兩個月前，由國家電投牽頭的國家科技重大專項──F級30萬千瓦重型燃機已完成主要設計工作，壓氣機、燃燒室和透平等關鍵零部件試制和試驗正在開展，尤其是透平完成第一級靜、動葉鑄件首件鑒定，實現(xiàn)了重型燃機大尺寸高溫透平葉片的自主設計及材料、冶煉、制造等國產(chǎn)化。燃氣輪機國產(chǎn)化進入關鍵時期。
構建完整的重型燃機產(chǎn)業(yè)體系
燃氣輪機技術被譽為“皇冠上的明珠”，其核心技術包括設計能力和試驗能力，必須靠自己研發(fā)。2002年以來，我國通過政府主導、打捆招標的方式引進了E、F級重型燃機的制造技術，目前基本都實現(xiàn)了主要部件的國內(nèi)制造。但國內(nèi)主機廠商僅僅取得了裝配制造技術的國產(chǎn)化，其核心技術還是掌握在國外企業(yè)手中。
2016年底，國家能源局印發(fā)《能源技術創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》指出，掌握微型、小型燃氣輪機設計、試驗和制造技術，實現(xiàn)中型和重型燃氣輪機的設計、試驗和制造自主化。通過引進、消化、吸收、再創(chuàng)新的技術途徑，開展30萬千瓦級重型燃氣輪機整機裝備研制，完成整機設計、關鍵部件試驗及工業(yè)考核，完成樣機制造以及試驗驗證;完成F級5萬~10萬千瓦重型燃氣輪機設計和樣機制造，完成全尺寸燃燒室的全溫全壓性能試驗、透平葉片冷卻效果試驗、整機空負荷試車;實現(xiàn)百千瓦級微型燃氣輪機和兆瓦級小型燃氣輪機分布式發(fā)電系統(tǒng)的應用和大規(guī)模推廣應用。
“雖說目前F和F+燃機實現(xiàn)了國產(chǎn)化制造，但有四個問題仍普遍存在。一是制造技術不完整，例如包括鑄件毛坯在內(nèi)的高溫葉片技術。二是服務技術不自主。三是出口權限被控制。四是研發(fā)技術不掌握，這嚴重制約了整個燃機工業(yè)鏈條的上下游各個產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，也與我國制造強國的發(fā)展目標有巨大差距。”上海電氣燃氣輪機有限公司副董事長陳學文說。
2017年，國家能源局發(fā)布了《依托能源工程推進燃氣輪機創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》重申，到2020年，結(jié)合引進技術消化吸收，我國將突破重型燃氣輪機設計技術、高溫部件制造技術和運行維護技術，解決燃氣發(fā)電項目設備瓶頸，國內(nèi)基本形成完整的重型燃氣輪機產(chǎn)業(yè)體系。各部門、企業(yè)要根據(jù)能源市場需求，在消化吸收引進技術基礎上，加快發(fā)展具備自主知識產(chǎn)權的30萬千瓦級燃氣輪機，并繼續(xù)推動5萬~7萬千瓦等級原型機自主開發(fā)、制造和試驗。在開展F級燃機技術研究的同時，推動G/H級先進高效率燃氣輪機的自主研制工作。以熱部件為標志，進一步完善和提升重型燃機關鍵部件制造技術和能力。
掌握高溫葉片材料和制造技術
在第一批燃氣輪機創(chuàng)新發(fā)展示范項目公示名單中可以看出，重型燃氣輪機核心熱端部件高溫材料與制造技術成為燃氣輪機國產(chǎn)化亟待突破的關鍵問題。
如哈爾濱汽輪機廠有限責任公司依托江蘇華電贛榆海頭3臺25兆瓦級燃氣分布式能源創(chuàng)新發(fā)展示范項目，推進燃燒器、透平葉片等毛坯鑄造、自主加工化制造;上海電氣依托望亭發(fā)電廠二期F級燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程燃氣輪機示范項目，推進全部四級靜/動葉、燃燒器、持環(huán)、密封環(huán)等的毛坯鑄造及加工制造，以及控制系統(tǒng)自主化設計;東方汽輪機有限公司依托四川華電內(nèi)江白馬兩臺40萬千瓦級重型調(diào)峰燃機項目，推進第三級靜葉、第四級動/靜葉的毛坯鑄造(含認證)及加工制造。
《能源技術創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》強調(diào)，掌握F級重型燃氣輪機高溫材料與制造技術，未來突破G/H、J級重型燃氣輪機葉片材料及制造關鍵技術。
研究內(nèi)容包括開展抗熱腐蝕等軸晶鑄造高溫合金及大型渦輪葉片工程化應用技術研究、高強抗熱腐蝕定向合金及定向空心渦輪工作葉片工程化應用技術研究，完成F級重燃用一、二級和G/H級重燃二級渦輪動葉片的研制與考核驗證。突破抗熱腐蝕單晶高溫合金和大型單晶空心葉片制造技術，形成制造規(guī)范和驗收標準。開展超級氣冷葉片制造技術研究、高溫長壽命50攝氏度和100攝氏度熱障涂層材料及應用技術研究，發(fā)展渦輪葉片用長壽命高溫防護熱障涂層成套技術及涂層使役評估方法和壽命預測模型。建立燃機葉片使役損傷檢測評價標準和基于組織損傷的壽命評估技術。
從全球重型燃機研發(fā)的趨勢看，要進一步提高功率和效率參數(shù)、降低氮氧化物排放水平、提升運行靈活性包括啟停機組的速度和部分負荷下的效率。進一步延長熱部件壽命和降低全生命周期的使用成本，進一步增加燃料適應性。
