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《 中国能源报 》激活创新动力 强化技术引领(技术创新篇•转型升级看一线系列报道(四))( 2016年10月17日 第 20 版)

点击数:1628,发布时间:2016-10-28 11:42:05

本报记者 牟思南 胡清

 编者按

  创新是转型发展的核心驱动力,技术是高端升级的第一牵引力。技术创新实践主动自觉,自主创新能力亟待提高,这是我国能源装备产业并存的两面性。进入新常态下的产业结构深度调整期,技术创新应该如何助力行业转型升级?本期,我们搜集了4个具有代表性的故事,一起看看他们是如何抓好创新着力点、找准驱动关键点。

  

  水电技术装备迈向更高端

  ——东方电机推进百万千瓦水电、可变速抽蓄自主开发

  中国水电犹如一座高原巍然屹立世界。据统计,在全球建成投产的70万千瓦水电机组中,中国占比高达80%以上,中国水电从产业到技术都代表了当今世界最高水平。

  100万千瓦巨型水轮发电机组是水电行业的新星,更是水电装备的新高峰。在成功完成溪洛渡水电站77万千瓦机组研制供货的基础上,东方电机在巨型水轮发电技术上继续前行,瞄准100万千瓦水电机组自主开发。

  “100万千瓦等级机组是世界单机容量最大的水电机型,技术、制造、项目管理难度和机组经济效益都是世界水电第一,业内企业都在积极争取占领这个技术的制高点。”东方电机副总工程师、研究试验中心主任赵永智称。

  “我们前期用4年时间做了几十项基础研究工作,最后形成了很有特色的几项技术:第一是水力开发技术,第二是通风冷却技术,第三是绝缘技术,第四是轴承技术。”赵永智透露。

  作为100万千瓦水轮发电机组中最核心的技术水力研发,东方电机通过对水轮机蜗壳、导水机构、转轮、尾水管反复的流动分析计算,各部件达到最佳的水力匹配;效率、空化、压力脉动、飞逸转速等水力性能单项参数达到该水头段世界一流水平,各项性能参数的组合达到世界先进水平;机组的整体安全性也达到世界一流水平。

  在水轮发电机关键技术研发上,东方电机开展了励磁绕组内外分区高效冷却方式应用研究,较常规冷却方式可大幅降低转子线圈温升;对多种定子铁心高效散热结构进行研究,研发出性能优良和应用可靠的散热结构;创新冷却结构,在有效提升冷却空气利用率的基础上,大幅降低了机内空气流量,使电机通风损耗明显减小,满足了发电机高效率的高要求。

  在绝缘和轴承技术开发上,东方电机首次提出并形成额定电压24千伏级空冷水轮发电机定转子绕组绝缘性能的评定项目与考核指标、首次开展定子线棒及绕组的绝缘与防晕系统仿真计算及试验验证研究和试验验证定子绕组的绝缘性能及多因子老化寿命,结果满足机组长期安全运行技术要求;开发了热边界层隔离推力轴承降温技术、先进低损耗推力轴承技术等。

  无独有偶,在素有水电行业“皇冠上的明珠”——抽水蓄能机组的研发上,东方电机成功完成了可变速抽水蓄能机组的前期研发工作,1:2真机模型顺利通过试验验证,技术具备了工程实施条件。

  据东方电机总经理助理、副总工程师郑小康介绍,与常规抽水蓄能机组相比,“可变速的优势是提高了整个系统的综合效率,而且使电网电力系统调节更智能化,特别是在接纳新能源的时候可以快速调节,调峰应变能力更加凸显。”

  绿色航空从梦想照进现实

  ——锐翔RX1E电动飞机实现动能转换跃向优质需求

  位于沈阳航空航天大学内的辽宁通用航空研究院,锐翔RX1E电动双座飞机正在进行批量化的生产,目前该型飞机已经具备年产20-30架的制造能力。

  锐翔RX1E是我国首款载人新能源飞机,也是国际上第一款拿到民航局设计批准书和生产许可证的新能源飞机。该型飞机以40千瓦级稀土永磁同步电机为动力来源,以锂蓄电池为能源,采用全复合材料机体结构,具有零污染、低噪音、低成本、易操纵、安全舒适等优点,是一款环境友好型、资源节约型新能源飞机。

  在生产车间内,正在组装的锐翔RX1E外形简洁美观,翼展14.5米,机长6.6米,体高2.5米。辽宁通航院副院长赵立杰告诉记者,“锐翔RX1E飞行性能优越,最大飞行速度160千米/时,巡航速度110千米/时,失速速度73千米/时;具有极高的气动效率,整机升阻比20,可动力爬升至1000米以上关闭电动机翱翔飞行;最大起飞重量500千克,最大载荷230千克。” 

  “锐翔RX1E能源利用率高、运行成本低,电动机效率94%,锂蓄电池容量8.8千瓦时,带动力续航时间45分钟至1小时,每小时能耗成本仅为20元人民币。” 赵立杰说。

  从2012年6月立项,2013年6月实现首飞,2015年2月获得民航局型号设计批准书,2015年11月获得生产许可证,在不到4年的时间里,锐翔RX1E突破了包括高效率气动力外形设计、新型电池集成与运行监管、高效率航空电动力推进系统集成、轻型电动飞机快速整机静力试验、轻型电动飞机试航审定等十余项关键技术,在试飞过程中,积累了大量使用经验,形成了安全高效的运行保障体系。

  作为动力能源,锂电池占据了飞机成本的三分之一左右。“目前我们正在与国内锂电池供应商就电池国产化以及增程项目紧密合作,并已经完成了地面、飞行等前期可行性试验,下一步将做可靠性试飞,通过验证后,会把国产电池换装到这款飞机上。”设计部副部长顾超表示。

  “未来瞄准整机性能的提升,主要是延长巡航时间和提高电池性能,设定的目标是飞行时间达到1.5小时,这样的话,根据2020年通航机场规划基本上达到跨场飞行的能力。” 顾超透露。 

  锐翔RX1E的成功研制和应用,为实现绿色航空提供了宝贵的技术经验,标志着我国在电动飞机领域达到了国际领先水平,可广泛用于飞行员培训、观光旅游、竞技比赛等,将推动环保便捷私人飞机在我国的普及和应用。

  轨交电力牵引系统的“保护神”

  ——平高集团轨道交通直流断路器打破国外垄断

  在平高集团的生产车间内,一台新研制成功的PGDB-1800/D4000-80型直流断路器样机静静地摆放着,咋一看不起眼,实则是平高集团进军轨道交通领域的标志性产品,打破了该项技术的国外垄断。

  近年来,以高铁、城铁为代表的轨道交通装备成为一张亮闪闪的“国家名片”,尤其是城镇化的加速发展,带动了大规模城市轨道交通工程建设步伐。数据显示,截至2015年底,我国建成和在建轨交线路达到158条,总里程超过4000千米。

  轨道交通机车一般采用直流电力牵引,直流快速断路器是直流牵引供电系统的核心保护设备,具有切断回路故障电流的保护功能,是直流供电系统安全运行的保证。

  “目前国内轨交直流断路器99%以上依赖进口,市场被瑞士Secheron、美国GE、英国FKI等少数几家国外企业垄断,进口设备的价格和后期维护十分昂贵,这对今后产品维护和更新换代非常不利。”平高集团技术中心配电网技术研究所主任工程师朱志豪透露道。

  “与交流系统相比,直流系统的开断更加困难,这是因为直流系统不存在自然过零点,必须采用一定的技术手段迫使电流过零;在开断过程中,直流断路器需要吸收存储在系统电感中的大量能量,加上轨道交通供电系统容量的不断增大,短路电流甚至几毫秒内达到100千安以上。”朱志豪解释说,直流断路器中的电弧控制技术难度大、要求高,也是目前开关电器领域最前沿的技术问题。

  PGDB-1800/D4000-80型直流断路器,额定电流4000安,额定短路开断电流达到80千安,峰值达114千安。产品分断特性满足快速限流断路器的要求,具备自动开断双向临界小电流及故障电流的能力,能全面满足直流牵引供电系统对各种断路器的功能需求。产品于2015年在德国IPH试验室通过了全部型式试验,技术水平达到国际先进,填补了国内高参数轨道交通直流快速断路器的空白。

  据介绍,轨道交通直流断路器在开断过程中影响因素较多,灭弧室结构、触头形状、跑弧道结构和材料、灭弧罩结构和材料、气流交换通道、带载分闸反弹等因素都会对灭弧效果产生较大影响,同时合分闸机构、过流脱扣器的机械特性对开断也会产生直接的影响。

  “我们研究直流电弧特性,对灭弧室、吹弧系统、脱扣器、电磁机构等关键结构进行了反复设计和仿真分析,经过试验分析逐步对结构进行改进;攻克了过流脱扣器精确整定和快速动作、直流大电流电弧快速转移、栅片式灭弧室结构和材料研究、开断过程中气流场控制等多个技术难关。”朱志豪说。

  产品投产后,能逐渐替代进口产品,配合自主生产的轨道交通直流金属封闭开关设备,预计每年将为企业新增产值几亿元,同时降低轨道交通建设成本,节约大量外汇。

  发动治污创效新引擎

  ——拓展环保产品中煤张煤机开启绿色变身

  煤炭开采会产生大量的污水,传统的处理方法是将污水从井下提上来进行处理,之后再灌回地下,这种方式既费力又费钱,煤矿企业深感甚是“费事”。

  目前,在山西中煤华晋能源王家岭煤矿,一套日产量3000吨/天的矿井水处理设备全面投产,该装置出水水质好、占地面积小、运行成本低、自动化程度高,让煤矿污水处理从此“省事”了。

  日产量3000吨/天矿井水处理设备是中煤张家口煤矿机械有限责任公司全新开发的一款环保产品。“这是国内首套井下污水处理设备,开启了井下水处理技术的新篇章。”中煤张煤机公司环境科技分公司经理李奋龙表示。

  “废水在井下处理后可用于除饮用水之外的包括消防、喷淋、降尘等井下用水,在产生巨大社会效益的同时,将为用户节省一半以上的污水处理费用。”李奋龙说。

  该套设备根据矿井井下安全标准、电气防爆级别、进出水水质要求,选用“加载絮凝磁分离系统+卧式离心脱水+稳压供水设备”的处理工艺,实现供水压力3兆帕和供水能力不小于190立方米/时;设计中采用了两级控制方案,上位机选用工业控制计算机或品牌机,下位机选用PLC,所有机电设备均采用远程、就地两效控制模式,保证了系统的稳定性和可靠性。

  张煤机环境科技分公司成立于2014年9月,定位是专业从事环保技术研发、咨询和工程承揽,成立仅两年时间,已经研发出500 吨/天BFMS系统、50吨/天模块化移动式车载直饮水处理设备、3000吨/天矿井水处理系统等;到今年初,成功签订了山东金能焦化废水处理项目,合同金额1730万元,成功签订华晋王家岭煤矿矿井水处理系统协议,合同金额约391万元,将要签订万全县两个污水厂运营协议,协议金额450万元,成为张煤机拓展环保业务的先遣部队。

  煤市下行压力持续加大,传统煤机产品需求锐减,转型发展是煤机企业面临的首要问题。张煤机以强大的设计、生产能力为基石,认真研判国家政策导向、行业发展走势,以水处理业务为转型发展的突破口和支撑点。在“十三五”期间,全面开拓中煤集团内部市场,跟踪开拓张家口周边区域市场,目标是成为中煤集团乃至全国的矿井水、洗煤水、煤化工废污水处理的研发、生产、创新基地,成为我国煤炭、煤化工行业污水处理的标杆。

  以技术创新为主线,在水处理业务初具规模后,延伸拓展环保产业链,逐渐向固废处理、废气治理行业延伸,使企业在废水、固废、废气的处理上具备方案设计、设备生产、项目施工的一条龙服务能力,并推进环保产品的自主化、系列化、标准化,到2030年建设成为国家级环保装备制造基地,成为转型升级的新引擎。

  

  在供给侧源头有的放矢(记者手记)

  从2015年开始,以去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板为重点的供给侧结构性改革拉开序幕,本轮改革旨在从提高供给质量出发,用改革的办法推进结构调整,矫正要素配置扭曲,扩大有效供给,提高供给结构对需求变化的适应性和灵活性。

  进入“十三五”,在产业结构深度调整和制造强国战略双轮驱动下,能源装备面临的不再是数量与规模的问题,而是如何更好地提高质量和效益。不唯速度、规模论英雄,技术创新这根“金箍棒”又该如何抡起?

  东方电机在溪洛渡水电站77万千瓦等级机组成功供货的基础上,继续开发百万千瓦级等巨型水电机组,为应对新能源大规模并网带来的调峰问题,开发出灵活的可变速抽蓄机组;平高集团依托高压开关研发优势,瞄准轨交电力牵引系统国产直流断路器的空白,开发出新产品;中煤张煤机在煤矿业主提质增效的大形势下,创造性地开发出日产量3000吨/天的矿井水处理设备;辽宁通航院锁定高端市场,首创绿色电动飞机……

  通过走访发现,凡是卓有成效的技术创新,无不是在市场急需的领域率先开花、在满足高端需求的行业优质布局。激活创新动力,强化技术引领,就是要引导和满足全新的、高端的市场需求,逐步淘汰不适宜的、落后的市场供应,从供给侧发力产业结构调整。