(jí)超臨界火電機(jī)組訂單已達(dá)200余臺(tái)，投運(yùn)100余臺(tái)；承接和投標(biāo)的60萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界火電機(jī)組達(dá)76臺(tái)，投運(yùn)30多臺(tái)；承接和投標(biāo)的100萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界機(jī)組94臺(tái)，已投運(yùn)33臺(tái)，在建11臺(tái)。迄今，我國(guó)已成為世界上百萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組投入運(yùn)行最多的國(guó)家之一。

第四階段，登頂世界之巔

我國(guó)在熱電技術(shù)上開始擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在百萬(wàn)千瓦超超臨界二次再熱發(fā)電技術(shù)——我們擁有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，完全自己制造，沒(méi)有依靠國(guó)外技術(shù)力量，也沒(méi)有西門子、阿爾斯通參與制造。

2015年9月，全球首臺(tái)百萬(wàn)千瓦超超臨界二次再熱火電機(jī)組由上海電氣電站集團(tuán)和中國(guó)能建華東電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)和制造，安裝在江蘇泰州發(fā)電廠建成投產(chǎn)。

機(jī)組發(fā)電效率達(dá)47.94%，比當(dāng)今世界最好的二次再熱發(fā)電機(jī)組效率提高0.94%以上，比國(guó)內(nèi)常規(guī)超超臨界一次再熱機(jī)組平均效率提高2.12%。
機(jī)組設(shè)計(jì)發(fā)電煤耗為256.2克/千瓦時(shí)，比當(dāng)今世界最好水平低了5克/千瓦時(shí)，比常規(guī)百萬(wàn)千瓦機(jī)組降低發(fā)電煤耗約10克/千瓦時(shí)。
煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放濃度分別為4.58、20、36毫克每標(biāo)準(zhǔn)立方米。

這臺(tái)機(jī)組創(chuàng)造了發(fā)電效率最高、煤耗指標(biāo)最低、環(huán)保指標(biāo)最優(yōu)等三項(xiàng)世界紀(jì)錄，成為世界領(lǐng)先的發(fā)電技術(shù)！

在火電發(fā)電技術(shù)上，中國(guó)用了近60年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了追趕，達(dá)到了世界最先進(jìn)的水平！

2022年，我國(guó)宣布全面停止新建境外煤電項(xiàng)目，這一措施意外的得到了歐美的一致好評(píng)，如本文開頭所說(shuō)的火電技術(shù)優(yōu)勢(shì)，這一措施無(wú)疑給后發(fā)展中國(guó)家增加了工業(yè)化的難度。

而對(duì)于在風(fēng)電、太陽(yáng)能有巨大優(yōu)勢(shì)的中國(guó)來(lái)說(shuō)，卻是一個(gè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的絕好機(jī)會(huì)！

本文主要參考了郭滿天SZ的《中國(guó)火力發(fā)電技術(shù)的追趕之路》。