中船集团七〇三所海上平台燃气轮机发电机组项目。(资料图片)

中船集团七〇三所CGT3燃气轮机。(资料图片)

今年1月,我国自主研制的3兆瓦级CGT3燃气轮机发布,标志着我国在中小型燃气轮机领域实现关键突破。

燃气轮机是国之重器,被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”,是一国工业技术基础、科技水平和综合国力的象征。在位于哈尔滨的中国船舶集团有限公司第七〇三研究所(以下简称“七〇三所”),科技工作者们用数十年的坚守与创新,成功打破国外垄断,研发生产出CGT系列燃气轮机,为我国能源大动脉安上强劲的“中国心”。

突破核心技术

2018年以前,我国天然气输送、海洋油气开发领域在用的工业燃气轮机高度依赖进口。要保障能源安全,必须依靠自主创新,努力打破这一局面。

围绕关键技术创新,七〇三所持续开展攻关。其中,双燃料切换技术的突破十分有代表性。

在海上油气开采平台,开采初期需使用柴油发电,待开采出石油后,则可利用伴生天然气。为保障平台持续输出电能,机组必须在运行状态下完成燃料的快速切换。

由于柴油与天然气的热值差异巨大,燃烧特性截然不同,切换时极易出现功率波动。为此,七〇三所研发团队提出了“双燃料喷嘴一体化设计”方案,将油路和气路精准集成在同一个喷嘴中。团队从零起步,搭建专用试验平台,在试验中不断摸索,夜以继日地记录数据、调整参数。最终,他们成功研发出“双燃料同步双向调节+定向补给”智能策略,实现了燃料的在线快速平稳切换。

“我们的控制逻辑完全是自主可控的。”七〇三所燃气轮机事业部副部长王琦介绍,该所构建了自主完整的工业燃气轮机全寿命一体化技术体系,突破了气体燃料低氮氧化物排放和双燃料高效稳定燃烧技术、恶劣服役环境下关键部件高可靠设计、多目标多参数耦合的自适应全权限数字控制系统设计等多项关键技术,并将这些技术成功应用到CGT系列工业燃气轮机中,大幅提升了设备性能。

拓展应用场景

技术突破的价值在于应用。七〇三所的成功不仅体现在试验数据,更在于其产品在极端环境和关键基础设施中的可靠表现,逐步构建了从单一型号到覆盖3兆瓦—50兆瓦功率范围的CGT系列产品谱系。

在国家能源大动脉——西气东输管线上,天然气每行进150公里至200公里便需一个增压站。七〇三所研制的30MW级燃驱压缩机组针对荒漠戈壁环境设计,功率强劲,可靠性高。目前,已有8台机组投入使用,不仅填补了国内空白,更极大降低了国家能源运输成本。

在海上油气开采平台上,七〇三所的25MW双燃料燃气轮机发电机组被视为“核心动力”。由于海上平台远离陆地,对供电可靠性要求极高。双燃料机组不但能实现燃料系统的快速切换,确保平台电力持续稳定供应,还针对盐雾环境做了耐腐蚀设计,自2018年首台机组应用以来,已稳定运行数万个小时。

七〇三所还将燃气轮机装在车上,研制出中大功率移动电站。王琦介绍:“这套系统可以用于抢险救灾,只要给它提供燃料,就可以为一个四五十万人口的城市提供源源不断的电力。”这套移动电站还能在极寒环境中使用,团队攻克了水管冻结、滑油黏稠、天然气点火困难等一系列极端环境适应性难题,实现了从进场到供电仅需72小时的高效保障。

在我国的部分南方城市,七〇三所的燃气轮机还应用于分布式能源站。当机组发电后,高达500摄氏度的排气被回收进入余热锅炉,可用于供热或制冷,实现了能源的梯级利用,将天然气的利用效率发挥到极致,契合了绿色低碳发展理念。

随着全球去碳化、能源调峰、人工智能数据中心的快速发展,中小型燃气轮机在国内外市场迎来了快速增长。国内“双碳”战略与国产化政策,也为燃机在电力、分布式能源领域打开了广阔空间。从西气东输的荒漠戈壁到南海的蔚蓝平台,再到北极圈的极寒地带,CGT系列燃气轮机正在多个关键领域发挥作用。

保障能源安全

能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题。七〇三所自主研制的CGT系列燃气轮机,其意义远超产品本身,不仅体现在经济账上,更为国家能源战略安全筑起了一道坚实屏障。

“以前设备只能从国外进口,完全是受制于人。”王琦说。曾几何时,我国天然气长输管线、海上平台的核心动力装备依赖进口,不仅设备采购价格高昂,后续的备件供应、维修服务等也处处受限,甚至面临断供风险。CGT系列燃气轮机的问世,标志着我国在能源动力装备领域实现了完全自主可控。

此外,电驱压缩机虽在我国中东部电网发达地区广泛应用,但在西北戈壁滩上的增压站,电网不能全面覆盖,必须依靠燃气轮机驱动。同时,由于电网本身存在故障风险,一旦停电,整个输送管线将陷入瘫痪。而燃驱压缩机组的独立性和可靠性,则为我国能源大动脉的安全稳定提供了坚实保障。同样,在海上平台,双燃料机组确保了采油作业在任何情况下都能持续进行,避免了因断电造成的巨大经济损失和油井损坏风险。

技术的先进性与产品的可靠性,为七〇三所的产品赢得了国际市场的认可。目前,CGT系列燃气轮机已实现批量出口,在海外多个商业项目中成功运行,实现了高端装备“扬帆出海”。这不仅是中国制造向中国创造转变的生动实践,也提升了我国在全球燃气轮机市场的话语权。

未来,燃气轮机发展将围绕“高效、低碳、灵活、智能”方向,深度适配新形势下能源体系的需求。“我们抓住这一历史机遇,坚持创新驱动,加快数智化技术创新应用,持续强化体系能力建设。”七〇三所副所长孙鹏说,该所将进一步打造高效协同的供应链体系以及自主先进、覆盖全领域的产品型谱,以客户为中心提供全维度高价值的一体化解决方案,持续做强中国燃机品牌,为全球市场提供更优质的中国方案。