[文/观察者网李环宇]力争到2030年实现二氧化碳排放峰值，到2060年实现碳中和。中国的宣言震惊了世界。
但在我国“多煤少油少气”的资源形势下，实现“双碳”目标，建设以新能源为主体的新电力体系，必然会对火电造成严重冲击，而火电也是我国电力的支柱。
新时代，火电需要的“开水”怎么烧？近日，观察者网通过SASAC和中央网信办联合主办的党建百年主题活动，走访了全球火电设备巨头东方汽轮机。
东方汽轮机厂的地标——董琦研制的30万千瓦燃煤汽轮机(实物，已退役)/李环宇摄
东方汽轮机隶属东方电气集团，起步于“三线建设”时期。2008年，因为工厂被汶川地震摧毁，东方汽轮机经历了一次重生。重生后，董琦在技术实力和市场规模方面一直处于世界前列。其630℃1000MW燃煤发电机组首次将燃煤发电效率提升至50%以上，技术完全自主。在市场上，董琦占据了全国三分之一的市场份额。到2021年5月，东方汽轮机发电设备累计产量达到5亿千瓦，产值超过2000亿元。
东方汽轮机产品R&D中心主任、全国“五一劳动奖章”获得者范小平告诉Observer.com记者，占中国发电量大头的煤电，未来肯定会在电力系统中扮演“调节器”的角色，但灵活性改造还有技术难题需要攻克，董琦已经形成了初步的技术方案。
如果再往未来看，垃圾焚烧、生物质等火力发电厂碳排放量小、不断提高发电效率的小型汽轮机很可能成为他们的业务支撑。董琦已经布局，技术实力处于国内先进水平，部分技术达到国际先进水平。
东方汽轮机下属不同机组的碳排放和发电效率(注:气电数据指东方汽轮机自主研发的50MW机组)来源:东方汽轮机。
燃煤电站:低排放实现灵活性有待提高
火电厂煤电是我国碳排放和电网的主力军，其利用效率对“双碳”意义重大。
范小平说，在这一领域，东方汽轮机研制的世界首台630℃1000MW燃煤发电机组，首次将燃煤发电效率提高到50%，所有设计技术拥有完全自主知识产权。其示范项目大唐运城项目目前正在推进，在燃煤发电领域具有里程碑意义。
此外，以“中国芯”替代“进口芯”的方案已在多个进口机组成功升级，经济性达到国际先进水平。范小平表示，目前我国煤电机组超低排放改造开展得比较彻底。
但在灵活性改造方面，煤电还远远不能满足市场需求。范小平认为，煤电一定要扮演好“调节器”的角色，灵活运营，深度参与调峰，保证需要时负荷能立即解除。因为在以新能源为主体的新电力体系中，未来风、光等不稳定的新电力必然会占据发电的大头，给电网监管带来沉重压力。
董琦的燃气轮机产品图片来源:东方汽轮机
超低排放、灵活多变的新型机组是东方汽轮机的重要研究方向，具有巨大的市场前景。范小平指出，现有燃煤电厂参与深度调峰主要有三个难点:
一是调峰深度容量有限，大量机组如果需要低负荷稳定运行，需要解决一些技术问题，进行运行验证；
其次，调峰响应速度有限，需要解决快速负荷调节所需的一系列安全可靠性问题；
三是现有电厂智能化水平有待提高。深度调峰，灵活运行，源、网、负荷、存储一体化，需要建立在所有机组都可以智能调节的层面上。
相比之下，燃气轮机在国外广泛用于调峰。燃气电厂的调峰能力一直是设计上严格要求和重点关注的。此外，燃气轮机本身在启停和变负荷能力上比燃煤锅炉有天然优势，燃煤电厂很难达到燃气电厂的调峰水平。
然而，董琦没有放弃。范小平表示，针对一系列难点，东方汽轮机组织了多个研究团队，广泛调研了解业主需求，针对不同机型和电厂进行专题研究，重点开展深度调峰技术研究、快速启停和负荷调节技术研究、智能电厂技术研究、高效宽负荷技术研究。目前他们已经形成了初步的技术方案，改造技术和方案是可行的。
小型汽轮机:未来的商业支持
除了燃煤机组的灵活改造，用于垃圾发电和生物质发电的小型汽轮机也是东方汽轮机投资较大的领域，可能成为董琦的业务支撑。范小平表示，这一领域的可持续发展关系到我国生态文明建设，其长期可持续发展不会有任何问题。
范小平认为，垃圾发电长期需要补贴的原因是发电效率太低。但近年来，东方汽轮机研发的新一代机组效率大幅提升，很多电厂在低补贴或无补贴的情况下也能生存，盈利能力强，经济效益好。而且垃圾电厂建设的初衷是废物利用，环保性更大，社会效益明显。
据他介绍，国内首台25MW再热式垃圾发电汽轮机和世界最高参数再热式垃圾发电汽轮机由董琦自主研发并成功投产，比传统机型效率提高20%以上。在垃圾发电领域，东方汽轮机目前处于引领国内技术发展方向的地位。世界最高参数机组发电效率可达40%，全部设计技术自主研发。
四川自贡35MW垃圾焚烧发电汽轮机图片来源:东方汽轮机
对于生物质发电，范小平表示，目前农林生物质发电最大的困难是燃料来源分散，收集成本高，需要各方持续关注和解决，相信总会找到一个平衡点。
从技术上看，东方汽轮机目前处于引领国内技术发展方向的地位，最高参数机组发电效率可达43%。所有设计技术都是自主研发的。国内首台40MW高速再热式生物质发电汽轮机于2018年投产，比市场同类机型效率提升8%以上，形成了从15 MW到80 MW生物质发电汽轮机的全覆盖。
对于国外一些将燃煤电站改造成生物质电站的做法，范小平认为，虽然技术上可行，但不具备大规模推广的可行性，其综合经济性需要针对具体项目进行评估。
首先，生物质电站受资源限制，在一定区域内可布置的电站容量较小。如果容量过大，燃油收集和运输成本会大大增加；其次，目前国内生物质电厂(主要是垃圾和农林生物质)已经初步布局，正在大量建设。他们设计技术先进，燃煤电厂改造不具备任何优势。
/image-苏州市泗县平山镇土山村5/ 40MW再热生物质发电汽轮机图片来源:东方汽轮机
除了垃圾发电和生物质发电，董琦还在积极探索余热发电技术。据范小平介绍，东方汽轮机于2018年在国内率先完成新一代亚临界小型中间再热汽轮机的研制，实现了中间再热汽轮机产品从30 MW到135 MW的全覆盖。目前，东方汽轮机在该领域的市场占有率超过80%，为余热、废气的高效利用提供了很好的示范。
光和热:一种与火力发电效果相当的新能源
除了燃煤、燃气、垃圾焚烧、生物质等正统火电之外，作为新能源，光热电站也在东方汽轮机的业务范围内，因为它像火电一样使用汽轮机发电。
据范小平介绍，东方汽轮机研制的国内首台50MW大功率光热汽轮机已于2018年7月成功投运，打破了国外公司的垄断，大幅降低了该类型机组的价格。目前，董琦在光热汽轮机领域的市场份额超过50%。
他说，光热相对于光伏最大的优势是配备了低成本的储能(蓄热)，调峰能力强，综合考虑发电和储能将有很大的发展前景。但由于初期建设成本高等因素，其短期发展规模有限。
塔式光热发电站图片来源:新华社
东方汽轮机:中国火电自力更生的技术后盾
除了燃煤发电、垃圾发电、生物发电，东方汽轮机是国内唯一掌握重型燃气轮机设计、试验、制造自主技术的公司。毫不夸张地说，中国火电的每一个领域背后，都有一个东方汽轮机的自主创新。
这的确是董琦的优良传统。范小平说，早在80年代初，东方汽轮机资金和技术极度缺乏的情况下，齐心协力，攻关试制了30万千瓦机组，并于1983年研制成功，解决了东方汽轮机大机组存在的问题。
范小平和他背后的30万千瓦“战斗机器”观察者网/李环宇摄
此后，董琦独立R&D的道路从未停止。在长期的制造R&D过程中，董琦组建了完整的R&D团队，建成了国内唯一的多级空燃机试验台，成功开发了具有自主知识产权的东方第三代、第四代汽轮机技术，形成了高效的通流R&D系统，走出了一条“理论设计-厂内试验验证-改型机组验证-新机应用推广”的道路。
2010年，由董琦自主研发的首台国产1000MW 空 cold汽轮机在华电灵武成功投运。2014年，自主研发的具有第二代火电设计技术的1000MW汽轮机在刘恒和万州投产，机组首次采用了董琦自主研发的最长1200mm叶片低压模块。2019年，采用第三代通流设计技术的芜湖、衡山1000MW机组投产，是当时国内最经济的湿式冷却和空冷却机组。
近年来，采用董琦自主研发的第四代通流设计技术，在多台进口机组升级改造中用“中国芯”替代“进口芯”，标志着我国电力设备研发能力跻身世界第一梯队，实现了从“追赶者”到“强有力竞争者”的华丽转身。
范小平说，作为央企员工，让每个卡脖子的核心技术自主可控，是自己光荣的职责。创新过程充满艰辛，但创新成果能激励他们继续前进。
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