东方电气打破70多年技术封锁,中国“争气机”保障产业链自主可控

http://ddx.gubit.cn  2023-09-23 14:29  东方电气(600875)公司分析

中国的西部,世界的东方,这里是坐落在天府之国的东方电气集团。

定子冲片绿色无人车间机器人叠片 东方电机供图定子冲片绿色无人车间机器人叠片 东方电机供图

1959年,在德阳西街的一间民房里,东方电气集团首家企业——东方电机克服缺少资源、没有设备等困难,造出了第一台电机。

1979年,东方电机成功研制了迄今世界上转轮直径最大的葛洲坝170兆瓦轴流转浆式水电机组,1981年机组并网发电,1985年获得了首届国家科学技术进步奖特等奖。

如今,东方电机清洁能源装备重型制造数字化车间,云集了一批中国乃至世界一流的加工设备,由于其超大的规模和超强的制造能力,曾被誉为“中华第一跨”。

东方电机成功研制三峡水电站700兆瓦水电机组,从左岸到右岸,从跟跑到并跑,东方电机为三峡大坝装上了“中国心”,实现了“中国装备,装备中国”的新跨越。

除了举世瞩目的三峡、溪洛渡、白鹤滩等巨型水电机组,台山175万千瓦核能发电机组、华龙一号、国和一号核能发电机重要部件都产自这里。

9月20日,澎湃新闻(www.thepaper.cn)跟随国务院国资委新闻中心,走进东方电气集团,打卡中国新坐标,深入了解东方电气集团里程碑跨越式发展故事。

500兆瓦级巨型冲击式水电机组研制实现里程碑式突破

中国每4度电就有1度源于东方电气的装备,其研制的发电装备约占中国总装机容量1/4。

1981年,东方电机为万里长江第一坝——葛洲坝水电站研制的两套单机容量为170兆瓦的水轮发电机组成功投产。1985年,葛洲坝机组荣获中国水电史上首个“国家科学技术进步奖特等奖”。

值得一提的是,葛洲坝170兆瓦的轴流转桨式水轮发电机组其11.3米的转轮直径至今仍然保持世界之最。

白鹤滩水电站装机总容量1600千瓦,左右两岸分别安装8台单机容量100千瓦的水电机组,左岸全部8台机组由东方电机自主研制供货。而这台单机容量100千瓦的发电机组,实现了100%国产化率。机组转动部件重达2600吨,由上万个零部件构成,实现了“零配重”,机组稳定性好,摆度仅仅一根头发丝直径大小。

高水头大容量冲击式水电机组是服务国家“加快西南水电基地建设”的主力机型。受应用市场缺乏、研发投入不足等因素影响,我国高水头大容量冲击式水电机组自主研制水平薄弱,与国外先进企业存在差距。

面向国家重大需求,东方电机制定了150兆瓦级大型冲击式转轮研制、500兆瓦级巨型冲击式机组研制、700-1000兆瓦级高水头大容量巨型冲击式机组研制的“三步走”攀登计划。

2019年开始,东方电机全力组织开展高水头大容量冲击式水电机组关键技术研究,联合科研院所、上下游企业,针对梳理出的涉及水力、水机、电机、工艺4大专业的70多项攻关课题开展联合技术攻关。

2020年,东方电机成功建设具有世界先进水平的冲击式水力模型试验台,具备了冲击式水电机组转轮水力开发的能力。同时,具备了高水头大容量冲击式水电机组转轮研制能力。

2023年6月7日,东方电机自主研制的150兆瓦大型冲击式转轮在四川田湾河流域金窝电站实现工程应用,为国内在运单机容量最大的冲击式水电机组装上“中国心”,目前该转轮已安全稳定运行100多天。

500兆瓦冲击式水电机组是世界单机容量最大的冲击式水电机组,入选国家能源局能源领域首台(套)重大技术装备。

2023年8月31日,东方电机联合产业链上下游企业国机重装中信重工研制的扎拉水电站世界首台单机容量最大功率500兆瓦冲击式水电机组转轮中心体锻件全面通过大唐集团业主验收,实现了500兆瓦级高水头大容量冲击式水电机组研制里程碑突破,开启我国水力发电产业高质量发展新篇章。

国产首台150兆瓦级大型冲击式转轮 东方电气供图国产首台150兆瓦级大型冲击式转轮 东方电气供图

行业5G全连接数字化工厂

走进东方电机大型清洁能源装备重型制造数字化车间,这里已经是重型机加控制、数字化装配、机器人焊接等为一体的新一代清洁能源装备重型制造车间。

该车间实现数字孪生功能,打造机器人智能焊接集群,将焊接技术与5G、自动化控制及物联网技术有机融合,大幅改善焊接工人的工作环境,提高焊接质量和焊接效率。

值得一提的是,机器人智能焊接集群已广泛应用于实际生产,完成了白鹤滩、长龙山、国产化首台套150兆瓦冲击式转轮等重大项目核心部件焊接,焊接产品质量优异,实现了“台台精品”。

在东方电机大型清洁能源装备重型制造数字化车间,重型机加控实现了数字孪生功能,车间机台操作者可以通过现场终端实现开工、报工、质检、图纸技术资料查阅、起吊呼叫、刀具配送呼叫、辅助操作呼叫、视频监控、异常报警、数据实时显示等功能,产品加工效率和质量大幅提升。

在定子冲片绿色“无人”车间,可以发现,车间已经完全融入5G、互联网、物联网、机器视觉等技术,结合数字化运营管理,实现了生产操作无人化、生产数据驱动化、生产控制智能化、生产产品绿色化。

东方电机数字化与智能制造技术部副部长李浩亮介绍说,定子冲片绿色“无人车间”将定子冲片产量从9000吨提高到15000吨,人均产出提升620%、能源利用率提高56.6%、劳动强度降低90%以上,挥发性有机排放降低70%以上,定子冲片的产品质量和生产效率大幅提升。

国内首个叶片加工无人车间及黑灯产业链 东方汽轮供图国内首个叶片加工无人车间及黑灯产业链 东方汽轮供图

诞生新时代“争气机”

肩负着将内能转化为机械能的重要使命,汽轮机一直是发电设备中最复杂精密的部分。作为东方电气旗下的又一重要子公司,东方汽轮机通过数字化转型,将汽轮机制造水平推上了新的高度。

今年8月,东方汽轮机在行业内率先实现人员、资源、技术、制造、产品等全域数据的互联互通,每日处理数据超500G,成为行业首个5G全连接数字化工厂。目前,东方汽轮机已建成9个数字化车间21条智能生产线,以5G+工业互联网为底座实现企业运营的数据驱动。

在叶片数字化车间,机器人、AGV、加工中心、三坐标检测设备等高效协同、有序运行,行业内首次实现物流、加工、检测全流程无人干预、连续运行,人均效率提升650%,质量合格率达99%,东方汽轮机通过数字化转型建立起行业首条叶片加工黑灯产线,打造出行业首个叶片加工无人车间。

在焊接数字化车间,以窄间隙智能焊接、多机器人协同焊接、焊缝AI检测、5G+焊接数采等关键技术的应用,东方汽轮机建成国内首个绿色高效焊接数字化车间,使生产效率提升300%,每年直接碳减排380余吨,引领行业开启零缺陷、零排放、零变形的“三零”焊接新模式。

在总装数字化车间,东方汽轮机打破传统的实物总装模式,将数字测量与传统装配技术相结合,开发总装通流预测软件,解决超大件装配时测量难装配难的问题,建成行业首个总装数字化车间,使汽轮机总装周期缩短40%。

东方汽轮机数字化与智能制造部副部长易泰勋介绍说,通过数字化转型的升级改造,东方汽轮机实现了传统制造向数字制造的完美蜕变,公司不仅在生产制造上持续升级,还建立起供应商、企业、客户相互协同的数字化供应链,开展产品远程监测和智能运维服务,实时监控园区安全、能源、环境数据,使生产效率大幅提升,制造成本不断降低,产品质量持续改善。

2022年底,东方汽轮机成为国内行业首家通过智能制造成熟度三级认证的企业,在数字化转型的道路上走在了时代前沿。与此同时,由东方汽轮机自主研制,国内首台具有自主知识产权的F级重型燃气轮机(代号G50)在这个5G全连接数字化工厂顺利下线发运,翻开了我国自主重型燃气轮机的新篇章,G50也成为我国新时代“争气机”的代名词。

打破70多年技术封锁,中国“争气机”G50研制成功

当今,全球只有美国、德国、日本、意大利 4个国家完整地掌握了燃机研发技术,并作为其长期优先发展、进行严密技术封锁的高端战略性装备。

燃气轮机用途广泛,例如电厂发电、园区分布式能源冷热电三联供、西气东输管道气增压驱动、舰船驱动等,具有高效率、低污染、启停快、用地少等一系列优点。

为了打破70多年的技术封锁,研制东方电气集团G50重型燃气轮机的田晓晶博士与团队,攻克了燃气轮机难题。

田晓晶介绍说,目前我国正在运行的各种燃气轮机超千台,几乎全部由上述 4个国家所提供。在与我国合资、合作过程中,美国、德国、日本、意大利这四个国家仅转让冷却部件制造和装配技术,最核心的高温部件被牢牢把控。燃气轮机也是我国典型的 “卡脖子”关键核心技术。”

“燃机中的高温部件每隔一段时间就需要维修和替换,基本只能由原燃机供应厂商提供,具有绝对的定价权。”田晓晶说。

当前我国燃机市场和维修均没有掌握在自己手中,而当前复杂的国际环境形势,要求我们必须要有自主的燃气轮机。

为了主动服务国家战略,东方电气集团东方汽轮机有限公司在2009年启动了F级50MW重型燃机项目,简称G50,经过14年的坚持,2023年3月8日,依托国家能源局首台套重大技术装备项目,G50在广东清远顺利通过96h商业运行考核,标志着G50研制成功。

东方电气实现了国产燃机从无到有的突破。G50也被誉为中国 “争气机”,分别于2020年和2022年两次入选国资委评选的“央企十大国之重器”。

G50是国内首台完全正向自主设计、制造、试验的 F级燃气轮机,打破了70多年的技术封锁,为我国能源体系的安全贡献了力量。

田晓晶介绍,通过G50的研制,东方汽轮机目前已经搭建了自主F 级燃机设计体系,已获授权发明专利136项,具备了燃机全部部件的制造能力。

田晓晶感慨地说,14年的潜心研发,终于啃下了重型燃气轮机国产化这块“硬骨头”,填补了自主燃气轮机应用领域的空白。

专利创造之路上从来没有坦途和捷径,只有不避艰险、不怕困难,敢于面对挫折和失败,才能勇攀技术高峰。东方电气集团培养和带动燃气轮机相关产业链上下游创新型企业300多家,实现了2万多个零部件全部国产化,保障了产业链的自主可控。

“未来,我们将继续走自主创新之路,提高国产燃机技术先进性,助力国产燃机取得更大的辉煌。”田晓晶说。