科创中国

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新能源产业

需求背景

2020年9月，我国在第75届联合国大会提出二氧化碳排放力争2030 年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和；2020年12月，我国在联合国2020气候雄心峰会提出2030年可再生能源装机达到12亿千瓦；2021年7月，国家发展改革委和国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》(发改能源规〔2021〕1051号)提出，到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达3000万千瓦以上。到2030年，实现新型储能全面市场化发展。

双碳目标的实现需要实现两个替代：能源生产清洁替代和能源消费电能替代；两个主导：能源生产清洁主导、能源消费电能主导；两个脱钩：能源电力发展与碳脱钩、经济社会发展与碳排放脱钩。2025年，我国电源总装机达到29.5亿千瓦，其中煤电达到峰值11亿千瓦。2025~2030年新增电力需求全部由清洁能源满足，我国电源总装机38亿千瓦，其中约10.5亿千瓦。2050年，我国电源总装机75亿千瓦，其中煤电装机降至3亿千瓦。 2060年，我国电源总装机80 亿千瓦，其中燃煤机组退出。目前我公司的汽轮机产品主要为电厂所用，且产品的技术先进性水平一般。从上述数据可以看出，在2030年，燃煤电厂装机容量会有一个缓慢增长过程，然后逐步退出电力市场，最终在2060年全部退出，我厂电力机械产品面临巨大挑战。因此，在我厂现有的厂房、设备、技术、人员、知识体系基础上进行产品转型成为当务之急。

北京电力设备总厂有限公司是中国能建集团下属装备企业中唯一能生产汽轮机的单位。北京设备厂从1952年开始从事汽轮机的检修和维护工作，70年代开始生产发电式汽轮机，80年代开始生产在火电厂驱动给水泵和引风机的驱动式汽轮机，目前已形成了配套200MW至660MW机组的系列化驱动式汽轮机产，功率从6MW到28MW，至今累计已生产六百多台套。今年完成了用于生物质的30MW发电式汽轮机生产，该项目为中能装备科技立项项目。

汽轮机是一种将蒸汽所产生的热能转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备。发电汽轮机主要用于驱动发电机，并同时提供热能，被广泛应用于发电厂、自备电站、区域性热电联产工程以及燃气-蒸汽轮机联合循环电站、城市垃圾电站等领域。工业驱动汽轮机主要用于驱动压缩机、鼓风机、泵、压榨机和船舶螺旋桨等旋转机械，被广泛应用于炼油、化工、化肥、冶金、电力、建材、轻工、环保、船舶等工业领域，是各类大型工业装置中的关键动力装备。

在压缩空气储能项目，有着很多与汽轮机类似的关键设备，如用于压缩空气的压缩机，用于压缩空气释放能量的透平膨胀机。

在压缩空气储能系统中压缩机由富余的电能驱动，将低压空气提升为高压空气，然后打入储存容器中存储，将电能转化为势能。压缩机与汽轮机非常类似，核心部件都是由多级叶轮组成的转子，每级叶轮上装有叶片，区别在于压缩机为压缩，汽轮机为扩容。是北京电力设备总厂有限公司可以介入的转型发展方向。

用于压缩空气释放能量的透平膨胀机根据功率大小可分为单级和多级，结构上分为轴流式和向心式，其中单级结构简单，国内在用于压缩空气储能领域之前已经大量在石化钢铁行业用于制冷。随着空气储能行业的发展，用于压缩空气释放能量的透平膨胀机功率逐渐增大，多级式透平膨胀机将是以后的发展方向，其结构与常规的蒸汽汽轮机类似，只是介质由高温高压蒸汽变为了高温高压空气。

也是北京电力设备总厂有限公司可以介入的转型发展方向。

需解决的主要技术难题

（1）压缩空气储能用多级宽负荷压缩机的产品开发:

（a）多级宽负荷压缩机的热力设计；

（b）多级宽负荷压缩机的结构设计；

（c）多级宽负荷压缩机的轴系稳定性；

（d）多级宽负荷压缩机的系统优化。

（2）压缩空气储能用多级高负荷膨胀机的产品开发；

（a）涡轮的通流设计及各级膨胀比的分配；

（b）涡轮箱的尺寸，多轴功率及转速的分配，结构形式等；

（c）集气室、扩压器、管道、换热器尺寸及形式的选择；

（d）涡轮输出功率及转速的控制；

（e）齿轮箱的传动效率。

期望实现的主要技术目标

（1）压缩空气储能用多级宽负荷压缩机的产品开发，形成可以应用在压缩空气储能领域的用多级宽负荷压缩机产品。

（a）500kW~100MW多级高负荷压缩机；

（b）负荷变化适应性强：要求机组60％～100％的宽负荷范围内都能安全、稳定运行；

（c）压缩机额定工况效率可达85%以上；

（d）频繁启停：在寿命周期内，每天都能启停；

（e）高效率、稳定性好：循环效率是衡量系统电-电转化效率的重要指标，要求空气压缩机机组效率高、稳定性好。

（2）压缩空气储能用多级高负荷膨胀机的产品开发，形成可以应用在压缩空气储能领域的用多级高负荷膨胀机产品。

（a）500kW~100MW多级高负荷膨胀机；

（b）快速启动：启动时间分为冷态启动、温态启动、热态(极热态)，都要求在极短时间内完成 (一般不超20 min)，远远高于常规火电机组启动时问要求。

（c）负荷变化适应性强：要求机组30％～100％的宽负荷范围内都能安全、稳定运行。

（d）频繁启停：在寿命周期内，每天都能启停。

（e）高效率、稳定性好：循环效率是衡量系统电-电转化效率的重要指标，要求空气膨胀发电机组效率高、稳定性好。

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