中國是全世界唯一擁有聯(lián)合國產業(yè)分類中所列全部工業(yè)門類的國家，用幾十年時間走過了發(fā)達國家?guī)装倌晁哌^的工業(yè)化歷程。直至今日，動力裝備的制造能力已經成為衡量國家實力的重要標志。今天我們走進一個前所未見的神奇動力世界，探尋燃燒、速度、效率背后所隱藏的能量密碼。
中國挑戰(zhàn)供電超低煤耗極限，“251”時代即將到來
作為世界上最大的能源生產國和消費國，在大力發(fā)展新能源的同時，中國也在持續(xù)推動煤炭的高效清潔利用。上海市用電的六分之一來自沿江而建的三座燃煤電廠。
三座電廠中最新的一座，上海外高橋第三發(fā)電廠，2013年憑借兩臺百萬千瓦超超臨界機組，實現(xiàn)了276克每千瓦時的年平均供電煤耗，打破了丹麥電廠保持的世界紀錄。這項紀錄意味著，當年“外三”電廠每送出1度電，比全國平均水平節(jié)約45克標準煤，一年就可以節(jié)煤52萬噸，減少二氧化碳排放140萬噸。
馮偉忠，是這三座電廠的核心建設者之一，這一切對他來說遠不是終點。他的目標是設計一臺全新的汽輪發(fā)電機組，把電廠供電煤耗降低到251克每千瓦時，這將是一個新的世界紀錄。
新型汽輪機組的關鍵部件在無錫透平國家大型渦輪葉片研制基地進行鍛造。經過全世界最大的離合器式螺旋壓力機的重擊等操作，金屬性能提升25%的毛坯件鍛造完成。
再經過五軸聯(lián)動數控機床精加工，帶有唯一身份編號的葉片將按照嚴格順序，安裝到對應輪槽上。
渦輪轉子，被稱作汽輪機的心臟，這顆心臟是否足夠強健，精密的裝配尤為重要。工程師需要在一個月的時間完成2000多個不同類型葉片的裝配，14級葉片沿軸線方向的整體誤差，不能超過0.6毫米。
正式出廠之前，這臺汽輪機轉子還要經歷一項極為嚴苛的測試。在這個亞洲最大的動平衡測試臺，渦輪轉速達到每分鐘3600轉——這意味著末級葉片頂端圓周轉速，達到660米每秒，相當于兩倍音速，由此帶來每個葉片約600噸的巨大離心力。
這樣的極限測試，對于主軸、葉輪、葉片，都是極為苛刻的考驗。測試結束，包括振動幅值、速度在內的各項參數表現(xiàn)正常，這意味著新一臺百萬千瓦汽輪機低壓轉子，完美通過測試。中國制造的百萬千瓦高效超超臨界汽輪機組，已經達到世界領先水平。
安徽淮北平山電廠二期工程，是由馮偉忠設計建造的全新燃煤電廠，他們團隊要在這里，向251克每千瓦時供電煤耗的世界紀錄發(fā)起挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)的汽輪發(fā)電機組，高壓缸、中壓缸和低壓缸分布在一個軸系上。
為了實現(xiàn)251克每千瓦時的供電煤耗，馮偉忠將汽輪機組高壓軸系與低壓軸系進行分離，形成高低位分軸布置的結構。這是一次極為大膽的嘗試，在世界百年火力發(fā)電史上從未有過。
根據測算，采用高低位布置的汽輪機組，比以往減少了將近200米的高溫管道，機組滿負荷運行的熱循環(huán)效率可以達到49%，這讓馮偉忠團隊距離實現(xiàn)251克每千瓦時超低煤耗的目標，又近了一步。
中國造海上巨無霸，船身長度超過世界最大航母60米
2017年，中國船舶工業(yè)集團與法國達飛集團，正式簽訂了9艘23000標準集裝箱船的建造合同。
在這艘船的設計上，中國工程師采用了一套雙燃料系統(tǒng)。在系統(tǒng)切換時，液化天然氣將會逐漸取代燃油成為發(fā)動機的核心燃料。在保證動力的前提下，它的二氧化碳排放可以減少20%，顆粒物、硫氧化物的排放量可以減少99%。
23000標準集裝箱船，是真正的海上巨無霸。船長399米，寬度將近62米，甲板面積相當于3.5個標準足球場。這比目前世界上最大的航空母艦，還要長出60多米。最驚人的還是它的運力，滿載重量近22萬噸，一次就可以裝載23000個標準集裝箱。
上海臨港工業(yè)區(qū)，中國重要的船舶動力制造基地，巨型集裝箱船的超級心臟就是在這里打造。
這個世界上最大的船用內燃發(fā)動機——占地面積接近一個標準籃球場，高度達到16米，相當于五層樓高，重量超過2000噸。
發(fā)動機的活塞長度達到4米，重量超過5噸。安裝活塞的氣缸，內壁直徑接近一米，是目前世界上最大的船用發(fā)動機氣缸。
由于采用雙燃料系統(tǒng)，這些運動部件要承受比單一燃油系統(tǒng)更高的載荷，精度也要求更高。直徑1米的活塞周長誤差不能超過0.02毫米，以保證活塞與氣缸絕對貼合，產生高達63800千瓦的輸出功率，這比200輛重型卡車加在一起的動力還要強勁。
活塞順利落下后，要跟連桿對接在一起，以帶動曲軸運行。如果說發(fā)動機是整艘船的動力之源，那么，曲軸就是動力之心。
在臨港的一個廠房里，正在打造全世界尺寸最大的船用曲軸——重量達到488噸，總長接近24米，幾乎相當于一節(jié)高鐵車廂的長度。這樣的尺寸和重量，已經達到現(xiàn)有加工裝備的極限。
大型船用曲軸與船舶壽命相等，一旦安裝就終身不能更換。這種特大型對接曲軸，由于設計和加工難度極大，曾經長期制約著中國造船業(yè)的發(fā)展。今天，中國不但有能力自主研發(fā)制造，還在不斷刷新著尺寸和重量的世界紀錄。
半小時觀察：裝備強國 動力先行
2020年，中國向全世界鄭重宣布：力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。中央經濟工作會議也將“做好碳達峰、碳中和工作”列為2021年重點工作之一。為了實現(xiàn)這一愿景，動力領域的創(chuàng)新變革，任重道遠、時不我待。動力，是發(fā)展的第一要素，人類文明的每一次重大進步，都伴隨著動力的變革與升級。今天的中國，已有實力、有底氣、有信心，為中國和世界的高質量發(fā)展，繼續(xù)注入源源不斷的澎湃動力。
