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我国发展燃气轮机的可行道路  

2007-02-28 16:09:16|  分类: 国防工业 |  标签: |举报 |字号 订阅

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(本文为中国动力工程学会委托专稿)

【摘要】本文详细论述了燃气轮机在全世界,尤其在我国的发展前景,提出了在相当长的时期内我国一次能源仍以煤为主的情况下,发展燃气轮机尤为迫切。分析了世界燃气轮机发展的两个显著特点和我国发展燃气轮机现已具备的条件,提出了以成熟的核心机为基础的"渐进改造"自主开发和扩大国际合作生产两者并举的道路,是目前我国发展燃气轮机工业的现实途径。文中还对政府的作用和政策措施作出的建议。

【内容】

I. 燃气轮机是21世纪动力设备的核心

II. 我国燃气轮机发展处于"十字路口"和"关键时刻",是进?是退?

III. 国外燃气轮机发展的两个显著特点

IV. "多快好省"发展我国燃气轮机的道路

V. 两条具体实施途径

VI. 政府作用,政策措施与机制

VII. 结论

我国发展燃气轮机的可行道路

引言 先进燃气轮机是21世纪动力设备的核心,也是目前世界上标志一个国家工业基础先进程度的关键技术。我国在经济、技术、科学、环境、金融…全球化的条件下,要不要搞燃气轮机?有没有可能搞燃气轮机?怎样才有可能把燃气轮机搞上去?这是我国动力行业,乃至于全国都关注的问题。本文试图对这些问题提出自己的看法。

I. 燃气轮机是21世纪动力设备的核心

a. 总的发展趋势

在60年代,由于燃气轮机的单机功率较低(数个到数十MW,热效率为20%~28%),因而只能作为电网尖峰负荷机组和紧急备用机组,在工业发达国家,其容量只占电网总容量的8%~10%。此外,在机车,坦克,甚至汽车方面也有过应用燃气轮机的尝试,但是由于种种原因没有形成规模气候。

但是从80年代以来,由于气动、材料、加工工艺的技术进步,燃气轮机及由其组成的联合循环获得了迅速的发展。目前简单循环燃气轮机功率已达260MW,净效率为37%~41%(透平前温已达1400℃,并还在向进一步提高的方向努力);联合循环的单机功率为390MW,净效率达56%~58%(60%)。因而,它已能用来带基本负荷和中间负荷,同时也具备调峰能力。特别是当天然气资源被广泛开发和应用后,燃气轮机及其联合循环已经成为全世界电力工业中的主力机组。例如,据统计,1998年欧洲21个国家的新增电力设备容量中,81%是燃用天然气的燃气轮机及其联合循环。美国能源部估计,从1997年到2020年之间美国天然气燃气轮机及其联合循环电站的发电量将增加3倍。

此外,燃气轮机还能被广泛地应用于海军、坦克等军事设备上,例如20年代后,英美等新建的驱逐舰、护卫舰等水面舰艇的动力已经燃机化,到1987年国外舰用主推进燃机的功率总数已达3800万马力。又如,美国MIA主战坦克和俄罗斯的T-80坦克都采用了燃气轮机作为动力。

随着电力系统的放松控制(deregulation)以及世界上分布式热、电、冷联供的发展(就地解决热、电、冷供热,减少输运损失,提高安全性),中、小型燃气轮机是最适合分布式热、电、冷联供的动力机械,它将会有更多、更大的发展前景。

生物质燃料是再生能源的重要组成部分,作为广大农村生物质能的现代化利用的核心,小型和微型燃气轮机(microturbine)亦前景看好。

燃料电池作为由化学能直接转化成电能的装置,由于它不受热力学中卡诺循环的限制,转换效率高,达60%以上。这种装置噪音小,效率不受功率大小的影响(可以从几十千瓦到几千千瓦)。其中溶融碳酸燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)若和燃气轮机组成先进的联合循环,其净效率可达70%。

美国能源部提出21世纪展望(Vision 21)(见图1)就是燃料电池与燃气轮机组成的联合循环。它以煤、渣油或是生物质气化为龙头,除了发电外,考虑到制氢和二氧化碳埋存,争取达到零排放。从安排来看,能源部准备投入几十亿美金从各个角度开展研究和开发工作,争取早日实施。而这种能源系统的先期设备IGCC已经进入商业示范运行阶段,技术上已渐趋成熟,它必将成为21世纪洁净煤多联产技术的基础。

展望21 (Vision 21) 能源系统

综上述,燃气轮机及其联合循环将成为21世纪世界发电设备和重要军事设备动力的主力军。燃气轮机工业的水平将成为一个国家工业先进程度的标志。

b. 我国对燃气轮机的需求尤为迫切

按现有的技术水平我国的能源系统是不可持续发展的,这是因为:

l 我国人均用能水平将不断提高,目前是1000kgce/人年,比起美国,日本,俄罗斯相差5~10倍。即使我国要提倡相对节俭的、少耗能的生活方式,估计在2030~2050年,我国人均用能仍将达到2500~3000 kgce/人年。相应的环境污染将成倍增加。

l 我国人均电力装置容量只有0.2kW,达到小康水平至少要1.0kW,即比目前要增加5倍,达到的14~16亿kW,届时CO2,SO2,NOx,TSP的排放量都相应成倍增加。

即使脱硫率为95%,并安装了先进的低NOx燃烧器和脱硝装置,其污染程度还是十分可观的,比起整体煤气化联合循环(IGCC)和天然气联合循环有较大差距。IGCC的排放只有常规燃煤电站的1/5左右。因此,从可持续发展角度,中国利用煤的火电一定要走上气化的道路,这样才能达到真正的煤的清洁利用,十分明显其核心部分就是燃气轮机。

l 我国石油、天然气资源相对匮乏。目前我国石油的采储比不到15,比世界平均值40要低得多。多种预测表明,我国石油产量今后只能维持现有水平或略有增加(1.0~2.0亿吨/年)。目前我国对液体燃料的需求不断增加,1999年已进口4000万吨,预计在2005年将是9000万吨,2010年将达到1.6亿吨。这些数据是相当惊人的,一方面要消耗大量的外汇,使国民经济受到国际油价的影响和冲击,另一方面,能源安全问题也是十分严重的。因而,使煤通过气化,生产液体燃料,并和以燃气轮机为核心的电力生产结合起来,是一条可持续发展的道路。

从最近十几年IGCC及其它形式的煤的清洁利用的情况来看,由于追求本身发电的高效率(例如,粗煤气显热的充分利用),不得不加强"整体性",使它们的系统过于复杂,导致系统的可用率降低,难于在经济上和常规电站或燃用天然气的电站竞争。荷兰Buggenum IGCC电站94年以来运行和调试数据表明,在经济上、可靠性上还有差距,似乎还需要天然气"保驾"。随着化学工业中"一步法"(once through)生产甲醇、二甲醚(DME)和F-T合成燃料的技术进步(更有效的催化剂和催化工程),新型先进膜分离技术逐步从科研进入生产过程,以及大型煤气化装置的规模效应(5000t/d的气化炉要比2000t/天气化炉的单位投资低30%),提出了以煤气化为核心的多联产的方案(见图2),即以煤为原料在高清洁地生产电力的同时,又用"一步法"生产甲醇,二甲醚和其它液体燃料,亦可生产合成气作为城市煤气。把合成?quot;一步"通过液相反应器(甲醇或二甲醚),把未反应的合成气不再分离作下一步反应,而是进入IGCC的燃烧室作为燃烧发电。这样做可以达到:

△ 由于生产甲醇,二甲醚的生产工艺简化,使基本投资下降30%~40%,单位产品价格下降20~30%,总煤耗下降20%。这样,可使煤的清洁利用、清洁电力生产具有与常规能源的竞争能力。

△ 各个产品之间可以互相调节,峰谷互补。

△ 可以利用我国大量的高硫煤,使资源充分发挥作用。

△ 将来随着分布式供电的发展,大规模联产、城市煤气用于分布式热、电、冷联产,有可观的经济和环境效益。

只要国家统一安排,各工业部门密切合作,电网给予多联产所生产的电力有合理的电价,多联产在我国能源系统中将发挥越来越重要的作用,占有越来越大的份额。而多联产的核心亦是容量大小不一的燃气轮机。

总之,对中国来说,为了可持续发展,保护环境,保证能源安全,对燃气轮机的需求尤为迫切。这是客观发展的必然规律,是社会生产力发展的需要,不是人的主观所能改变得了的。及早地规划,仔细的安排才是我们的出路。

此外,还有一个新的有利情况,我国天然气资源要比石油资源的前景好,我国正在筹建的新疆-上海的西气东输的巨大工程,正与俄罗斯,哈萨克斯坦谈判引进400~600亿m3/年天然气,天然气在总体能源结构上的比例将不断增加(从目前2%有望到2015~2020年达到10%)。天然气本身输送亦需大量的燃气轮机来带动压气机,输气管终端约有40%天然气将用于高效发电,以改善环境质量。这对燃气轮机的发展也是一个巨大的推动力。

进而,为了开发西部需要相当数量的大马力(8000~10000马力)机车用燃气轮机。为增强我国国防能力,除了航空发动机外,舰用(导弹驱逐舰,两栖登陆舰)亦迫切需要功率从7000kW到20000kW的燃气轮机。

II. 我国燃气轮机发展处于"十字路口"和"关键时刻",是进?是退?

如前述,由于新技术的发展和市场的驱动,燃气轮机技术发展十分迅速,我国从近期(天然气管线输送和发电,机车,舰用…)以及远期(以煤气化为核心的多联产)都有巨大的市场。但可惜的是我国燃气轮机制造业由于多年的"蹉跎岁月"远没有形成先进燃气轮机自我开发和制造的能力。虽然这几十年做过不少的努力。如56年在清华大学建立燃气轮机专业;仿制过原苏联的1500千瓦,12000千瓦燃气轮机;自己设计制造过200千瓦,1000千瓦,6000千瓦发电用燃气轮机以及3000马力,4000马力机车燃气轮机;测绘并制造过23000千瓦JB机组;和GE公司合作生产3600千瓦机组。这些经验对我们都是十分宝贵的,但面对目前要大发展的现实,仍然十分"彷徨"。心中无底的是:

● 和国外合作生产只能当"小伙计",不可能获得核心技术。从世界发展来看,先进燃气轮机生产已集中在几家大公司,如GE,Siemens,ABB,这些公司对燃气轮机最核心的部分都是垄断的关键技术,决不会轻易转让。我国南京汽轮电机厂虽已多年与GE合作生产MS6001系列燃机多台,但对南汽厂提出的合作生产E系列的要求反映却十分冷漠;上汽与Westinghouse(现Siemens)合作也是进展缓慢。外国大公司要控制、争夺中国的市场是他们既定的目标和本意所在,要通过与他们合作培植我们自己真正的燃气轮机工业,在国内、国外市场上占有真正的份额,是难上加难。

● 自己埋头苦干,集中力量研制。这条路在目前市场全球化,我国加入WTO的情况下,也很难走通,一是太慢,二是市场份额也争不到。我国航空发动机的研制,虽然国家已投入不少人力财力,但仍没有一台完全自己发展的、可与国外竞争的发动机,便是前车之鉴。

● 利用我国海军已引进的乌克兰技术,在此基础上发展。从参数和性能来看,起点太低,赶不上世界发展趋势,也不会有好的市场前景。

对燃气轮机来说,过去深刻教训是:没有市场,没有规模生产,就形成不了自己的燃气轮机工业。不研究市场,不弄清市场份额的争取得可能性,试制、研制一、二种不成熟国或是起点不高的样机也是没有用的。

● 燃气轮机技术发展如此迅速,是否我国干脆放弃,把它看作是"有所为,有所不为"中的"不为"部分?我国的通用集成电路经过几起几落不是实际上走上了"不为"的道路了吗?即使我国从现在开始,花费上百亿的美金购置0.25微米以下的芯片制造设备,其市场前景又在何处?能否在价格/性能和产量上与生产几亿,几十亿片的Intel公司竞争?没有市场一定的占有率,则很难有进一步发展,这也是客观规律。

● 我国汽车工业发展的现实和教训

一个不容回避的实事是:近年来中国制造的"洋车"越来越多,自己开发的汽车几乎没有。即使有知识产权,冠以自己品牌的车型,必掺有不少引进技术成份,或外来的手笔。中国自己的真正品牌在哪里?我国曾以"市场换技术"的方式来缩短与国外的差距,想尽快形成自己独立自主的汽车工业,但近两年的实际情况却很不乐观,有些地方反而拉大了差距。就目前我国汽车企业的实力,与外国单打独斗肯定不行。所以,中国汽车行业联合重组,尽快形成真正的"国家队"势在必行。有识之士曾经指出,"面对国际竞争强手挑战,可以说,绝大多数企业单凭自己的实力很难在市场上生存下去,不联合就没有出路。"一句话,我们不愿意看到在国内市场国际化的背景下,中国汽车工业只扮演小伙计的角色。在经济全球化的浪潮中,肯定要有竞争,也要国际合作,为此,我国的领导部门、汽车企业千万不能忘记"守土有责",不能把中国的汽车市场变成跨国公司控制下的"群雄逐鹿","春秋战国"的局面。

汽车工业的教训难道不是燃气轮机工业很好的借鉴吗?

出路在哪里?只能总结经验教训,抓紧我国燃气轮机市场(目前的和将来的)需求迫切的大好时机,统一意志,强化联合,找到自己的发展空间,争取有所作为。在当前国际燃气轮机工业被严重垄断的情况下,若不据此积极地全国一盘棋地独立发展,那么我国燃气轮机工业再?quot;出头"之日了。下面将要分析,发展的空间还是有的,但只有奋力拼搏、只争朝夕才能进入。

III. 国外燃气轮机发展的两个显著特点

l 地面用燃气轮机和航空部门的紧密结合。由于军事上的需求和驱动,先进国家在航空发动机上的研究与发展投入十分巨大,技术发展处于领先地位。所以经过多年的变迁,一方面先进的燃气轮机技术集中在几个大公司,如GE,ABB和Siemens,另一方面,它们都先后和著名的航空发动机公司结成"联邦",把最新的航空发动机成果应用到地面燃气轮机上来。如GE公司本身就因平时研制先进的军用航空发动机,无论是航空发动机还是地面燃气轮机都在世界上领先并占有较大的份额;Siemens公司和普惠(PW)合作后,无论在压气机,透平,尤其是燃烧室(采用了PW航空发动机的环形,长度很短的燃烧室)都有很大的改进,使它的V94-3A,V64-3A具有很强的竞争力;ABB公司与英国Rolls Royce公司合作已使自己产品有了长足进步.

可以说外国新一代重型燃气轮机,无一例外的都大量移植了航空发动机的最新技术。这些地面燃气轮机,都是在保持传统可靠的重型结构(主要是转子、汽缸…)基础上在气动设计、燃烧、传热、隔热涂层、维护等方面,或者是采用航空技术进行设计,或者是直接用航空发动机部件(主要是压气机,也是最难研制的部件)按比例模化放大。所以,新一代的地面燃气轮机如:GE的H系列,西屋的G系列,西门子的3A系列,ABB的GT24/26系列,在部件效率、增压比、透平前温方面均比其上一代有显著的提高,与最新型的航空发动机水平相近。

从以上情况看出,和航空部门紧密结合,是世界上先进燃气轮机发展的必然趋势,是一条必由之路。

● 航空发动机和地面燃气轮机发展的"渐进改造法"

先从航空发动机说起,"渐改法"是航空发动机改进发展的常用做法。由于全新设计研制一种新型发动机费用昂贵,即使发动机公司已具备丰富的经验,高水平的研制人员,先进的生产与试验设备,也需10~15亿美元,耗时数年或更长。因而,对经过考验、使用可靠的发动机,不断的利用新技术、新的研究成果、新的设计试验方法和新的结构、材料、工艺等进行改进和模化,发展成一种新的型号和系列是一条捷径。这种改进发展途径,不仅能降低新机研制成本和缩短研制周期,而且技术上稳妥可靠并能很快达到定型标准和投产使用。

例如,法国SNECMA公司的"阿塔"发动机用了23年时间持续发展,推力由"阿塔"101A的2200daN发展到"阿塔"9K50的地面不加力达到5000daN,全加力推力达到7200daN。为满足多种用途的需要,SNECMA公司在M88-2核心机基础上研制推力范围5000~7000daN的不加力型和7500~10500daN的加力型发动机系列。在M88高压核心机的基础上发展的还有50~105KN级的涡喷发动机M88-X、80~110KN级涡桨发动机和15MW的地面燃气轮机。

美国GE公司在原F101发动机基础上改进发展。GE公司为了争夺战斗机发动机市场,使F101核心机上成熟的技术得到广泛的应用,减少了涵道比,提高了增压比,改进发展成一种在性能、结构上都属一流的F110发动机。此外,为满足F-15、F-16增强型未来推力的需要以及多用途战斗机和舰载轰炸机的需求,GE公司制定了面向2000年的发展规划,重点是在F110核心机的基础上研制F110X和F110XX。F110系列改进发展的成功说明,走成熟核心机改进、改型发展的途径是一条起点高、风险小、周期短的高效道路。

"渐改"发展模式在英国、前苏联和俄罗斯等许多国家也都广泛采用。考虑到我国的经济实力和技术基础的实际情况,航空发动机"渐改"发展模式对我国更具有特殊的现实意义。

另一个令人信服的例子是GE公司一种先进航空TF39/CF6叱咤国际工业燃气轮机风云五十年的事实。TF39是由GE先进燃气发生器发展起来的,1969年定型,用于美国CSA战略运输机。CF6是TF39的民用型,1970年取得适航证,先用于DC-10、波音747、空中客车A310、A320、A330等多种客机,已生产2000余台。LM-2500是用TF39的核心机和低压涡轮改型而成的。1970年投放市场,功率为25000马力,效率为36~38%,与PW公司的FT-8同为这一功率等级中最先进的工业燃气轮机,是美国和西方海军的主要动力,已生产1000余台。LM-5000是在1977年把CF-6的核心机去掉风扇,低压压气机加级并新设计动力涡轮改型而成,功率为50000马力,效率为38%,有蒸汽回注等型别。LM-6000是在1992年由CF6-80C2核心机加5级压气机和5级动力涡轮改型而成,功率为43000kw,效率为41%,是当前这一功率等级最先进的燃气轮机之一。MS-9001H为美国面向21世纪的先进透平计划(Advanced Turbine System ATS)的首选机组,压气机是由CF6-80C2的高压压气机放大加级而成的单转子重型机组,采用多项目前最的航空技术。此机组的功率为32万kW,效率为39.5%,由其组成的联合循环功率为48万kW,效率达60%,号称21世纪的燃气轮机。

上述事实说明"渐改法"的潜力和生命力,从航空到地面,使GE公司一直处于领先地位。同时也说明,有一台先进的核心机是何等重要。

IV. "多快好省"发展我国燃气轮机的道路

从上面分析可以看出,在目前情况下,只要全国一盘棋,统筹规划,建立有自主知识产权、有相当的市场竞争力的燃气轮机工业仍为时不晚,这是因为:

l 我国已有一台自行研制的、先进的A型核心机,其性能指标不亚于前面举的例子。压气机为9级,压比12,压气机效率为85~86%,若是1:1地应用该核心机,功率大约为7000kW。我国航空部门已为此机花费了20多亿研制费。在此基础上,通过加级和模化,可以派生出一系列不同功率等级的先进燃气轮机。先进的核心机是我国发展燃气轮机的基石,是关键中的关键。

l 我国已与美国PW公司合作设计和制造了功率为25000kW的FT-8工业燃气轮机(燃气发生器由PW提供),性能良好,由我国与PW公司联合设计、制造的动力透平效率高达93%,堪称世界先进。

l 我国航空部门已拥有相当水平的试验研究设备和制造技术,可以制造定向结晶和单晶透平叶片,它们可以承担新机型的研制和关键零部件的制造。

l 我国机械工业部门具有与GE公司合作生产MS-6001系列重型燃气轮机的经验。

l 我国在航空部门、机械部门、高等院校和科学院所仍保留了一支对发展燃气轮机怀有极大热情的技术队伍。

目前,核心机已基本成熟,我国燃气轮机工业可以为我国西气东输工程提供一定数量的高质量燃气轮机,其功率为7000kW~12500kW,这是首先要保证的。有了7000kW的批量生产就可以打开局面,建立信誉,积累经验和资金。与此同时,在核心机上加级、模化,不失时机地推进18500kW机组的研制。输气管线这个市场不能丧失,即使一时供货时间不能满足进度要求的话,也应该象长江三峡工程那样,在天然气西气东输工程中通过国家统一安排,应有一定数量的我国制造的燃气轮机份额,而不能把这些机会全部都让给外商。这是牵涉到我国燃气轮机生死攸关的全局问题,国家应有明确认识和全力支持。

V. 两条具体实施途径

综上所述,我国的燃气轮机工业宜从以下两条平行的技术途径发展:

1. 第一条路是组织全国的科技力量,以A型核心机为基础,用"渐改法"开发拥有自主知识产权的燃气轮机。可以分以下几步走;

l 用A型核心机及低压涡轮改型成为在周围大气温度为35℃仍有7000kW~12500kW输出的工业用燃气轮机,压比13~16.75,效率为31%~34%。

此发动机的主要用来带动天然气输气管线的压缩机,亦可用于海军的两栖登陆艇及青藏高原的大功率机车动力。由于航空部门对此已进行了大量工作,故应在机械工业部门的密切配合下,在1~2年那争取拿出小批量考核样机,以便"赶上"新疆-上海西气东输工程的需要,国家有关部门应集中力量,重点抓好,这是一个我国自己的燃气轮机工业是否能真正起步的关键。

l 用A型核心机加级,提高压比,增加流量,改造低压涡轮机成为18500kW级先进燃气轮机,压比为23,效率为37%。这样的燃气轮机已具有同等功率机组的国际先进水平。此机组亦可用于天然气输运,包括从西伯利亚和哈萨克斯坦到韩国、中国的国际天然气管线。通过此机型的研制,掌握压气机加级的关键技术。

l 用A型核心机加风扇顶切及FT-8的动力透平改型,形成功率为23900kW,效率为41%的,具有同等效率国际先进水平的先进燃气轮机。此机组可用于天然气管线以及海军的护卫舰和导弹驱逐舰。我国在把英国Spey发动机用于海军时已具有风扇顶切的经验,而FT-8动力透平为我国自己设计、制造,已生产多台,得到了考核。

l 用A型核心机,单转子,其压气机是A型机的高压气机放大加级(压比18),燃烧室要新设计。总体结构类似MS-6001FA方案,功率为82000kW,效率为37.1%,联合循环效率可达55%。这是一个过渡型中档功率机组。因为我国机械工业系统,多年来仅制造过一些重型机组的零部件,还缺乏自行设计重型机组的经验。在此情况下,一步跨得太"远",技术风险太大,此中档功率机组,由于其尺寸略小,可基本依靠国内机械工业和航空工业系统已有的制造技术和设备加工。研制这种中档功率的机组有两种意义:一是作为大功率机组的模型试验机组,目的是以较低投入突破大功率重型机组的技术关键,掌握压气机加级,模化放大的规律。中档功率机组研制成功后,就可以严格地按比例放大设计出大功率机组(200MW);二是80MW中档功率机组,本身也是一种商品化机组,有广阔的国内、国际市场(包括IGCC和多联产)

l 用A型核心机,在前面中档功率机组的基础上加以相似放大,结构为单转子,功率为200MW,效率为37.6%,联合循环功率300MW,效率为55%,主要用于发电。

这几步都以A型核心机为基础,尽量利用A型核心机已有的实验设备与加工装置,以求技术风险小、投资少、周期短。

2. 第二条路是通过与国外大公司合作生产国际上成熟的机组,以提高我国重型燃气轮机制造能力。这个途径已经实施,如南京汽轮电机厂与GE公司合作生产MS6001系列机组。但必须扩大合作生产的机型和零部件种类。这样做,不仅会取得经济效益,而且可以逐步学习掌握国外先进的设计、制造和管理经验。我国的大型汽轮机厂,随着21世纪可持续发展对动力和发电设备所提出的要求,一定会逐步走向汽、燃并举,甚至燃机部分逐步超过蒸汽轮机部分。为适应这种发展趋势,这种国际合作是十分必要的。

上述两条途径是相互支援、相互补充的。自行研究开发,主要目标是充分利用航空部门已有的先进核心机和先进制造技术,打破国际垄断,形成自主开发能力。合作生产的主要目标在于发展制造能力,形成制造中、大型燃气轮机的规模。二者的总目标是相同的,都是为了我国能在重型燃机这个大市场中占有一席之地。尤其要占据潜力巨大的国内市场,结束国外燃机几乎独占我国市场的局面,形成我国的燃气轮机工业。

VI.政府作用,政策措施与机制

1. 发展燃气轮机(尤其是大功率燃气轮机)是有关我国能源、环境可持续发展的重大国家目标,是一个艰巨、复杂、及长期的工程,国家必须要总体规划,统一领导,统一安排。即使象美国这样的高度市场经济国家,仍作为国家意志安排投资数十亿美元ATS计划和CAGT计划,来促进燃气轮机技术的发展,以争夺世界市场。美国的Clean Coal technology CCT计划也是国家意志的表现,在美国能源部的2001-2005安排中,集中很大一部分资金用来进行有关Vision 21中的关键技术研究,其中也包括燃气轮机。

我国在燃气轮机技术方面起点比较低,更应该作为重点来安排。建议由国家计委牵头,搞一个我国的10-15年的ATS计划。这是振兴我国动力机械生命攸关的大事。作为当务之急,首先应拨出专项资金来支持A型核心机的转为地面型(约7000~12500kw),使之尽快投入应用。然后在"十五""十一五"的各种计划中,在S-863,攻关和国家重点基础研究规划(973)中都需要从不同角度作为重点项目来安排。

2. 以A型核心机"渐改"发展作为契机,一定要打破部门的界限,使航空部门和机械工业部门联合起来,各自发挥自己的特长。同时,把有优势的高等学校和科学院所的研究力量组织进来,组成一个"产、学、研"的联合体。但是,即使这样,政府的作用仍然是十分关键的,应是政府集中领导下统一安排,风险共担,利益共享的联合体,决不是松散的"联邦"。严格地说,应是"产、学、研、政"的联合体。

3. 在全国统一安排,或是在我国ATS计划指导下,结合A型核心机的"渐改"需要,有明确目的、有计划地开展必要的深入科研工作,例如,压气机的气动力学(扩压的三元不定常流动,可控扩压,喘振,脱离,加级和模化放大的机理和规律;高热容量,高效率,低污染,能燃用合成气的燃烧室,稳定燃烧机理;高温部件(尤其是透平叶片的强化传热和隔热机理,冷却系统的设计;材料方面的应用基础研究;先进加工工艺方面的研究……)。在研究工作中充分开展国际合作,利用各种机会派遣年轻的专家定向学习与工作。这些研究工作一定要和A型核心机的"渐改"需要相结合,千万不能流于"泛泛"。

4. 发展大功率燃气轮机,作为国家意志必须持之以恒(规划,投入,组织,管理,研制,生产,市场,信息反馈...一条龙)。研制工作本身要循序渐进,由小到大,先易后难,在整个发展过程中与国民经济和国防需要紧密相结合(具体步骤本文已有详述)。

VII结论

充分利用目前市场驱动的大好时机;航空部门与机械制造工业紧密结合;核心机改型与合作生产相辅相成;政府集中领导大力支持;燃气轮机科技和制造技术人员聪明才智的充分发挥,...。我国将会迎来燃气轮机工业的蓬勃发展,为我国的能源,环境可持续发展作出重大贡献。

 

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