绝去工业化发展之路的中国火电技术

  第二次工业革命是以1866年西门子制成了发电机为标志开始的，随后，电灯、电车、电影放映机相继问世，人类进入了“电气时代”。

  如今，电力绝对是社会运转的基础，源源不断的电力供应更是中国电动车实现弯道超车的核心关键。在多年之前，我写过一篇文章《人类除了“烧开水”外，还有什么别的形式可以将能量转换成电能？》介绍过，2018年我国发电占比：火电、水电、核电、风电分别占比75.08%、13.15%、4.17%、6.1%；到2022年，火电在全国发电中的占比还高达70%。

  现今主流的发电形式，虽然在风、水、核与太阳能，我国都具有很大的技术优势，但是水电、风电、太阳能都受地理环境的影响，水电、核电建设周期长、管理难度大，相对而言火电造价较低、建设周期较短、收效较快，并且火电废热在中国北方的应用更是无可替代。

  火力发电设备最重要的包含锅炉、汽轮机、汽轮发电机三大主机及相应的各种辅机和自动化装备。

  解放前中国完全不具备这些设备的制造技术。1940年代，当时政府资源会所属的中央机器厂通过进口瑞士BBC 公司的0.2万千瓦汽轮机和汽轮发电机转子，引进该公司的制造技术，仿造过两套0.2万千瓦中压机组，分别安装在泸县电厂和昆明电厂投运。1945年，资源委员会又从美国西屋电气公司引进了1万千瓦及以下汽轮发电机组的制造技术。但是两次引进都未能形成生产和制造能力。

  到建国时，中国发电装机容量只有185万千瓦, 年发电量只有43 亿千瓦时，4亿人口，平均每人每年才10度电，装机容量居世界第21位，发电量居世界第25位，甚至还不如前捷克。

  随后，中国火力发电技术经过了四个阶段的发展，实现了从全面落后到追赶，再到超越的历程。

  此阶段中国的火电技术处于高压和超高压水平，而国外发达国家已经处于亚临界和超临界水平。

  中国电力设备制造工业真正开始于第一个五年计划时苏联援建的156项工程，156个工程中有25个是电力工程，而其中除了三门峡是水电站工程之外，其余24个皆为热电工程，可见当时政府的重视程度。

  1.哈尔滨发电设备制造基地从苏联引进了中压0.6~2.5万千瓦和高压2.5~5.0万千瓦火电设备制造技术，1958年先后成功制造出了2.5万千瓦和5.0万千瓦高压火电机组。锅炉蒸汽的参数是9.80MPa和540℃；汽轮机的参数8.83MPa和535℃。2.1959年首台5.0万千瓦高压火电机组在沈阳辽宁电厂成功投运。3.1952年上海发电设备制造基地从捷克引进中压0.6~1.2万千瓦火电设备制造技术。锅炉蒸汽的参数是3.82MPa和450℃；汽轮机的参数3.43MPa和435℃。4.1954年完成了中压0.6万千瓦火电机组的研制，开创了新中国制造火力发电设备的先河。5.1956年首台0.6万千瓦中压火电机组在安徽淮南电厂成功投运。

  这些工程的顺利投运，奠定了中国火电设备发展的起点，在火电技术上取得了一定的成绩，到1980年，我国的发电量达到了3006亿度，是1949年的近70倍。

  但这与同期世界领先水平差距极大：美国西屋公司（Westinghouse）1959年就制造出了首台容量为31万千瓦的超超临界火力发电机组，蒸汽的压力和温度参数分别是：34.5MPa和649℃。

  1.我国大容量火电发电设备安全性、可靠性低，我们是简单在低容量机组基础上进行放大，对大容量机组的一些关键技术还没有掌握，自行设计缺乏必要的试验数据和科学计算的根据。

  在改革开放前，我国电力需求缺口极大，全国一直处在缺电状态，电力供应不足严重制约了经济发展，因而从1973年开始又重新进口大容量的火力发电设备，但“买、买、买”毕竟不是长久之计。

  1960年代，我国开始自行研制20万千瓦超高压火电机组，从1964年开始设计到1979年鉴定定型共花了15年时间，其中设计2年、制造6年、安装1年、完善化6年。而大量的电力设备需求，使得70年代中期，我国进口了不少成套火电设备。

  在自研方面，我国在研究储备、设计水平、材料体系、制造工艺等环节都很薄弱，自主设计新设备的难度很大。面对全面的落后，总理还是强调“电力工业发展必须立足于国内设备”！

  1978年，高层和专家一致认为，引进技术能缩短从研制到批量生产的时间，可以大幅度缩小同世界领先水平的差距，又可培养技术力量，为我国今后发展更大容量的发电机组，以及对原有国产30万千瓦以下机组的技术改进都是十分必要的。

  对于引进，我国并未好高骛远选取最尖端技术，而是选取相对先进、技术成熟、价格也适度的技术。

  1979年9月，一机部、电力部联合提出了引进30万千瓦、60万千瓦火电机组制造技术的请示报告。1980年6月中旬，一机部邀请美国通用电气公司、西屋电气公司、燃烧工程公司、拨伯葛（B & W）公司，瑞士勃朗．鲍威利（BBC）公司，法国阿尔斯通（Alstom）公司6家外商同时来华谈判（当然，这也是中国引进技术的成熟套路）。1980年9月9日和11月21日，一机部分别同美国西屋电气和燃烧工程公司签订了汽轮发电机组锅炉的技术转让和购买部分零部件合同。电力部同时从美国依柏斯库工程公司引进了电站设计技术。

  天佑中华的是，当时国际火电市场萎缩，各发电设备制造厂商都想在中国这个大市场上占领一席之地，我们充分的利用了这一有利的市场条件，在技术引进的深度上，超过了传统国际上技术转让只卖图纸的程度：

  1、外方向我方提供机组的制造技术应包括设计导则、设计图纸和计算资料、计算机程序软件、制造工艺和工装图纸、技术标准及质量操控方法、外购配套件供应商名单等。此外，外方还应负责对我方技术人员进行培训。2、为提高我方管理上的水准，外商应对我方厂级领导来管理方面的培训，对我方经销人员进行经销技术的培训。3、外商要对我方工厂技术改造和试制过程出现的技术问题，如国产材料和配套产品代用问题提供咨询服务。4、外方应提供工程系统模块设计技术、设施安装调试和运行维修等方面的资料和有关人员的培训。

  外方提供的图纸资料有薄膜底图两套、微缩胶卷两套、技术资料四套、成熟的计算机程序（包括源程序、程序编制法、程序卡、计算公式、程序使用说明、有关常数和图表等）176项。设计图纸、标准手册和主要的技术转让资料一式四份，哈尔滨、上海、东方三大发电设备制造集团公司各持一份，另一份存一机部陕西资料库。

  1.30万千瓦机组由上海电气联合公司负责，组织上海汽轮机厂、电机厂和锅炉厂试制。2.60万千瓦机组由哈尔滨电站设备成套公司负责，组织哈尔滨汽轮机厂、电机厂和锅炉厂试制。东方汽轮机厂、锅炉厂和电机厂则进行协作配合。3.30万千瓦考核机组安装于山东石横电厂，60万千瓦考核机组安装于安徽平圩电厂。

  整体的进展顺利，30万千瓦考核机组主机于1985年12月20日在上海试制完成，1987年6月30日在山东石横电厂投入运行发电；60万千瓦考核机组主机于1987年12月17日在哈尔滨试制完成，1989年11月4日在安徽平圩电厂投入运行发电。经考核试验性能测定，30万千瓦、30万千瓦考核机组的各项指标都达到了技术输出方的设计保证值。

  但是，为了尽快研制出第一台考核机组，当时进口了约30%~50％的关键零部件及毛坯，第一台考核机组的国产化率约40%。由于从美国购买了较多的零部件和毛坯，又致使30万千瓦考核机组的售价高出国产30万千瓦机组的两倍以上。

  于是，在“六五”、“七五”期间，明确了攻关总目标，机组的国产化率慢慢地提高，第二套达到68%，第三套已超越75%，第四套达到80％以上，其中三大主机的国产化率达到85%~90%。机组的价格也降了下来，只有第一台考核机组的一半。

  通过持续15年的消化吸收、国产化和优化创新，终于孕育了丰硕的成果。30万千瓦、60万千瓦火电机组形成了批量生产能力，其技术经济指标和安全可靠性，均达到了当时国际同类机组的领先水平。从20世纪90年代开始，引进型30万千瓦、60万千瓦火电设备成为中国发电设备企业的基本的产品，30万千瓦、60万千瓦火电机组成为中国电网的主力机组。我国发电装机容量也产生了巨大的跨越。

  基于30万千瓦、60万千瓦火电技术的引时，在20世纪末，我国基本掌握了亚临界火力发电技术，但同期国外最先进的技术水平达到了超超临界水平。

  80年代后期，我国也开始关注超临界火电机组的发展，并开始从国际上进口大容量超临界机组。

  1992年，首次进口的2台60万千瓦超临界火电机组。2000年前，又从俄罗斯进口了2台30万千瓦、2台50万千瓦、2台80万千瓦机组，从德国西门子公司进口了2台90万千瓦机组，从日本进口了2台60万千瓦机组。到2000年底，我国进口的超临界机组已投运12台，总容量620万千瓦，最长运行时间已近10年，积累了丰富的运行经验，培养了一批掌握超临界机组安装、调试和运行的技术队伍。2002年，国家又确定华能集团河南沁北电厂一期两台60万千瓦超临界火电机组为国产首台示范工程，这两台机组的蒸汽参数为24.2MPa566℃/566℃。

  通过与外方几个机组引进与合作，我国哈尔滨、上海、东方三大电气集团开始自主设计60万千瓦超临界火电机组，2006年“十五”国家重大技术装备研制项目60万千瓦超临界火电机组成套设备研制在京通过验收。经西安热工研究院和上海发电设备成套设计研究院测试，热耗约为7528kJ/千瓦时，供电煤耗为293g/千瓦时，达到了国际先进水平。

  2003年，国家科技部将超超临界机组的参数与容量的选择列入“863”科技攻关课题。哈尔滨、上海、东方三大电站设备制造集团分别从日本三菱、法国阿尔斯通、德国西门子、日本日立等公司引进100万千瓦超超临界技术，并通过由国外公司保证性能和质量的合作方式，开始制造100万千瓦级超超临界机组。到2010年年底，国内三大电站设备制造集团承接的60万千瓦级超临界火电机组订单已达200余台，投运100余台；承接和投标的60万千瓦级超超临界火电机组达76台，投运30多台；承接和投标的100万千瓦级超超临界机组94台，已投运33台，在建11台。迄今，我国已变成全球上百万千瓦超超临界机组投入运行最多的国家之一。

  我国在热电技术上开始拥有了自主知识产权，在百万千瓦超超临界二次再热发电技术——我们拥有完全的自主知识产权，完全自己制造，没有依靠国外技术力量，也没有西门子、阿尔斯通参与制造。

  2015年9月，全球首台百万千瓦超超临界二次再热火电机组由上海电气电站集团和中国能建华东电力设计院设计和制造，安装在江苏泰州发电厂建成投产。

  机组发电效率达47.94%，比当今世界最好的二次再热发电机组效率提高0.94%以上，比国内常规超超临界一次再热机组平均效率提高2.12%。机组设计发电煤耗为256.2克/千瓦时，比当今世界最好水平低了5克/千瓦时，比常规百万千瓦机组降低发电煤耗约10克/千瓦时。烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度分别为4.58、20、36毫克每标准立方米。

  这台机组创造了发电效率最高、煤耗指标最低、环保指标最优等三项世界纪录，变成全球领先的发电技术！

  在火电发电技术上，中国用了近60年的时间实现了追赶，达到了世界最先进的水平！

  2022年，我国宣布全面停止新建境外煤电项目，这一措施意外的得到了欧美的一致好评，如本文开头所说的火电技术优势，这一措施无疑给后发展中国家增加了工业化的难度。