【材制｜视角】“争气机”：重型燃气轮机实现新突破
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2023-03-10
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“争气机”：重型燃气轮机实现新突破
日前，首台国产空气冷却最高能效等级的重型燃气轮机在河北秦皇岛顺利下线，其机长11米、总重达400吨，这是国内重型燃气轮机生产制造技术水平的新突破。
它是21世纪能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备，广泛应用于发电、船舶等能源和国防领域，代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平，是国家安全和国民经济发展的高技术核心动力装备，其地位之高与作用之重不言而喻。
01 工作原理——能量转化
燃气轮机是如何实现这么多功能的呢？我们需要先了解它的内部构造与简单的工作原理。燃气轮机可以分为压气机（蓝色）、燃烧室（红色）和燃气涡轮（黄色）这三大部件。
重型燃气轮机从外界大气环境吸入空气，轴流式压气机的叶片不断旋转将气流逐级压缩使之增压，空气温度也相应提高；压缩后的空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧，生成高温高压的气体；然后再进入涡轮中膨胀做功，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。
这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。
02 研发背景——国际技术垄断与国内生产需要
为何我国要重点研究重型燃气轮机？
它作为当今世界上效率最高的热功转换设备，被冠以装备制造业“皇冠上的明珠”的美名。受核心技术门槛、产业规模化发展、市场竞争历史性因素的作用，国际上形成了行业巨头高度垄断技术的发展格局，对我国技术发展造成威胁；同时我国需要持续推进高端装备制造业的发展，电力行业在最为重要的清洁发电方向也对重型燃气轮机产品需求迫切。
为了进一步提高重型燃气轮机的联合循环效率，燃气温度必须不断提高。燃烧室温度的升高使燃烧空气需求量增加，参与冷却的空气量将会减少，压缩机出口气体温度升高，这就要求科研人员要挖掘同流量下冷却空气的更高冷却潜力。
针对这一系列问题，我国以先进燃气轮机气动循环系统、冷却系统为重点研究对象，开展高效气动与先进冷却技术研究，为燃气涡轮系统的高效稳定运行提供技术支撑。
03 重要意义——当今世界效率最高的热功转换设备
国产空气冷却最高能效等级的重型燃气轮机实现了冷却技术与生产效率的新突破，不仅可以将天然气作为燃料，还可以掺入氢气降低碳排放，同时还具有强大的调峰能力，可以在1分钟内快速提高发电出力，可以为风电、光伏发电等新能源提供支撑电源。
重型燃气轮机发电效率超过64%，最大超过83万千瓦，一台机组年度运行下来相比于煤电发电厂可实现超过150万吨的碳减排。
它不仅为河北省打造低碳产业链提供了设备保障，在全国能源装备制造生产中也起到了突出示范作用，是先进制造业加快推进国内能源转型的先锋代表。
此次首台国产HA级重型燃机的顺利下线，为进一步推进重型燃机国产化、加快实现国内"双碳"目标发挥重要作用，标志着国内重型燃气轮机生产制造技术水平实现前沿突破，它代表着当前燃机发电行业最先进的技术，是当今世界效率最高的热功转换设备。
【参考文献】：
[1] “新突破！国内首台顺利下线”-人民网
[2] 新时期我国重型燃气轮机发展研究[J].中国工程科学,2022,24(6):184-192
[3] 徐亮,孙子能,席雷等.先进重型燃气轮机冷却技术现状及发展[J].燃气轮机技术,2022,35(04):1-10
[4] “你应该了解的国之重器：燃气轮机，原理、结构，哪家强？”-科研易通
撰 稿 人：科技协会科创部 曹露 钱欣雨 陈逸凡
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