分布式天然氣動(dòng)力裝備國產(chǎn)化現(xiàn)狀及發(fā)展

　　(一)天然氣分布式能源動(dòng)力裝備國產(chǎn)化發(fā)展現(xiàn)狀

　　天然氣分布式能源系統(tǒng)中原動(dòng)機(jī)是主要設(shè)備之一，根據(jù)所帶負(fù)荷的不同，一般選用微燃機(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。據(jù)中國城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)分布式能源專業(yè)委員會(huì)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2015年年底已建天然氣分布式能源項(xiàng)目中采用微燃機(jī)73臺(tái)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)133臺(tái)、燃?xì)廨啓C(jī)32臺(tái)。其中燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)數(shù)量占比最多，燃?xì)廨啓C(jī)裝機(jī)占比最高。

　　燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電形式占地面積小、發(fā)電效率高、余熱易于回收，比較適合于具有電、冷、蒸汽負(fù)荷綜合需求的工業(yè)園區(qū)等或需要電力調(diào)峰的地區(qū)。燃?xì)廨啓C(jī)分類方式很多，根據(jù)功率可大致分為微型、輕型、重型燃?xì)廨啓C(jī)。先進(jìn)國家的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率已經(jīng)超過40%，國內(nèi)目前不到30%，差距比較大。

　　燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)是一種傳統(tǒng)的能源利用設(shè)備，應(yīng)用非常普遍。當(dāng)其規(guī)模較小時(shí)，發(fā)電效率明顯比燃?xì)廨啓C(jī)高，一般在30%以上，并且初投資較低，因而在一些小型的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中往往采用這種形式。但由于余熱回收復(fù)雜而品質(zhì)又不高，因此不適于供熱溫度要求高的場合。目前國外燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率已經(jīng)達(dá)到43%，國產(chǎn)設(shè)備一般在32%左右。

　　微燃機(jī)是近幾年才開發(fā)出來的，在美國首次用在汽車上，體積小、無污染、無噪音，并便于搬運(yùn)和安裝，能提供質(zhì)優(yōu)的熱、電、冷能源。單獨(dú)發(fā)電效率一般不超過30%，但產(chǎn)生的余熱熱源較易得到利用，熱電聯(lián)產(chǎn)的整體效率仍可以達(dá)到75%以上。

　　表2將一般用于天然氣分布式能源系統(tǒng)的三種動(dòng)力設(shè)備的主要參數(shù)列出，便于對(duì)比。

　　1、燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化現(xiàn)狀

　　●重型燃?xì)廨啓C(jī)

　　目前國內(nèi)研制和生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)的廠家主要有哈爾濱動(dòng)力設(shè)備股份有限公司、東方 汽輪機(jī)有限公司、上海電氣集團(tuán)、南京汽輪機(jī)(集團(tuán))有限公司等。這些廠家通過與國外燃機(jī)輪機(jī)制造商成立合資公司引進(jìn)技術(shù)裝備，以期逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)裝備的國產(chǎn)化。但目前我國只引進(jìn)了燃?xì)廨啓C(jī)的制造技術(shù)，外方堅(jiān)持不轉(zhuǎn)讓燃?xì)廨啓C(jī)任何設(shè)計(jì)技術(shù)、熱端部件制造技術(shù)，所以國內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)廠家對(duì)核心技術(shù)還不完全掌握，整機(jī)檢修維護(hù)依賴原廠商，維修費(fèi)用昂貴。

　　哈爾濱動(dòng)力設(shè)備股份有限公司自2003年以來與GE公司合作，生產(chǎn)PG9351(FA)型燃?xì)廨啓C(jī)，累計(jì)為中國用戶提供超過50臺(tái)份不同配置的先進(jìn)燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。目前9FA實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化率70%，計(jì)劃于2020年實(shí)現(xiàn)80%的國產(chǎn)化率目標(biāo)。

　　東方 電氣集團(tuán)與三菱公司合作，引進(jìn)生產(chǎn)M701D及M701F型燃?xì)廨啓C(jī)，三菱重工將67%的燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù)轉(zhuǎn)讓給東汽，使產(chǎn)品水平能達(dá)到國際80年代末或90年代初的水平，其余33%制造技術(shù)則轉(zhuǎn)讓給東方和三菱組建的廣州南沙合資工廠，目前綜合國產(chǎn)化率達(dá)到78%。

　　2004年，上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)了西門子公司V94.3A和V94.2型燃?xì)廨啓C(jī)，上海汽輪機(jī)有限公司獲得除熱部件以外的全部圖紙資料，相關(guān)部件國產(chǎn)化率達(dá)到50%。上海電氣集團(tuán)股份有限公司與西門子合資成立的燃機(jī)熱部件公司，專業(yè)生產(chǎn)F級(jí)和E級(jí)整套高溫部件，本地化比例為43%。2014年5月，上海電氣收購安薩爾多能源公司40%股權(quán)，截止2016年6月，上海電氣通過與安薩爾多合作，獲得了國內(nèi)8臺(tái)/套機(jī)組的長協(xié)服務(wù)，成功打破了跨國公司對(duì)于高附加值服務(wù)市場的壟斷。

　　南京汽輪機(jī)廠于上世紀(jì)80年代與GE開始合作，主要是重型燃機(jī)系列中的中、小型機(jī)組。2004年，南京汽輪機(jī)(集團(tuán))有限公司與GE公司簽訂了9E燃機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，9E系列以價(jià)值量計(jì)算的國產(chǎn)化率在35-45%。

　　2012年12月，中國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一臺(tái)重型燃?xì)廨啓C(jī)—中航工業(yè)黎明R0110重型燃?xì)廨啓C(jī)完成72小時(shí)帶負(fù)荷試驗(yàn)運(yùn)行考核。R0110額定功率114500kW，熱效率36%，它的研制成功預(yù)示著我國將成為世界上第五個(gè)具備重型燃?xì)廨啓C(jī)研制能力的國家。一些應(yīng)急移動(dòng)電源已經(jīng)小批進(jìn)入市場，用于整體煤氣化工程(IGCC)的中低熱值重型燃?xì)廨啓C(jī)(E+、FA級(jí)級(jí))、用于分布式能源的兆瓦級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)正在研制中。

　　自2008年以來，北京華清燃機(jī)公司依托清華大學(xué)完成了燃?xì)廨啓C(jī)的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、核心技術(shù)開發(fā)和實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，完成了國產(chǎn)F級(jí)300MW重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)驗(yàn)證機(jī)CGT-60F。

　　●輕型燃?xì)廨啓C(jī)

　　華電通用輕型燃機(jī)設(shè)備有限公司主要從事LM2500+G4和LM6000 PD/PF兩種機(jī)型發(fā)電機(jī)組的成套組裝以及測試。2014年10月，華電首套航改型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組宣告順利下線，目前，成套設(shè)備中有20%的部件已經(jīng)國產(chǎn)化。

　　中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司與中國航空研究院沈陽六O六所等單位研制生產(chǎn)出了QD-128燃?xì)廨啓C(jī)，輸出功率不小于11500KW，這是我國第一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃?xì)廨啓C(jī)。

　　2015年4月28日，中科院協(xié)鑫金雞湖天然氣分布式能源項(xiàng)目正式投運(yùn)，項(xiàng)目主設(shè)備燃?xì)廨啓C(jī)由中國科學(xué)院上海高等研究院牽頭自主研發(fā)和制造。該型燃?xì)廨啓C(jī)目前有1250kW、2000kW兩個(gè)型號(hào)，該型燃?xì)廨啓C(jī)在上?？萍即髮W(xué)分布式能源中心一期建設(shè)1.25MW國產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)平臺(tái)，并在上海浦東前灘建設(shè)一臺(tái)2000kW國產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)示范驗(yàn)證平臺(tái)。

　　國家能源局授牌成立國家能源燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)研發(fā)中心，已建成燃?xì)廨啓C(jī)大型綜合技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、關(guān)鍵部件實(shí)驗(yàn)室、整機(jī)試驗(yàn)臺(tái)等，基本滿足30MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)部件和整機(jī)試驗(yàn)的條件。研發(fā)中心開展了GT25000燃?xì)廨啓C(jī)第二階段國產(chǎn)化工作，綜合國產(chǎn)化率達(dá)到98.1%，技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)規(guī)格書規(guī)定的要求。目前正在進(jìn)行第三階段國產(chǎn)化研制，主要目的是提高機(jī)組可靠性。

　　●微型燃?xì)廨啓C(jī)

　　微型燃?xì)廨啓C(jī)用于天然氣分布式能源系統(tǒng)的歷史較短，目前相關(guān)技術(shù)主要被歐美國家壟斷掌握。國內(nèi)對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組及其設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作。

　　上海航天能源股份有限公司與美國Capstone公司長期合作，開展微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組零部件設(shè)計(jì)制造，研制完成了微型分布式熱電(冷)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架及具有商業(yè)化運(yùn)營價(jià)值的樣板工程，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首個(gè)撬裝式可移動(dòng)天然氣微型燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)裝置研發(fā)應(yīng)用。

　　上海交通大學(xué)長期從事微型燃?xì)廨啓C(jī)研究，同時(shí)與上海航天能源股份有限公司和澳大利亞聯(lián)邦研究院在低熱值燃?xì)夥€(wěn)定燃燒技術(shù)研究上進(jìn)行了長期合作，研制了30kW、50kW低熱值微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置。

　　哈爾濱東安科技開發(fā)公司研制的國內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的WD18微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組于2015年4月完成滿載運(yùn)行，研制取得成功，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

　　沈陽黎明公司微型燃機(jī)項(xiàng)目于2001年啟動(dòng)，生產(chǎn)的WD095微型燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用了大量高新技術(shù)，如：高速永磁電機(jī)技術(shù)、低污染燃燒技術(shù)、高效回?zé)峒夹g(shù)等，這些高新技術(shù)的應(yīng)用極大優(yōu)化了機(jī)組的性能。

　　中國科學(xué)院工程熱物理研究所、哈爾濱東安集團(tuán)、西安交通大學(xué)三家單位在國家“863計(jì)劃”的支持下組成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合體，已經(jīng)完成100kW級(jí)微型燃?xì)廨啓C(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)并通過驗(yàn)收。

　　總體而言，我國微型燃?xì)廨啓C(jī)研制與世界先進(jìn)水平差距較大，還沒有商業(yè)化應(yīng)用。

　　2、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)國產(chǎn)化現(xiàn)狀

　　目前1MW以上大功率燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組幾乎完全依賴進(jìn)口，設(shè)備投資和運(yùn)維成本高，嚴(yán)重制約了我國天然氣分布式能源的發(fā)展。國內(nèi)制造的功率主要在1000kW以下，具有一定的設(shè)備制造工藝經(jīng)驗(yàn)，主要采取與國外公司研制開發(fā)、自行研制開發(fā)、技術(shù)引進(jìn)許可證生產(chǎn)等路徑。

　　中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所和洋馬能源系統(tǒng)株式會(huì)社合作開發(fā)SMDERI SY350G天然氣熱電聯(lián)供機(jī)組，該機(jī)組按照天然氣熱電聯(lián)供要求采用了ALL-IN-ONE的高系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，適合于賓館、醫(yī)院等天然氣分布式能源項(xiàng)目。

　　河柴重工以引進(jìn)的德國道依茨—曼海姆發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)和原動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，先后自主研發(fā)完成了CHG620系列燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電效率達(dá)到進(jìn)口機(jī)組95%，發(fā)電效率最高達(dá)38%，綜合利用效率78%以上，運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用成本較進(jìn)口機(jī)組大幅下降。

　　勝利油田勝利動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公司專門從事燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組裝備研發(fā)制造，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組主要有6190、12V190、16V190和20V190四大系列，單機(jī)功率覆蓋200-1800kW，發(fā)電電壓有400V、6300V、10500V三種，主導(dǎo)產(chǎn)品是190系列。產(chǎn)品適用于天然氣、石油伴生氣、煤礦瓦斯、垃圾填埋氣等多種氣源。采用了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃?xì)饪焖倩旌霞夹g(shù)，可利用燃?xì)獾淖畹蜔嶂颠_(dá)4MJ/Nm 3，采用廢氣脈沖增壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃?xì)庀”∪紵捎昧司哂凶灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)。

　　廣州柴油機(jī)廠股份有限公司主要生產(chǎn)230SG天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，功率范圍涵蓋580kW-1000kW。

　　濟(jì)南柴油機(jī)股份有限公司燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)功率范圍涵蓋110-1500kW。

　　濰柴燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組功率范圍為30-800kW。

　　淄博柴油機(jī)總公司主導(dǎo)產(chǎn)品有Z170天然氣、沼氣發(fā)電機(jī)組。

　　目前，國產(chǎn)天然氣內(nèi)燃機(jī)還存在后燃、爆燃嚴(yán)重、排煙溫度高，核心部件熱負(fù)荷高，燃燒效率低、發(fā)電效率低等問題。在機(jī)組的長壽命可靠性、體積功率、機(jī)械精密加工、減震降噪、可變幾何渦輪增壓以及高增壓(米勒循環(huán))、多氣源適應(yīng)性、排放性能等方面還存在較大差距。

　　(二)天然氣分布式能源動(dòng)力裝備國產(chǎn)化規(guī)劃及展望

　　《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》制定了天然氣分布式能源主要裝備的研制目標(biāo)，當(dāng)天然氣分布式能源項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模達(dá)到500萬千瓦時(shí)，解決分布式能源系統(tǒng)集成，裝備自主化率達(dá)到60%;當(dāng)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1000萬千瓦時(shí)，基本解決中小型、微型燃?xì)廨啓C(jī)等核心裝備自主制造，裝備自主化率達(dá)到90%;到2020年，在全國規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5000萬千瓦，初步實(shí)現(xiàn)分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)化。

　　《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)》提出到2020年自主創(chuàng)新目標(biāo)：突破熱端部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)，具備高性能復(fù)合材料大規(guī)模制備技術(shù);建成微型、小型和中型燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)試驗(yàn)平臺(tái);實(shí)現(xiàn)1MW以下級(jí)微小型燃?xì)廨啓C(jī)及分布式供能系統(tǒng)、1-10MW級(jí)小型燃?xì)廨啓C(jī)和10-50MW級(jí)工業(yè)驅(qū)動(dòng)用中型燃?xì)廨啓C(jī)的產(chǎn)業(yè)化。

　　《中國制造2025—能源裝備實(shí)施方案》確定了15個(gè)領(lǐng)域的能源裝備發(fā)展任務(wù)，在電力裝備領(lǐng)域，提出燃?xì)廨啓C(jī)的裝備技術(shù)實(shí)施方案。

　　百千瓦級(jí)微型燃?xì)廨啓C(jī)：突破整體插拔式單筒燃燒室和回流，燃燒室高效低污染設(shè)計(jì)技術(shù)、離心壓氣機(jī)和向心渦輪設(shè)計(jì)、加工與試驗(yàn)驗(yàn)證、高效回?zé)崞髟O(shè)計(jì)與驗(yàn)證、燃用多種燃料燃燒器關(guān)鍵技術(shù)、燃?xì)廨啓C(jī)與高速電機(jī)一體化設(shè)計(jì)、燃機(jī)-傳動(dòng)系統(tǒng)軸承軸系的結(jié)構(gòu)完整性和動(dòng)力穩(wěn)定性技術(shù)和氣浮軸承與磁懸浮軸承技術(shù)。

　　5MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)：突破高性能壓氣機(jī)設(shè)計(jì)、低排放及雙燃料燃燒室設(shè)計(jì)、高性能渦輪設(shè)計(jì)、伴生氣和煤制氣等低熱值燃料燃燒室研制，完成 5MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件試驗(yàn)、樣機(jī)制造與整機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　10MW級(jí)工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)：突破高性能壓氣機(jī)設(shè)計(jì)、高性能低排放及雙燃料燃燒室設(shè)計(jì)、高溫氣冷渦輪設(shè)計(jì)技術(shù)和數(shù)字式控制系統(tǒng)技術(shù)，完成10MW 級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件試驗(yàn)、樣機(jī)制造與整機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　30MW級(jí)中型工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)：突破高性能高穩(wěn)定性軸流壓氣機(jī)技術(shù)、高穩(wěn)定性、干式、低排放燃燒室技術(shù)、中低熱值合成氣、生物質(zhì)等多種燃料燃(續(xù)表)燒室技術(shù)、高性能、長壽命渦輪技術(shù)、多軸系結(jié)構(gòu)渦輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)，變載荷及頻繁起停工況下的系統(tǒng)控制技術(shù)、多余度數(shù)字控制及狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)，完成30MW級(jí)先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件試驗(yàn)、樣機(jī)制造與整機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　50-70MW等級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)：突破高性能軸流壓氣機(jī)、低排放燃燒室、高性能渦輪等關(guān)鍵部件制造、高熱聲穩(wěn)定性、高預(yù)混度的斜向旋流通路設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)、基于預(yù)混值班的低排放多路燃料控制技術(shù);開展常壓和全壓燃燒試驗(yàn)，掌握50-70MW等級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)低排放、性能優(yōu)化、全生命周期管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷等技術(shù);開展二次空氣系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，掌握先進(jìn)密封技術(shù)在燃?xì)廨啓C(jī)上的應(yīng)用技術(shù);開展先進(jìn)TBC涂層及粘結(jié)層的新材料和新工藝研究，提高TBC涂層的抗高溫能力進(jìn)一步降低熱導(dǎo)率，提高粘結(jié)層的抗氧化性能。建立基于產(chǎn)品生命周期管理的應(yīng)用技術(shù)、基于PDMS平臺(tái)的多學(xué)科跨專業(yè)一體化3D開發(fā)、燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)物理仿真數(shù)字平臺(tái)，完成整機(jī)關(guān)鍵部件試驗(yàn)、樣機(jī)試驗(yàn)及工業(yè)考核。

　　鼓勵(lì)后續(xù)所有分布式能源項(xiàng)目和燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目采用自主研制設(shè)備和相關(guān)控制系統(tǒng)。