科普 为什么R0110燃气轮机不可能上舰。 微型燃气轮机

中国的船用燃气轮机,目前动力最强的是052C和052D导弹驱逐舰所用的引进乌克兰技术的QC-280型燃气轮机,其单轴功率约为24兆瓦,约合32000马力。英国设计的“伊丽莎白女王”级航母上使用MT-30燃气轮机动力,单机功率为世界船用燃气轮机最高之5万马力,最高航速却仅为25节,航速仍然较慢。而美国最后一型常规动力航母“小鹰”级的满载排水量8万4千吨,最高航速达34节,动力系统为4轴,28万马力。其蒸汽轮机动力单轴达7万马力,中国如果要研制满载排水量超过8万吨的航母,其动力系统不应比这个数据差太多。

近年中国曾引进乌克兰R0110重型燃气轮机,功率可达110兆瓦(14.8万马力),因此各方广为设想其上舰之潜力,不只是一般的网友,即使是大报的军事评论员也经常提起这一可能性。然而事实上这是不可能的。三年前一位学机械工程的网友已写了一篇“R0110重型燃气轮机几乎不可能用于航母”的文章,但是并没有得到应有的注意,其内容偏重民用技术,而且三年下来有些过时,所以我在此狗尾续貂,重述并引申其理,希望非工程专业的读者也能了解R0110的局限性。

R0110燃气轮机要上舰的基本问题在于它是为了IGCC设计的煤气燃机。所谓IGCC就是Integrated Gasification Combined Cycle(整体煤气化联合循环发电系统),而“煤气”(Syngas)乃是指将煤与高温水蒸汽反应而得的一氧化碳,甲烷和氢的混合气体。IGCC是目前世界上最先进的燃煤发电系统,其热效率可以达到55%,比传统的煤电厂的30-35%要高的多。而且在产生煤气的阶段,可以很高效(99%+)又便宜地脱硫,大幅地降低了污染。可是从军用的观点来看,在任何军舰上,不论多大的舰体,都是不可能装得下整个气化系统的。即使将R0110重新设计,花费大量时间和精力,以改用一般船用的煤油或柴油,发电用的燃气轮机在原设计阶段就假设每年只能做几百次的功率调整,这和军舰上燃气轮机动力必须呼之即来的要求是有基本上的冲突的。

这还只是理论上的冲突,在实际执行上,R0110连出厂定型都遥遥无期,更别说重新设计来上舰了。为什么R0110原型机制成多年却不能定型呢?这是因为它在制造厂房里空机试转成功之后,没有地方可以进行满载试转。要进行满载试转,必须要有个IGCC电厂,可是几年前全世界只有5座IGCC实验电厂,分别在美国(两座),荷兰,西班牙和日本,所以原本在2008年12月中国863重大专项的“中低热值燃料R0110燃气轮机研制及其在IGCC电站中的工程应用”的科技示范项目决定在沈阳市浑南地区落户,由中电投东北电力有限公司投资百亿元开发600亩地兴建。但是建设还没开始,这计划就无疾而终,现在沈阳浑南的绿色电站已经改成光伏发电,这又是为什么呢?

基本的原因是IGCC技术太不成熟,而原本鼓吹这项未来技术的人太过樂观。连IGCC诞生地的美国本来建立了三座实验厂,结果也有其中一座早夭报废。中国虽然有钱有人有需要有决心,但是一旦开始进行IGCC电厂的设计细节,就发现其技术难度比核电厂还高。做为IGCC的技术核心,煤气燃机如果也是不成熟的产品,整体的风险实在太高,连中国也承受不了,所以经过几年的检讨论证,IGCC这个烫手山芋最后丢给了华能,在天津滨海新区临港工业区建立了中国第一座的IGCC实验站,采用由华能西安热工研究院自主研发的气化炉,燃气轮机则系采购自西门子公司的SGT5-2000E。SGT5-2000E设计功率为166兆瓦,比R0110高50%,而且已经在西班牙和日本装过两台,理论上是个成熟的产品,可是华能在2012年12月装机试产之后,就发现整机开开停停,因为自己设计的气化炉各种参数都和西班牙和日本的厂不一样,结果西门子怪西安热工研究院,热工研究院怪西门子,到现在还不能连续开机一个月。即使能开机,发电成本也比原先预期高80%,以致华能一个月亏一亿元,目前到底是认赔杀出,或是扩大投资以期降低单位成本,还需要国家的政策决定。

或许IGCC再经过十几年的投资和实验,能够满足原本的梦想,但是我个人认为前景并不樂观,尤其是从低阶上,超超临界机组的新技术成熟得很快,固定成本比传统的煤电站只贵6%,却有等同IGCC的除硫效率和相差不大的热功效率。从高阶上,则是完全没有二氧化碳排放问题的小型核电站如第三代的ACP100和第四代的高温气冷堆,中国在这两者都处于世界先进或领先地位。如果IGCC不能修成正果,那么R0110自然也会胎死腹中,更不用提将它提升为船用燃气轮机的可能性了。

【科普】为什么R0110燃气轮机不可能上舰。 微型燃气轮机
船用燃气轮机单发动力不足是为何美苏设计的舰队航母从来都没有采用燃气轮机动力的基本原因,船用蒸汽轮机(包括常规和核动力)乃是大型航母唯一可用的选择。目前,中国动力最强大的蒸汽轮机动力系统是俄罗斯引进的“现代”级驱逐舰上的动力系统,该动力系统为双轴推进,单轴50000马力。国产051C型导弹驱逐舰双轴共94000马力,比“现代”略低。“辽宁”号航母使用的蒸汽轮机系统的功率尚未得到证实,但据新华社报道,该舰在海试中达到最大航速28.5节。而苏联“库兹涅佐夫”号航母服役时使用2台轮机,共20万马力,最高航速32节。这一数据意味着“辽宁”号的动力系统比“库兹涅佐夫”级有一定的差距。由于“辽宁”号在出售给中国前已经拆除了舰内的动力设备,因此“辽宁”现在的动力系统应该是一套全新的国产系统,其技术水平可能与051C型驱逐舰的系统类似,双轴18-19万马力左右。在中国开发出更高功率的船用蒸汽轮机之前,建造比“辽宁”号更大的航母是不切实际的。

  

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