完成點(diǎn)火測(cè)試、全速空載、全速滿載等一系列廠內(nèi)測(cè)試，累計(jì)運(yùn)行小時(shí)數(shù)超過(guò)100小時(shí)后，首臺(tái)國(guó)產(chǎn)2兆瓦燃?xì)廨啓C(jī)（1兆瓦=1000千瓦）于11月底從位于上海嘉定工業(yè)區(qū)的上海和蘭透平動(dòng)力技術(shù)有限公司發(fā)運(yùn)至上海前灘分布式能源站項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)入示范運(yùn)行階段。再通過(guò)一系列連續(xù)運(yùn)行考核和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后，上述國(guó)內(nèi)首臺(tái)完全正向設(shè)計(jì)的小型燃?xì)廨啓C(jī)方可正式并網(wǎng)、投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

燃?xì)廨啓C(jī)是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料（主要為天然氣或柴油）的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。作為典型的高新技術(shù)密集型產(chǎn)品，燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)、材料和加工等技術(shù)門檻極高，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)綜合實(shí)力和科技水平的標(biāo)志，被譽(yù)作“制造業(yè)皇冠上的明珠”。與動(dòng)輒上百噸、單機(jī)功率幾百兆瓦的重型燃?xì)廨啓C(jī)相比，小型燃?xì)廨啓C(jī)的功率范圍一般在0.3兆瓦至20兆瓦之間，可依托于微電網(wǎng)或智能配電網(wǎng)，靠近工業(yè)區(qū)、商務(wù)區(qū)等冷熱電用戶而建，是分布式能源系統(tǒng)中的核心設(shè)備。

無(wú)論是重型燃?xì)廨啓C(jī)還是中小型燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，全球市場(chǎng)均由為數(shù)不多的幾家歐美日企業(yè)長(zhǎng)期把持。過(guò)去十多年時(shí)間里，中國(guó)的燃?xì)廨啓C(jī)自主化之路可謂荊棘遍布：“以市場(chǎng)換技術(shù)”的發(fā)展路線收效并不理想。在與外方的合作中，中國(guó)企業(yè)始終被隔絕在核心技術(shù)研發(fā)之外，被動(dòng)受限，關(guān)鍵部件也依靠進(jìn)口。外企的專利封鎖加上自身技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，很長(zhǎng)時(shí)間里，中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)企業(yè)在夾縫中生存。從新機(jī)市場(chǎng)到利潤(rùn)更為豐厚的服務(wù)市場(chǎng)，外企主機(jī)制造商幾乎占據(jù)了中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)所有份額。

中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院（下稱上海高研院）與上海和蘭透平動(dòng)力技術(shù)有限公司（下稱和蘭透平）的長(zhǎng)期聯(lián)合攻關(guān)，正試圖在小型燃?xì)廨啓C(jī)的自主化研制上趟出一條新路。

發(fā)運(yùn)至前灘現(xiàn)場(chǎng)示范運(yùn)行的和蘭透平ZK2000型燃?xì)廨啓C(jī)示意圖及實(shí)物

有別于逆向測(cè)繪仿制的“正向設(shè)計(jì)”

燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和透平三大部件以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)設(shè)施組成。與大型燃?xì)廨啓C(jī)相比，小型燃?xì)廨啓C(jī)雖參數(shù)較低、結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單，但“五臟俱全”。以和蘭透平此番發(fā)運(yùn)的ZK2000系列燃?xì)廨啓C(jī)為例，渦輪進(jìn)口溫度達(dá)1000攝氏度，轉(zhuǎn)速達(dá)到24000轉(zhuǎn)/分，發(fā)電效率達(dá)26%、冷熱電聯(lián)產(chǎn)效率可達(dá)90%，核心部件的精度誤差最多為0.005mm。差之毫厘謬以千里，這對(duì)合金材料和制造工藝提出了挑戰(zhàn)。

和蘭透平的燃?xì)廨啓C(jī)是科研成果落地轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物。追根溯源，其燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)源自中國(guó)科學(xué)院和上海市共建的科研機(jī)構(gòu)中科院上海高研院。據(jù)澎湃新聞了解，在高研院正式成立之前，2008年成立的上海中科清潔能源技術(shù)發(fā)展中心（以下簡(jiǎn)CCET）先行承擔(dān)了小型燃?xì)廨啓C(jī)的前期設(shè)計(jì)任務(wù)，于2011年左右完成首款小型燃?xì)廨啓C(jī)的雛形搭建，團(tuán)隊(duì)整建制轉(zhuǎn)入高研院，隨即啟動(dòng)工程樣機(jī)研制。此后兩年內(nèi)，該科研團(tuán)隊(duì)先后完成燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵部件研制與試驗(yàn)以及整機(jī)試驗(yàn)與性能測(cè)試。

為繼續(xù)推進(jìn)技術(shù)工程化與示范，2015年8月在上海市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)資金的支持下，和蘭透平公司成立，高研院、CCET與和蘭透平共同簽署技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，轉(zhuǎn)讓“MW級(jí)全徑流式燃?xì)廨啓C(jī)”有關(guān)的所有專利、專有技術(shù)及相關(guān)配套技術(shù)。上海高研院繼續(xù)提供理論、技術(shù)支持，多方合力推動(dòng)小型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)化。

“相比于其它葉輪機(jī)械，燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)的難點(diǎn)在于其高溫和高速旋轉(zhuǎn)的工作環(huán)境。在高溫工況下，關(guān)鍵零部件會(huì)因熱膨脹和離心力作用而變形。”上海高研院副院長(zhǎng)、和蘭透平首席科學(xué)家黃偉光博士對(duì)澎湃新聞（www.thepaper.cn）介紹說(shuō)，如何使得設(shè)備的冷態(tài)設(shè)計(jì)在動(dòng)平衡下能夠滿足熱態(tài)參數(shù)要求，是其中的關(guān)鍵。比如，運(yùn)行狀態(tài)下壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)件和靜止件的間隙僅為0.2毫米，但該尺寸只有在滿轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)下、溫度達(dá)到熱平衡之后才能實(shí)現(xiàn)，且壓氣機(jī)葉輪葉片在熱膨脹后會(huì)彎曲。這意味著，在設(shè)備設(shè)計(jì)中必須由熱態(tài)參數(shù)推算出冷態(tài)時(shí)的加工和裝配尺寸。

要解決上述問(wèn)題，一種常用的做法是不對(duì)冷熱態(tài)參數(shù)作分析推導(dǎo)，直接拿國(guó)外機(jī)組進(jìn)行測(cè)繪。知其然而不知其所以然，是長(zhǎng)期橫亙?cè)谌細(xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化面前的一大障礙。“這種逆向設(shè)計(jì)在本質(zhì)上就是仿制，需要不斷修改參數(shù)來(lái)試錯(cuò)逆推，不僅試錯(cuò)成本極高，而且很容易觸及專利問(wèn)題。”黃偉光稱，和蘭透平在設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，全部零部件均采用了正向設(shè)計(jì)，也即先設(shè)計(jì)熱態(tài)產(chǎn)品參數(shù)，再?gòu)闹衅渤裏崤蛎洝㈦x心力帶來(lái)的變形等影響因素，折合得出冷態(tài)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工。

此前，中國(guó)曾通過(guò)“打捆招標(biāo)”方式引進(jìn)了E、F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)的制造技術(shù)。但據(jù)澎湃新聞了解，上述中外企業(yè)合作過(guò)程并不涉及燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)合作。也就是說(shuō)，中國(guó)企業(yè)只能采用來(lái)圖加工方式完成制造和銷售，卻無(wú)法參與聯(lián)合研發(fā)，更別說(shuō)涉足利潤(rùn)更為豐厚的燃?xì)廨啓C(jī)服務(wù)環(huán)節(jié)。

黃偉光認(rèn)為，燃?xì)廨啓C(jī)的可靠性在于研發(fā)人員真正搞明白每個(gè)環(huán)節(jié)每個(gè)數(shù)據(jù)，能解釋每張圖紙和每份數(shù)據(jù)，使一切做到“可量化”、“可追溯”。燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)有句名言，“Devil is in details! 一切盡在細(xì)節(jié)中。”

燃?xì)廨啓C(jī)所涉學(xué)科和行業(yè)頗多，屬于牽引帶動(dòng)性產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展對(duì)于高溫材料、精密鑄造等都具有推動(dòng)作用。在材料方面，大口徑的高溫合金棒材屬于對(duì)我國(guó)禁運(yùn)的材料，為此，和蘭透平聯(lián)合國(guó)內(nèi)頂尖科研機(jī)構(gòu)研制出適用于小燃?xì)廨啓C(jī)的高溫合金材料。在高溫葉片制造方面，和蘭透平提供需求和標(biāo)準(zhǔn)，培育了合格供應(yīng)商。

截至目前，和蘭透平自主研發(fā)生產(chǎn)的小型燃?xì)廨啓C(jī)已在保利協(xié)鑫蘇州藍(lán)天（ZK1200）、上海科技大學(xué)能源中心（ZK1200）、國(guó)電投上海前灘新能源公司（ZK2000）開(kāi)展示范運(yùn)行。據(jù)介紹，其下一步的研發(fā)計(jì)劃是圍繞2兆瓦產(chǎn)品，逐步提高渦輪前溫度，結(jié)構(gòu)從全徑流過(guò)渡到全軸流，基于簡(jiǎn)單循環(huán)機(jī)型發(fā)展回?zé)嵫h(huán)機(jī)型和雙燃料機(jī)型，形成600千瓦、2兆瓦、8兆瓦系列產(chǎn)品。

燃?xì)廨啓C(jī)解決“卡脖子”后，更須完整工業(yè)體系支撐

除了帶動(dòng)金屬材料和設(shè)備制造水平提升外，高端裝備制造實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化后最直接的結(jié)果是成本下降。與重型燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域“三巨頭”GE、西門子、三菱-日立長(zhǎng)期占據(jù)約九成市場(chǎng)份額相類似，目前小型輪機(jī)領(lǐng)域的玩家集中度也很高，主要包括卡特彼勒全資子公司索拉（Solar）、日本川崎（Kawasaki）和荷蘭OPRA公司等。

黃偉光對(duì)澎湃新聞介紹稱，燃?xì)廨啓C(jī)分布式電站的經(jīng)濟(jì)效益取決于初投資和后續(xù)運(yùn)行費(fèi)用兩方面。在初投資方面，和蘭透平的目標(biāo)是產(chǎn)品量產(chǎn)后價(jià)格較國(guó)外同級(jí)別產(chǎn)品有較大幅度降低。在目前價(jià)格居高不下、仍由國(guó)外廠商壟斷的維修保養(yǎng)服務(wù)方面，今后燃?xì)廨啓C(jī)也無(wú)須再斥資遠(yuǎn)渡重洋返廠，24小時(shí)就可做到迅速響應(yīng)。

黃偉光認(rèn)為，在燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)上，首先要解決“卡脖子”的問(wèn)題。此外，燃?xì)廨啓C(jī)并非一蹴而就的產(chǎn)品，需要長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累，更需要完整的工業(yè)體系作為支撐。“我們的感觸特別深，沒(méi)有正向設(shè)計(jì)，以后所有事情都走不遠(yuǎn)、很容易遇到麻煩，走著走著又會(huì)回到仿制別人的老路上。另外，燃?xì)廨啓C(jī)屬于多學(xué)科協(xié)同的領(lǐng)域，光設(shè)計(jì)出來(lái)沒(méi)有用，最終是要做出來(lái)、實(shí)際運(yùn)行，否則所謂掌握了這項(xiàng)技術(shù)都是空話，這需要材料、工藝，甚至配套零件等各方面的配合。那個(gè)箱子里除燃?xì)廨啓C(jī)之外的零配件，比如閥門、傳感器、卡套等看齊不起眼的零部件要達(dá)到國(guó)際水平，還需要走很長(zhǎng)的路。”

國(guó)家層面的政策引導(dǎo)與要求已然明確：2017年5月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)的《依托能源工程推進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見(jiàn)》明確，2020年，結(jié)合引進(jìn)技術(shù)消化吸收，突破重型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)、高溫部件制造技術(shù)和運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，解決燃?xì)獍l(fā)電項(xiàng)目設(shè)備瓶頸，國(guó)內(nèi)基本形成完整的重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)體系。各類中小型燃?xì)廨啓C(jī)自主設(shè)計(jì)制造體系進(jìn)一步完善，各類中小型燃?xì)廨啓C(jī)裝備初步實(shí)現(xiàn)系列化，滿足各類能源項(xiàng)目需求。

在關(guān)鍵部件材料上，上述《若干意見(jiàn)》要求，加快突破壓氣機(jī)輪 盤和葉片、燃燒室部件、噴嘴、透平輪 盤和葉片等高溫合金材料。開(kāi)展高溫母合金研發(fā)設(shè)計(jì)，形成母合金規(guī)范并實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)制備。建設(shè)完善關(guān)鍵部件材料的力學(xué)和物理性能試驗(yàn)以及無(wú)損探傷等條件,完善熱通道部件材料力學(xué)和物理性能數(shù)據(jù)庫(kù)。進(jìn)一步提升大尺寸高溫合金葉片(單晶、定向結(jié)晶等)鑄造、復(fù)雜結(jié)構(gòu)高溫合金精密鑄造、透平輪 盤制造和其它設(shè)備鑄件等技術(shù)和工藝水平。對(duì)于分布式燃?xì)廨啓C(jī)項(xiàng)目，該文件鼓勵(lì)天然氣分布式能源與電力用戶直接簽訂交易合同，自主協(xié)商確定電量和價(jià)格。

上海的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)始終走在全國(guó)前列，目前已形成覆蓋多個(gè)功率范圍的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品研制能力，逐漸建立起從部件供應(yīng)到整機(jī)設(shè)計(jì)、制造、維修和應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈。除專注小型燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)的和蘭透平外，在重型燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)最大綜合性裝備制造集團(tuán)之一上海電氣在2014年以4億歐元競(jìng)得歐洲老牌燃?xì)廨啓C(jī)制造商意大利安薩爾多公司40%股份。通過(guò)與安薩爾多的合作研發(fā)，以及間接收購(gòu)阿爾斯通燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，上海電氣是是國(guó)內(nèi)同時(shí)擁有H級(jí)、F級(jí)、小F級(jí)和E級(jí)（含低熱值燃?xì)廨啓C(jī)）技術(shù)的重型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備供應(yīng)商。

此外，2014年，原中國(guó)電力投資集團(tuán)公司與哈爾濱電氣集團(tuán)、東方電氣集團(tuán)、上海電氣集團(tuán)、大唐集團(tuán)等合作組建的聯(lián)合體企業(yè)——中電聯(lián)合重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)有限公司在上海成立，目標(biāo)是“攻克關(guān)鍵瓶頸技術(shù)，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃?xì)廨啓C(jī)核心技術(shù)”。2015年中電投與國(guó)家核電技術(shù)公司重組后，該公司成為國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司（下稱國(guó)家電投）控股企業(yè)。

2017年4月，上海市政府與國(guó)家電投在滬簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，國(guó)家電投將在滬全面實(shí)施重型燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)家科技重大專項(xiàng)。同年8月，經(jīng)國(guó)務(wù)院同意，中電聯(lián)合重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)有限公司更名為中國(guó)聯(lián)合重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)有限公司，成為國(guó)家“重型燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)和工程研制、關(guān)鍵技術(shù)研究與驗(yàn)證等項(xiàng)目”的具體實(shí)施單位。