超临界火力发电技术的发展

超临界和超超临界火力发电技术最早源于美国50年代开发的技术，经过80年代欧洲和日本的发展逐步成熟。

(资料图)

世界超临界火电技术几十年的发展过程可划分为三个阶段：

第一阶段，20世纪50~70年代以美国通用电气公司和西屋电气公司为代表的超超临界参数发展起始阶段。

美国西屋电气公司于1959年制造的首台超超临界机组的容量为31万千瓦，进汽压力为34.5MPa，进汽温度为649℃。由于机组可靠性的问题，在经历了初期超超临界参数后，从20世纪60年代后期至70年代，美国超临界机组大规模发展时期所采用的参数均降低到超临界常规参数：压力24.1MPa，温度538℃/566℃。直至20世纪80年代，美国超临界机组的参数始终稳定在这个水平。

这个时期，美国的超临界机组总数达到170余台。

第二阶段，从20世纪80年代起的超临界机组优化及新技术发展阶段。

从20世纪70年代起，美国通用电气公司和西屋电气公司分别将超临界技术转让给日本（通用电气公司向东芝公司、日立公司，西屋公司向三菱公司）和欧洲，超临界机组的市场从20世纪80年代起转移到了欧洲及日本。

从20世纪80年代起，美国通用电气公司和西屋电气公司对已投运的170台机组进行了大规模的优化及改造，使得美国超临界机组的运行可靠性已达到亚临界相同的水平。通过改造，形成了一批经过验证的新设计方法、新结构，大大提高了机组的经济性、可靠性和运行灵活性。

与此同时，美国通用电气公司和西屋电气公司又将这些新的先进技术与日本日立、东芝、三菱公司联合进行了一系列超超临界机组的开发设计，使超超临界技术的发展进入了一个新的阶段。

第三阶段，20世纪90年代新一轮超超临界参数的发展阶段。

随着常规超临界技术的成熟，在环保及提高经济性目标的驱动下，从20世纪90年代开始，以日本（三菱、东芝、日立公司）、欧洲（西门子、 ABB 公司）为中心，超超临界火电机组又进入了新一轮的发展阶段。

在保证机组高可靠性、高可用率的条件下，采用更高的温度（600℃)、更高的压力(28MPa以上）是这一发展阶段的主要特点。

中国发展超超临界技术火力发电技术的技术准备

20世纪80年代后期，我国就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，安装于上海石洞口第二发电厂。这次进口，采取了技贸结合带进技术的方式，引进了锅炉和汽轮机的超临界技术，不仅取得了重要的设计计算软件，而且，还通过联合设计培训了一批专业技术人员，为超临界机组的自主化做了技术上的准备。

2000年前，我国先后从俄罗斯、德国和日本进口了多套30万千瓦~90万千瓦的超（超）临界火力发电机组。截至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。

通过对超（超）临界机组的技术有了清晰的了解，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。

引进超临界火力发电技术

2000年以前，为推进超临界火电机组自主开发的历程，国家计委多次组织专家进行论证。

2000年年中国家将60万千瓦超临界火电机组研制补充列入“九五”国家重大技术装备科技攻关项目。

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℃。

为了支持国产超临界机组的发展，国家决定最早开始的几台超临界机组研制时，国内企业可寻找国外合作伙伴，以中方名义参与招投标，由外方负责机组性能保证。

于是，哈尔滨、上海、东方三大电气集团所属各企业按国家计委和电力部门的要求，都各自寻找了国外合作伙伴，以中方的名义参与了河南沁北、江苏常熟、江苏镇江等电厂的60万千瓦超临界火电机组的招投标，由外方负责机组性能保证并提供对性能有重大影响的关键部件。

河南沁北电厂项目由哈尔滨电气集团中标（汽轮发电机组由哈尔滨电气集团制造，国外合作伙伴是日本三菱公司；锅炉由东方锅炉厂制造，国外合作伙伴是日本日立公司）；

常熟电厂项目由东方电气集团中标（国外合作伙伴是日本日立公司）；

镇江电厂项目由上海电气集团中标（国外合作伙伴是德国西门子公司）。

由哈尔滨电气集团供货的河南沁北电厂的我国第一、第二台60万千瓦超临界火电机组分别于2004年11月23日和12月13日投运发电。

随后，东方电气集团供货的常熟电厂60万千瓦超临界火电机组和上海电气集团供货的镇江电厂60万千瓦超临界火电机组也分别于2005年3月和2005年7月投运发电。

通过这几台机组研制后，60万千瓦超临界火电机组就由我国三大集团各企业自主设计制造了。我国制造的60万千瓦超临界机组的性能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。

100万千瓦超超临界火电机组的研制

2003年下半年，在制造超临界机组的基础上，开始了超超临界火电机组的研制，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。在对机组参数、容量进行分析与专家论证后，国家决定采取“高举高打”的策略，一起步就建造参数为26.25MPa600℃/600℃的100万千瓦级的超超临界火电机组，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。

首台机组以华能集团浙江玉环电厂为依托工程，于2006年11月18日正式投运，上海汽轮机厂、哈尔滨锅炉厂、上海电机厂分别制造了汽轮机、锅炉和汽轮发电机。

随后，2006年12月，山东邹县电厂参数为25MPa600℃/600℃的100万千瓦级超超临界火电机组投运，东方电气集团承担了三大主机设备的制造。

2007年12月，江苏泰州电厂参数为25MPa、600℃/600℃的100万千瓦级超超临界火电机组投运，哈尔滨电气集团制造了三大主机设备。

我国制造的100万千瓦超超临界火电机组经西安热工研究院和上海发电设备成套设计研究院性能测试，热耗约为7260kJ/千瓦时，供电煤耗为285g/千瓦时，达到了国际先进水平。

我国在2002年成功完成了国家重大科技攻关项目 “超超临界燃煤发电技术”的研究，2006年11月，华能玉环电厂国内第一个百万千瓦超超临界燃煤机组建成投产。该机组汽轮机和发电机由上海电气制造，锅炉由哈尔滨锅炉厂供货。2007年，以玉环电厂工程为依托的 “超超临界燃煤发电技术的研发与应用”课题获得国家科学技术进步一等奖。

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，我国已成为世界上百万千瓦超超临界机组投入运行最多的国家之一。

中国超超临界火力发电技术的发展和登顶

世界之巅——高超超临界时代的二次再热技术

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，2015年9月建成投产。

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，成为世界领先的发电技术！

目前世界上二次再热机组欧洲有十几台，日本有3、4台，其中以丹麦的二次再热机组效率最高，虽然该机组是用北海的深海水冷却，我们的示范项目是用长江水冷却，但我们的发电机组效率还是超过了它。

该项目的技术储备从2006年华能玉环电厂投运后开始研究更高的参数，2007年开始研究二次再热技术，2009年开始研究620摄氏度温度问题，2010年12月与国电集团达成共识正式启动项目设计。

项目攻关组相继攻克了二次再热锅炉高参数、复杂的热力计算、系统设计、控制集成以及高效燃烧与低污染排放、温度调节和高温材料、焊接等30多个难题并确定最优方案。

二次再热的温度由600摄氏度升级到了620摄氏度，高、中压转子采用了最新的9%铬钢材料。转子的异种焊接技术也是一个世界级的难题，目前用了两个焊接转子，该项技术全世界只有上海电气和阿尔斯通掌握。

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。

全球最大最先进机组

申能安徽平山电厂二期工程建设的135万千瓦超超临界燃煤机组是目前国际最先进且单机容量最大的新型高效、洁净、低碳燃煤机组，2020年建成投产。

机组设计供电标准煤耗为251克/千瓦时，与目前国内最先进的两次再热百万千瓦机组煤耗266.18克/千瓦时比较，下降超15克/千瓦时，而且低负荷工况节能效果更为显著，50%THA工况下煤耗下降超过20克/千瓦时，成为燃煤发电机组能效新的世界标杆。

这台机组的建成投用，使我国的高效洁净煤电牢牢占据了世界火力发电技术发展的制高点，同时也打开了未来发展下一代700℃参数发电技术的关键瓶颈。

申能安徽平山电厂二期工程推动了我国火电装备行业的自主创新和国产化，为我国掌握最先进火电装备技术提供了良好机遇。

目前，超超临界高效发电技术和示范工程已经在全国推广，占煤电总装机容量的26%。中国已是世界上1000兆瓦超超临界机组发展最快、数量最多、容量最大和运行性能最先进的国家。

掌握火力发电技术是中国工业化过程的一部分

火力发电技术是一项发展历史超过百年且接近成熟的技术。

中国用了将近60年的时间追赶上了世界最先进水平！

从中压到高压，再到亚临界、超临界和超超临界火力发电技术，中国都是引进国外的技术。

为什么不自主研发？

因为在中国开发电力设备制造业时，高压、亚临界、超临界和超超临界火力发电技术都已经是成熟的技术，我们再重新造轮子意义不大，因此继续引进是正确的，可以加快我们电力设备的技术进步速度。

在60-80年代，中国独立发展了超高压的技术，但是花费时间太长，不能满足电力工业发展的需求。

满足电力工业发展的需求是第一要务。

在引进技术之后，中国的电力设备制造业能够很快的掌握技术并批量生产设备满足电力工业发展的需求。

中国工业化过程中能够获得低成本的电力，就在于我们能够掌握技术并充分利用中国的自然资源禀赋。

在掌握技术之后，中国的技术人员也有能力继续发展，并使得中国的火力发电技术在2010年之后做到全球领先。

如果说工业化是一张拼图，火力发电技术就是其中非常重要的一块，中国在2010年前后就获得了这张拼图。

超临界和超超临界火力发电技术的引进与1980年的那次技术引进相比有什么不同？

最大的不同就是设备的制造时间和投产时间大幅缩短！

在引进亚临界发电技术之后，我们对电力设备制造企业进行了改造升级，冶金工业和其它配套材料工业的企业配合进行了技术攻关，这些都为超临界和超超临界火力发电设备的制造奠定了坚实的基础。

因此，在引进技术之后不到两年时间就能造出超临界和超超临界火力发电设备。

中国火力发电技术的进步，从落后、追赶世界先进水平，再到登上世界之巅，都是在政府的组织和协调下进行的，是国内机械工业、电力工业、冶金工业等多个行业的人员共同努力的结果。

从亚临界到超临界，从超临界到超超临界，从先进的高效超超临界到新一代超超临界，我国火电装备制造业从引进技术、消化吸收，到自主创新、优化提高，到最后全球领先，每一次的突破背后都有政府的强力支持。

1992年，我国政府决定以上海石洞口二厂引进2台60万千瓦超临界火电机组作为示范项目，为超临界机组的国产化工作进行充足准备。

2000年，我国政府将60万千瓦超临界机组的研制补列入“九五”国家重大技术装备研制项目，并确定华能沁北电厂一期2×60万千瓦超临界机组为国产首台60万千瓦超临界机组示范工程，进一步推进超临界机组国产化。

在超临界机组国产化成功的基础上，中国政府及时批准了上海、哈尔滨、东方三大发电设备制造集团又分别从西门子、阿尔斯通、三菱、东芝等企业引进100万千瓦超超临界技术，并通过确定示范工程推动了国产化。

在引进的超超临界火力发电技术基础上，我国的技术人员继续研发，进一步提高了火力发电的效率，降低了发电成本。

2015年9月全球首台百万千瓦超超临界二次再热火电机组在江苏泰州发电厂建成投产。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，成为世界领先的发电技术！

2020年，国际最先进且单机容量最大的135万千瓦新型高效、洁净、低碳超超临界燃煤机组在申能安徽平山电厂建成投产。这台机组的建成投用，使我国的高效洁净煤电牢牢占据了世界火力发电技术发展的制高点，同时也打开了未来发展下一代700℃参数发电技术的关键瓶颈。

随着新能源技术的崛起，传统的燃煤发电技术似乎已经过时了。

虽然风电、光伏发电等新能源技术风头正盛，但是风电、光电在全部发电量中的比例仍然较低。在我国的电力系统中，以煤炭为燃料的火力发电量是基础，仍然占据了50%以上的比重。

在新中国的工业化过程中，火力发电技术即是新中国工业化的重要内容，也为新中国的工业化提供了电力基础。

掌握火力发电技术是我们无法避开的必经阶段，我们国家的科研技术人员很好的完成了任务，也奠定了中国制造业在全球的竞争力。

一步一个脚印，这才是真实中国的工业化过程！

参考资料：

1、《中国电器工业发展史》

2、《中国重大技术装备史话-中国火力发电设备制造》

3、《中国电气工程大典-火力发电工程》