东方电气汽轮机研发部张晓东详解太阳能光热汽轮机技术特点及研发情况
2017年9月22-23日，2017第二届德令哈光热大会在青海省德令哈市举行。东方电气集团东方汽轮机有限公司汽轮机研发部部长张晓东以“太阳能光热汽轮机技术特点及研发经验”为题进行了主旨报告。
以下为张晓东演讲全文：
张晓东：尊敬的李社长、各位领导、各位来宾！下面由我来跟大家分享一下光热汽轮机的技术特点和经验，我本人是来自于东方电气集团东方汽轮机有限公司，我们企业的背景不再做详细的介绍了。
今天跟大家分享四个部分，核心是第二部分我国光热汽轮机的特点和我国光热发电汽轮机的建议，准确的说是一点想法。
这两天大家对光热讨论了很多，应该说光热发电跟传统发电和新能源，它是清洁可控的。对于汽轮机而言是光热发电里面核心的部件，不管是传统发电或者是光热发电，应该说汽轮机就像心脏一样，是一个核心设备，是不可或缺的。而且它的效率和安全性直接影响了整个机组的效益。
当然汽轮机这两天各位专家讲的比较微观，也比较专业，我讲的可能比较生涩一点，请大家多多谅解，如果有讲的不对的地方大家多多批评指正，我们下来进一步交流。
我国光热发电的发展，这是我国第一个光热汽轮机，也是今年6月9号试车成功，它的相关关键技术也得到了验证，应该说这是一个标志性的节点。东方汽轮机在光热方面走的相对比较靠前一点，我们有一系列的机组。我们在运行的项目里面有槽式的、塔式的和菲涅尔式的，从示范的项目来看，不同参数的也有。从目前来看产品也是最多的，种类也多，参数最高，到540种，走在行业的前列，今天受组委会的委托做一个交流，我们后续大功率的也完成了研发。
围绕光热机组，东方改产了十大技术来做光热。当然今天我不是围绕东方的十大技术做介绍，我就不一一展开说了。目前来看，我们在光热汽轮机的发展，从预判来看，我们觉得槽式和塔式对汽轮机而言都是可行的。但是总体上来讲，在汽轮机的循环效率上看，我们可能更偏向于塔式、高参数、大容量。
所以从目前的研究来看，我们的循环效应塔式的、大功率的可以做到45%的效率。我们希望是15分钟启动，包括负荷来看，我们常规的达到20%，我们希望做到15%。
下面我给大家分享第二部分，我国光热汽轮机的特点和对应的关键技术，这里面主要说我们国家的，不是说西方的。当然由于专业限制，我的案例可能以东方为主，这里包括四个部分。一是光热系统的基本特点。二是我们的特殊性。
大家可以看到，我们光热汽轮机和传统的中小汽轮机和联合循环汽轮机相比，它有它自身的技术要求和技术特点，无论怎么说，汽轮机要求效益高、自动化程度高、检修方便，这对于任何一个汽轮机来说都是通用的。但是光热汽轮机它有快速启停、频繁启定的特点。我们适应深度调峰的要求，当然我们东方研发的光热汽轮机，有一些同志们说我们研究了4亿千瓦的汽轮机，这个汽轮机难度很低。也有一些同志说光热汽轮机运行很复杂，难度很大。但是总体上来说，从项目执行、设计到目前的阶段来看，应该说它不是一个不可逾越的难题。
当然这是光热汽轮机普遍的要求，但是就我们国内来说，应该说我们的地理条件、资源禀赋，包括能源政策和能源形势都不一样。所以我们和国外的光热机组可能有一定的差异，我列了一个国家光资源和全球光资源的对比。宏观上看略有不足，但是总体上说还是可以的。
但是我们的光资源有一个比较大的特点，我们光资源集中在陕北地区、东北、华北、西北地区，尤其是以西北地区更突出。这些地区有一个特点就是富煤、多水、多风、贫水、缺水，这是最主要的特点，我们的人口密度相对比较低一点。这对我们汽轮机有什么影响呢？除了基本的效益，如果我们的风多、水少，我们可能只能采用这样一些机组，比如说这和我们看到西班牙、澳大利亚的光热机组是不太一样的，我们必须要接地气。
另外，我们这些机组都是多风、多光，这两天大家提到了，我们本身是风电、光伏发展比较好的区域，所以让他们热行，这涉及到机组要灵活运行。大家也可以看一下，我没有把20个项目都列出来，列了我们在执行的项目。我们在德令哈这个地方得天独厚的优势，有一江清水向东流，空冷适合做什么呢？它对我们汽轮机的影响还是比较大的。我们光热机组定位，刚才说了国家在太阳能发展“十三五”规划中要求发挥太阳热发电的能力，所以这里面的运行比较苛刻，燃煤机组不管是运行的范围等等都有比较大的差异。
就这两个方面，一个是空冷，一个是灵活运行跟大家做一个介绍。空冷是节约水资源，特别是对西北这些地区来讲比较好，但是空冷也意味着效率要低一点。所以当我们把五万机组和国外五万机组放在一起比的时候，我们国家的发电效率先天上有一些不足，当然这个不是重点。
空冷实际上最大来自安全性的挑战，尤其是末端的安全性挑战。为什么？因为汽轮机可能有的专家不太熟悉这个领域，汽轮机是在高速高温或者是高速高辐射环境下来运行的，我们的叶片在3000转下运行，运行的环境恶劣、功率大。同时对于空冷机组来说，汽轮机出口的压力非常大，夏天和冬天不一样，白天和晚上不一样。因为它就是靠出口空气的温度直接来影响的。同时空冷机组背压变化大，而且频率和速度非常快。在我们这些地区一阵风过来背压马上就变了，一朵云过来就变了，沙尘暴过来，大家只讨论光热的影响和进场的影响，实际上汽轮机的背压马上就变了，对汽轮机的安全性是非常大的。
当然当我们把空冷叶片用到光热上情况就不一样了，我们要调节到20%这个和100%的设计偏差很远了。所以大家可以看到，这是末叶片没有优化的时候，会形成漩涡和导流，会导致末级叶片断裂，这是非常危险的。我们的光热机组，从目前东方汽轮机的项目来看，末级叶片都和传统燃煤机组不一样，它低负荷运行的时候很容易进入蒸汽过渡期。我们叶片的腐蚀更恶劣，所以它对水质和运行的要求更加高，这些都是我们国家的一些特点。国外的机组像澳大利亚、西班牙，我估计有一定的原因，不会出现这样的情况。所以在设计选型的时候也是很重要的一件事情。
所以这个涉及到末级叶片，通常来说大家看到的空冷末级叶片都比较丑。1030的叶片是目前全世界最常用的末级叶片，也代表着全世界最高的水平。目前在这个领域，我们说10MW光热的示范，某种意义上示范了光热系统，但是对汽轮机的示范还没有达到，随着功率的增加对叶片的挑战性越来越大。
应该说在空冷领域，我们国家的地理资源和特点，空冷领域我们一直都是必须自己发展的，在这个地方我们在全球的空冷汽轮机领域，应该说都有发言权。当然东方在这个方面也做了很多工作，大家可以看看，基本上国内首个都是由东方来缔造的。这个时候百万机组没有对标，因为只有东方的百万，国内没有其他厂家。所以在空冷大家在选型的时候各方面要注意安全性。
再一个方面是光热机组灵活运行，比如说深度调峰要调下去，还要快速的升负荷和降负荷，还要快速的启停。光热机组国家把它的定位就定在调峰上，所以我们在设计汽轮机的时候要有很多考虑，我们讲到西班牙光热负荷储热到机组运行的时候比较平稳，从图的中间走过去，我印象非常深刻。当然这里面应该说有一些差异，国外的机组在你设计的时候，在你定项目的时候是基本符合，还是调峰机组是非常清晰的。你是一个基本符合，你按基本符合来设计机组，你按基本负荷来运行。对于调峰来说你要保证安全性，所以在效率上要做出一定的让渡。所以在选择的时候和基本负荷是不一样，你在经济上要给调峰机组经济上直接的补贴，但是在我们国内能不能实现这个，我估计目前可能还没有特别明确，甚至说你用这个是调峰机组，我们给你补贴多少，还没有这个政策。所以会有一些影响，至少从我们目前执行的项目来看，我们对汽轮机的要求还是很高的。因为考核要按基本负荷来考核，你的满负荷效率一定要高，运行的时候说的不太好听的话，我不太看好光热机组长期满负荷的运行。目前我们10MW的机组示范，说的难听一点电网懒得折腾你，随着光热机组的发展，甚至昨天提出来我们要按GW规划光热，这一系列的要求汽轮机要满足基本负荷，要满足灵活运行，要求必然很高，所以这个方面汽轮机的设计点选择，我究竟保哪一头很重要。
在燃煤机组的设计初期都是考核基本负荷，我达到多少。但是随着燃煤机组的发展，现在很多机组都要考核，实际上我们光热目前还没有到这个。但是我们几个GW的光热机组，在青海、甘肃运行，电网能承受吗？能让你不调频吗？不可能，但是这个时候汽轮机设计就不一样了，具体有几个点跟大家分享一下。
一是汽轮机的工况定义，我们跟国际标委会做IEC的设计标准，实际上它有两套标准，一套是国标，一个是IEC定义，这两个对汽轮机的设计点选择有很大的影响。当然这里面有优点和缺点，只是说给大家一个建议，对于工况定义对汽轮机是有影响的。而且对进场的成本也是有影响的。
再一个是灵活运行，大家说汽轮机还是皮实的，高负荷运行、低负荷运行，去年四月份国家提出火电要灵活运行，要调峰。我们东方结合灵活项目做了国内首个实验，今年四月份完成了阶段性的成果，目前我们东方为了把这个项目做好我们要去电厂测试动力，东方直接投入可能要很多，电厂要配合我们做叶片的动力，这个非常难，电厂为这个付出可能也是好几百万到上千万了，这是非常难的研究，也非常计算。所以应该说汽轮机灵活运行对于电网，对机组，对效率的影响都是很大的，方方面面的。包括我们电网，实际上昨天专家也提到了特高压输电到华东和华中，我们机组进一步发展之后，我们机组对电网频率的影响，在欧洲的机组不可能发生，欧洲就是小网不会出现这样的情况，冯总刚才讲了你的产品在我们国内能不能适应，随着我们机组的发展都会方方面面的进行考虑。
当然对于这方面汽轮机肯定要做很多工作，我们要做很多的分析，转子结构复杂，要做很多分析，除了我们自己做大量的分析之外，还要委托高校来做分析。另外，为了保证灵活运行效率高，我们对所有的部件设计、选型要做研究，包括叶片叶形的研究，得益于分析技术的进步要做很多工作。当然还要做实验研究，比如说我们的叶片，简单来说就跟电风扇的扇叶一样，这是国家科技支撑下所做的项目，我们保证效率在全负荷的情况下都比传统的高，负荷变化的时候，它的效率变化更小，这些工作也要做。
还要跟大家分享一下储热运行，这一块我打了很多问号。说实在话，我们这五个项目配合过程当中，给设计院和业主做了很多交流，也请了很多专家进行了探讨。但是到今天我还是把这个改成了问号，我们很多东西还值得探讨。这两天的会上，我也听了很多专家的发言，对运行做了指导性的意见。但是基本上这些意见主要集中在系统上。比如说负荷对汽轮机本身寿命的影响和效率的影响是没有的，我们白天的时候要为光伏和风电让行，晚上的负荷降下来还得为风电让行。到底是高负荷短时间运行，还是低负荷长时间运行，是低参数运行，还是高参数运行，这里面有很多值得研究的工作，目前我们做了很多事情，但是最终将来还得结合机组运行来做，我们国内在这方面确实缺乏经验。
第三部分跟大家分享一下我们的几点建议或者是我们的几点思考。
第一个建议，希望大家选择民族企业的产品推进示范项目，昨天听到有些专家在说这个事情。实际上我个人可能有点愤青，不太赞同某些专家的说法。汽轮机的选型大家很关心效率和成本，我觉得有几点应该澄清一下。目前来看，我们汽轮机的效率应该说和国外产品主要可能在于制造误差，性能上我认为肯定是在0.5%以内。当然进口汽轮机和国产汽轮机价格差异，可能国产汽轮机只能卖到进口汽轮机的50%或者是70%的价格，这是目前的局面。我为什么说这个话呢？其实我还是想为发电制造业正名，我们是汽轮机制造业优秀品牌，说实在话我们汽轮机制造不像汽车制造，我们汽车制造引进这么多年发动机还是进口，汽轮机不是，汽轮机所有的核心都是我们自己研发、自己实验、自己制造，现在已经出口全球有1亿千瓦，这个盘子已经很大了，包括在欧盟的机组我们也有很多。所以昨天有专家提到我们跟别人的效率是2%到百分之多少的差异，我不太认可这个。最先进的机组在中国，60万效率最高的机组也在中国，百万效率最高的机组也在中国。所以在这个领域，我觉得应该多说两句。
当然国内的民族品牌，应该说性能、价格、服务都是不错的，尤其是在服务这一块，我们也经历过为十九大献礼的项目，结果是某个知名产品发生了点故障，这个项目要换设备，周期是十个月，今年四月份发生的事情，要把设备换回来才能重新做这个项目。我不说别人的产品，如果东风的产品在现场说要停机十个月，我想各位在座的业主肯定是不能接受的。当然这里面也有国家能源司提出来光热产业的发展，一定要把设备制造能力带动起来，这也是核心目标。国家搞示范的目的，肯定也不是希望大家买一个回来，我们都在一起，然后技术咨询我们也找国外公司，这可能也偏离了我们国家示范的意义。
汽轮机在示范期间，大家还是要选择有同类型业绩的制造厂商。但是实实在在的说，汽轮机它确实是高精度的技术含量很高的产品，东方为了做高参数的汽轮机，每年投入还是不小的，包括我们的实验平台，也包括我们做的机组，应该说这是我们进入光热领域的信心来源。在5万到10万的等级，随着超高压的参数和超高温的参数，东方在过去五年有110台，市场占有率超过95%。
刚刚我们说到光热的机组特性都是来源于联合循环，目前东方有60台，经济性指标合格率达到100%，我们东方的汽轮机配合三菱，包括三菱自己出口到亚洲其他地区选择的都是东方的汽轮机。当然刚才我也说了国外技术跟我们之间的差距，我们认为应该属于世界一流的。但是即便是这样的，国内的光热项目东方为了做的更好，在欧洲聘请了知名的咨询公司结合欧洲的技术研制和运行经验来开发机组，我刚刚去德国对方案进行了最终的评审，这是和德国联合设计。
第三个建议，我们在相关的参数选择和利用上，我们觉得还有待进一步规范。当然昨天一下午也讨论了很多标准，我们也希望这些标准尽快出台。为什么？这里面涉及到功率、参数，只有细化了才更有利于行业的发展。比如说功率，我们的建议，包括我们跟相关的设计院探讨了，我们的建议按照火电常规的来做，为什么这样说呢？因为我们汽轮机的设计可靠性、技术风险好控制，要不然你家选一个5万的，他家选择5.3万的，我给你新设计一个，这意味着我的生产周期和生产成本都比较高，尤其是当前的情况下我们遇到相似的项目，作为国企我们在组织生产的时候，我可以很快把东西生产出来，否则我可以重新招标，一重新招标大家都知道现在的情况，招标周期可能就两三个月，从示范项目的推进来看，包括后续项目来看不太可取。
再一个是参数，目前来看基本上光热项目主要以光产为主进行参数的选择，不怎么考虑汽轮机。实际上刚才我也说了，参数和工艺是一回事，大家都觉得16.7是比较合理的，但是由于地理环境，你可能选择17.1，大家都觉得540比较合理，从全国范围来看或者从西北地区来看540来看，你选择了538的或者是532的非标的，非标件的设计，设计费用、制造费用，从行业管理、对标各方面来说都不好操作。当然还涉及到其他的，包括传统汽轮机参数系列和高性能汽轮机参数系列也不太一样，希望大家一起行动，尽快的组织好实施。
我水平有限，只是把我们的想法抛砖引玉抛出来，希望通过这个会给大家做出一个引子，接下来我们再做进一步的交流。因为汽轮机这个东西，就一台机子的技术可能我们拿一上午来交流也不够，所以关于汽轮机就跟大家分享到这里。最后感谢组委会提供这个机会分享我们的经验，我们也希望用我们的技术打造更加高效、可靠、环保、智能的光热汽轮机，与大家一起共同打造我国绿色能源、谱写光热发展的新篇章，谢谢大家。
