在科技創(chuàng)新與能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，我國(guó)能源裝備領(lǐng)域迎來(lái)了又一振奮人心的消息——我國(guó)自主研制的300兆瓦級(jí)F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)在上海臨港首次點(diǎn)火成功，這是繼今年2月首臺(tái)樣機(jī)總裝下線以來(lái)取得的又一重要里程碑成果，標(biāo)志著我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)自主研制全面進(jìn)入整機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證階段。這一成就，不僅彰顯了我國(guó)能源科技的實(shí)力，也引出了一個(gè)值得深入探討的問(wèn)題：為何重型燃?xì)廨啓C(jī)在全球能源體系及國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略中占據(jù)著如此舉足輕重的地位？

燃?xì)廨啓C(jī)是航空、艦船和能源領(lǐng)域的核心動(dòng)力裝備，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)可以分為重型燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和輕型燃?xì)廨啓C(jī)（或航改燃機(jī)）。燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)、制造難度極大，具有技術(shù)密集度高、產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)面廣、軍民結(jié)合屬性強(qiáng)等特點(diǎn)，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的集中體現(xiàn)，也是關(guān)乎國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“國(guó)之重器”，因此被譽(yù)為裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”。

重型燃?xì)廨啓C(jī)的功率是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)百倍，可用于天然氣發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰或減載，并作為中型航空母艦和驅(qū)逐艦的動(dòng)力源。就工作原理而言，重型燃?xì)廨啓C(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的葉輪機(jī)械，通過(guò)壓縮、加熱、膨脹、放熱4個(gè)熱力過(guò)程將燃料的化學(xué)能以及流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)力。在這一轉(zhuǎn)換過(guò)程中，燃?xì)獬鯗?、壓氣機(jī)壓比是影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的主要因素。20世紀(jì)50年代，發(fā)電工業(yè)引入了燃?xì)廨啓C(jī)。目前，燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電已經(jīng)達(dá)到全球發(fā)電總量的1/5（歐美國(guó)家已超過(guò)1/3）。隨著世界范圍內(nèi)天然氣資源的開(kāi)發(fā)利用，重型燃?xì)廨啓C(jī)在發(fā)電領(lǐng)域得到全面應(yīng)用，其優(yōu)異的調(diào)峰能力使其在未來(lái)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。我國(guó)電力行業(yè)對(duì)重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品需求迫切，在最為重要的清潔發(fā)電方向，2021年氣電總裝機(jī)容量約為1.086億千瓦（占電源總裝機(jī)容量的4.6%），2025年前預(yù)計(jì)新增氣電裝機(jī)容量3200萬(wàn)千瓦。在碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)提出后，能源消費(fèi)清潔低碳化進(jìn)程將進(jìn)一步加快，電力也將占據(jù)能源體系的主導(dǎo)地位，相關(guān)發(fā)展任務(wù)艱巨。

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)際上形成了行業(yè)巨頭高度壟斷的重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)與行業(yè)發(fā)展格局，這主要是受核心技術(shù)門(mén)檻高、產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等歷史性因素的影響造成的。國(guó)際主流重型燃機(jī)廠商主要包括美國(guó)通用電氣、德國(guó)西門(mén)子和日本三菱重工。另外，意大利安薩爾多在2016年收購(gòu)了法國(guó)阿爾斯通的燃機(jī)資產(chǎn)，也成為全球較大的燃機(jī)制造商之一。

我國(guó)在重型燃?xì)廨啓C(jī)制造領(lǐng)域起步較晚，技術(shù)積累薄弱，過(guò)去長(zhǎng)期依賴國(guó)外企業(yè)來(lái)滿足設(shè)備需求并進(jìn)行產(chǎn)品維護(hù)。追溯歷史，我國(guó)從20世紀(jì)50年代末開(kāi)始發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)。通過(guò)仿制和研制，到20世紀(jì)70年代初，國(guó)內(nèi)廠家研制出了若干車(chē)用和發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)，為我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)奠定了初步基礎(chǔ)。然而，自20世紀(jì)80年代至20世紀(jì)末，受限于國(guó)內(nèi)油氣供應(yīng)短缺，燃?xì)?、燃油發(fā)電行業(yè)進(jìn)入低潮期，延緩了我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的進(jìn)步，導(dǎo)致與國(guó)際先進(jìn)水平之間的差距被迅速拉大。

自2002年7月起，國(guó)家發(fā)展改革委組織了多次F級(jí)和E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的“打捆招標(biāo)”，旨在通過(guò)市場(chǎng)換技術(shù)等合作方式，推動(dòng)上海電氣、東方電氣和哈爾濱電氣（即三大電氣集團(tuán)）與國(guó)外燃?xì)廨啓C(jī)企業(yè)合作，引進(jìn)重型燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù)。盡管有這些合作，燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)、核心部件（燃燒器部件、高溫透平葉片部件）的制造和維修技術(shù)、試驗(yàn)技術(shù)等，仍掌握在外方手中，未實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓。因此，目前在役的重型燃?xì)廨啓C(jī)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主，存在供應(yīng)鏈中斷或停運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)，威脅電力供應(yīng)穩(wěn)定和國(guó)家能源安全。在此背景下，自主研發(fā)重型燃?xì)廨啓C(jī)成為抵御外部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。面對(duì)外部技術(shù)封鎖和內(nèi)部資源約束，企業(yè)必須從零開(kāi)始，加速自主研發(fā)進(jìn)程，以確保國(guó)家在技術(shù)裝備上的自主性和創(chuàng)新能力，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型升級(jí)。

在科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)已邁入自主研制、創(chuàng)新發(fā)展和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段。燃?xì)廨啓C(jī)制造企業(yè)聚焦重型燃?xì)廨啓C(jī)，攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，貫通設(shè)計(jì)制造全流程，取得了一系列重大突破。2022年11月，東方電氣自主研發(fā)的F級(jí)50兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)正式發(fā)運(yùn)，標(biāo)志著中國(guó)自主燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)開(kāi)啟了高質(zhì)量發(fā)展新篇章。隨后，2023年6月，中國(guó)航發(fā)研制的“太行110”重型燃?xì)廨啓C(jī)（AGT-110）在深圳通過(guò)驗(yàn)證。2024年2月，我國(guó)首臺(tái)自主研制的300兆瓦級(jí)F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)樣機(jī)成功下線，其技術(shù)指標(biāo)與國(guó)際主流相當(dāng)，由國(guó)家電投集團(tuán)聯(lián)合三大電氣集團(tuán)組建的中國(guó)聯(lián)合重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)有限公司（中國(guó)重燃）負(fù)責(zé)實(shí)施，上海電氣集團(tuán)總裝制造，并有來(lái)自19個(gè)省市的200余家單位參與。今年7月，東方電氣自主研制的15兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)（G15）在四川德陽(yáng)下線。

當(dāng)前，重型燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)發(fā)展正聚焦于多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，包括先進(jìn)材料與智能制造、靈活燃料低污染燃燒、高效氣動(dòng)與先進(jìn)冷卻技術(shù)、系統(tǒng)智能測(cè)控與運(yùn)維，以及新型高效發(fā)電系統(tǒng)等。這些領(lǐng)域的進(jìn)步不僅推動(dòng)了燃?xì)廨啓C(jī)性能的提升，也為其未來(lái)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。展望未來(lái)，重型燃?xì)廨啓C(jī)正朝著極限效率、經(jīng)濟(jì)可靠、超長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展。由于燃?xì)獬鯗睾蛪簹鈾C(jī)的壓比是決定燃?xì)廨啓C(jī)效率的關(guān)鍵因素。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要不斷提升燃?xì)獬鯗?、部件效率，并增?qiáng)結(jié)構(gòu)可靠性。因此，燃燒技術(shù)、結(jié)構(gòu)材料與涂層、增材制造、熱管理、高保真綜合仿真與驗(yàn)證試驗(yàn)、先進(jìn)熱力學(xué)循環(huán)、系統(tǒng)集成與優(yōu)化、基于狀態(tài)的運(yùn)行與維護(hù)、數(shù)字孿生技術(shù)及相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，將成為未來(lái)的研究重點(diǎn)。同時(shí)，隨著碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，凈零排放和靈活燃料燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展日益加快。這要求燃?xì)廨啓C(jī)不僅要具備更強(qiáng)的摻氫、純氫燃料適應(yīng)性，還需具備更寬的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力和更低的污染物排放性能。因此，燃料系統(tǒng)、燃燒室等關(guān)鍵部件的材料及制造工藝、新型燃燒室設(shè)計(jì)等成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

重型燃?xì)廨啓C(jī)之所以如此重要，不僅因?yàn)槠渥鳛槟茉崔D(zhuǎn)換與供應(yīng)的核心設(shè)備，在全球能源體系中扮演著關(guān)鍵角色，更在于其技術(shù)的發(fā)展與突破對(duì)于國(guó)家整體科技實(shí)力、能源安全、綠色轉(zhuǎn)型以及國(guó)防能力的提升具有深遠(yuǎn)影響。黨的二十屆三中全會(huì)明確提出要完善推動(dòng)新能源、新材料、高端裝備等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和治理體系。重型燃?xì)廨啓C(jī)正是這一戰(zhàn)略方向上的重要一環(huán)。因此，我國(guó)自主研制重型燃?xì)廨啓C(jī)不僅是一項(xiàng)重大的科技任務(wù)，更是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展、保障能源安全、促進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型以及提升國(guó)防安全水平的必由之路。

（作者系北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授）