一、引言
　　發(fā)電設(shè)備的技術(shù)進步對國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。我國雖然是擁有多種資源的國家，但以煤為一次能源的火力發(fā)電仍是電力生產(chǎn)的主要方式，預(yù)計到2020年，煤電裝機容量仍將占58％，發(fā)電量占65％。能耗高和環(huán)境污染嚴重是目前我國火力發(fā)電行業(yè)需要解決的兩大突出問題。發(fā)展清潔高效的煤電設(shè)備有利于提高能源利用效率，減少一次能源的消耗，是火電結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)升級的重要命題，是我國能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的保證，也是建設(shè)能源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重要舉措。
　　我國環(huán)境保護形勢嚴峻，大量煤炭燃燒產(chǎn)生的二氧化碳、二氧化硫等污染物排放造成一系列生態(tài)保護問題，并承受國際社會的壓力，胡錦濤主席在聯(lián)合國氣候變化峰會上的講話中對中國減排目標已經(jīng)做出了鄭重承諾。煤電污染減排的主要途徑是大規(guī)模采用清潔高效發(fā)電裝置。在國家節(jié)能減排戰(zhàn)略方針的引導(dǎo)下，今后我國電源建設(shè)將逐步過渡到以清潔高效燃煤發(fā)電機組為主。近期采用超超臨界燃煤機組（USC）、大型循環(huán)流化床等業(yè)已成熟的先進發(fā)電技術(shù)，中長期將發(fā)展整體煤氣化燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組（IGCC）和更高參數(shù)的超超臨界機組（A-USC）等清潔煤電新技術(shù)。
　　大容量、高參數(shù)的超超臨界煤電機組和第二代以F級燃氣輪機為核心機的IGCC發(fā)電裝置應(yīng)成為“十二五”及以后我國潔凈煤發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新的重點。2008年我國平均發(fā)電煤耗349 g/kwh，比工業(yè)發(fā)達國家高出近40g/kwh。如果大規(guī)模采用高效、清潔的發(fā)電技術(shù)，可望使2020年我國的平均供電煤耗下降到310g/kwh，屆時預(yù)測煤電發(fā)電量為44870億千瓦時，一年相當于節(jié)約標準煤約1.8億噸，少排放CO2約5.5億噸。
二、超超臨界機組的現(xiàn)狀與發(fā)展
　　超超臨界火電機組是世界上成熟先進的發(fā)電技術(shù)，目前主蒸汽/再熱汽溫度為600℃的超超臨界機組供電效率可達44～45％，在經(jīng)濟發(fā)達國家中廣泛應(yīng)用并得到了顯著的節(jié)能和減少污染的效果，并且正進一步向更高參數(shù)方向發(fā)展。
　　從2003年起，我國發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)與國外制造商合作，引進大型超超臨界火電機組技術(shù)。上海、哈爾濱和東方三大動力集團分別從西門子、三菱以及日立公司等引進了超超臨界技術(shù)。2006年，采用引進技術(shù)生產(chǎn)的1000MW超超臨界火電機組分別在玉環(huán)電廠、鄒縣電廠成功投運，標志著我國電力設(shè)備的制造水平跨上了一個新的高度。據(jù)統(tǒng)計，截至2007年底，發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)承接和投標的600MW等級超超臨界機組達到76臺，1000MW超超臨界機組達到94臺。未來的五年內(nèi)，中國將有近百臺600MW，1000MW超臨界和超超臨界煤電機組投入運行。超臨界和超超臨界參數(shù)的大型循環(huán)流化床和大型空冷機組的技術(shù)開發(fā)也正在進行中。
　　雖然我國超超臨界機組取得了舉世矚目的發(fā)展，但國內(nèi)制造企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的瓶頸仍然明顯，主要表現(xiàn)在超超臨界機組用高溫高強度材料國產(chǎn)化研制和應(yīng)用性能研究工作薄弱，超超臨界機組600℃等級新型耐熱鋼尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化，大型鑄鍛件目前還依賴進口，價格居高不下和貨源緊缺制約超超臨界機組發(fā)展；技術(shù)對外依存度高，目前超超臨界機組仍須由國外廠商進行性能設(shè)計，國內(nèi)制造企業(yè)尚未完全掌握超超臨界機組設(shè)計核心技術(shù)；超超臨界機組的輔機及配套閥門的國產(chǎn)化方面還有較大缺口，高參數(shù)閥門，目前大部分需要向國外采購；關(guān)鍵共性技術(shù)研究體系尚不完善，由于技術(shù)來源不同，各發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)的超超臨界機組存在不同的技術(shù)流派，對關(guān)系到行業(yè)技術(shù)發(fā)展的共性技術(shù)尚未有效地組織起開發(fā)體系，缺乏共性技術(shù)研究平臺。
　　根據(jù)電力工業(yè)中長期發(fā)展新的預(yù)測，到2020年，我國裝機總?cè)萘繉⑦_到16億千瓦，其中煤電裝機總?cè)萘堪?0%比例計為9.6億千瓦。按保守的估計，新增煤電裝機容量的80%采用超超臨界機組，再加上2020年前后我國服役期滿的大批亞臨界機組更新，未來十年我國超超臨界機組的市場將有數(shù)億千瓦計的需求量。

　　必須注意的是，世界上超超臨界技術(shù)正在向更高水平發(fā)展。日本、美國及歐洲等工業(yè)發(fā)達國家制訂了一系列的超超臨界火電技術(shù)的中長期發(fā)展計劃，積極開發(fā)34.3MPa/650℃以及40MPa/700℃新鋼種系列，使超超臨界機組朝著更高參數(shù)的技術(shù)方向發(fā)展。比較引人注目的是歐盟1998年啟動700℃級先進蒸汽參數(shù)的超超臨界技術(shù)開發(fā)項目“AD700計劃”，預(yù)計到2015年完成。其戰(zhàn)略目標是采用700℃/720℃蒸汽參數(shù)的超超臨界機組更換538℃/566℃蒸汽參數(shù)的老機組，將熱效率提高到52%以上，使歐盟成員國的火電機組的技術(shù)水平處于世界領(lǐng)先水平；同時減排CO2約30％，滿足《聯(lián)合國氣候變化框架公約》京都議定書的要求。目前AD700計劃已經(jīng)進入工業(yè)試驗階段，預(yù)計在2020年前，700℃參數(shù)超超臨界機組將投入商業(yè)運行。美國能源部也在2002年啟動了燃煤電廠超臨界和超超臨界機組的高溫高強度合金材料研究項目（屬于VISION 21），主要研究確定760℃和871℃溫度的合金材料對燃煤電廠運行和效率的影響、生產(chǎn)加工及涂層工藝的研究，確定成本目標并提高合金材料和生產(chǎn)工藝的商業(yè)化程度。
　　根據(jù)我國的現(xiàn)實情況，實現(xiàn)超超臨界機組技術(shù)再創(chuàng)新，增強國內(nèi)制造業(yè)的核心競爭力仍是當務(wù)之急。應(yīng)在消化吸收引進技術(shù)的同時，加強國內(nèi)自主創(chuàng)新的支持力度，重點解決高端材料、關(guān)鍵部件和設(shè)計技術(shù)等核心技術(shù)問題，逐步形成具有我國特色的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超超臨界成套設(shè)備設(shè)計制造技術(shù)，具備產(chǎn)品自主優(yōu)化和自主升級能力，積極應(yīng)對未來發(fā)電設(shè)備市場激烈的國際競爭。
三、整體煤氣化燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)（IGCC）的技術(shù)創(chuàng)新問題
　　目前世界上發(fā)展的清潔高效煤發(fā)電技術(shù)，除超超臨界技術(shù)外，還有利用煤化工中已經(jīng)成熟的煤氣化技術(shù)，集成燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)技術(shù)實現(xiàn)高效清潔發(fā)電，其代表技術(shù)為整體煤氣化燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)（IGCC）。同時IGCC因有可能進行CO2的捕捉、實現(xiàn)近零排放更加引人注目，被列為綠色煤電，和超超臨界機組一樣，成為二十一世紀具有競爭力的發(fā)電技術(shù)。但目前IGCC因系統(tǒng)相對復(fù)雜、投資偏高以及可靠性等問題還需要進一步解決，大規(guī)模進入我國電力工業(yè)還需要有待成熟和完善。

　　整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電裝置中，煤氣化裝置和燃氣輪機是關(guān)鍵設(shè)備。用于IGCC系統(tǒng)的燃氣輪機除了應(yīng)具備常規(guī)燃氣輪機的技術(shù)性能外，還具有燃用中低熱值煤氣、氮氣回注、大流量氣體燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)，葉片防腐以及與IGCC相適應(yīng)的燃機控制系統(tǒng)等特殊要求。為了提高熱效率，聯(lián)合循環(huán)應(yīng)配置多壓再熱的余熱鍋爐和汽輪機。這方面我國目前與國外的技術(shù)差距較大，國內(nèi)尚未引進先進的煤氣化設(shè)備設(shè)計和制造技術(shù)、IGCC系統(tǒng)集成技術(shù)、F級IGCC燃氣輪機改型技術(shù)和自動控制技術(shù)。基于E級燃氣輪機的IGCC關(guān)鍵技術(shù)自主研發(fā)和示范工程建設(shè)還處于起步階段。F級重型燃氣輪機由于僅引進了制造技術(shù)，設(shè)計核心技術(shù)研究尚未充分開展，還不具備自主改型和技術(shù)升級的能力。要使IGCC進入大規(guī)模建設(shè)，滿足我國電力市場對清潔高效煤電設(shè)備的需求，必須在集成技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)取得突破，其中包括先進的“F”級、“H”級燃氣輪機技術(shù)、高效率的熱煤氣凈化技術(shù)、離子膜制氧技術(shù)以及發(fā)電用大容量高性能煤氣化裝置。
　　目前國內(nèi)電力行業(yè)對IGCC裝置易于實現(xiàn)CO2捕捉比較感興趣。但國外發(fā)表的資料表明，在捕捉CO2的同時，會造成一定的IGCC電站出力和效率損失。主要是因為廠用電會增加和合成氣熱值減少，使得總凈效率相對減少約19%。同時由于增加CO2捕捉和壓縮設(shè)備，電站的比投資也將進一步增加。因此，在評價IGCC電站經(jīng)濟性時，必須考慮到這方面的因素。作為參考，圖1表示IGCC和燃煤電站F級天然氣聯(lián)合循環(huán)。
圖1 電站成本比較
 

四、加強清潔高效煤電設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新的建議舉措
　?。?） 聚焦國家戰(zhàn)略，依托重點工程，開展清潔高效煤電技術(shù)十二五規(guī)劃研究，推進自主創(chuàng)新。圍繞國家經(jīng)濟社會發(fā)展和能源安全的戰(zhàn)略需求，通過十二五規(guī)劃的研究制定，安排和啟動清潔高效煤電成套裝備的國家重大裝備研制計劃和國家重大科研計劃，加大技術(shù)創(chuàng)新的支持力度。在清潔高效煤電設(shè)備高溫高強材料和大型鑄鍛件國產(chǎn)化設(shè)計制造核心技術(shù)、成套設(shè)備系統(tǒng)集成和優(yōu)化等方面的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)突破，增強自主創(chuàng)新能力，改變國內(nèi)制造行業(yè)技術(shù)對外依存度高，綜合競爭能力較弱的不合理局面。
　　開展對700℃超超臨界機組技術(shù)的前瞻性研究，掌握國外700℃超超臨界機組技術(shù)的開發(fā)狀況，通過相關(guān)技術(shù)的預(yù)研究，為我國700℃超超臨界機組開發(fā)進行技術(shù)儲備，提出我國發(fā)展700℃等級超超臨界火電機組的技術(shù)路線和實施建議方案。
　　開展F級IGCC發(fā)電裝置的系統(tǒng)集成及關(guān)鍵技術(shù)研究，擴大研究規(guī)模，完善試驗基地，掌握IGCC燃氣輪機關(guān)鍵技術(shù)，逐步形成自主開發(fā)的技術(shù)實力。重點進行IGCC發(fā)電裝置系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究、IGCC燃氣輪機改型技術(shù)研究、低熱值煤氣燃燒技術(shù)研究、自動控制技術(shù)研究及IGCC裝置可靠性技術(shù)研究。
　?。?）構(gòu)建新型行業(yè)共性技術(shù)創(chuàng)新體系，增大關(guān)鍵共性技術(shù)供給能力。建立以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系，充分發(fā)揮清潔高效煤電技術(shù)領(lǐng)域的國家工程研究中心、國家工程實驗室、國家認定企業(yè)技術(shù)中心的技術(shù)開發(fā)平臺作用。利用大型企業(yè)集團和轉(zhuǎn)制研究所的優(yōu)勢資源，圍繞重點發(fā)展的領(lǐng)域和優(yōu)勢項目，建立共性技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)化的產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟和技術(shù)創(chuàng)新平臺，集全國之力，加快推進清潔高效煤電機組技術(shù)的消化吸收和自主開發(fā)，加強關(guān)鍵共性技術(shù)研究開發(fā)，實現(xiàn)一批核心技術(shù)的突破，形成一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果，提高重大技術(shù)裝備關(guān)鍵共性技術(shù)的供給能力。
　　(3)培養(yǎng)技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團隊，構(gòu)建高端人才聚集優(yōu)勢。通過清潔高效煤電設(shè)備重大裝備研制計劃和重大科研項目的實施，支持發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)引進清潔高效煤電技術(shù)的領(lǐng)軍人才和技術(shù)團隊，聚集領(lǐng)域高端人才，集中優(yōu)勢力量突破技術(shù)瓶頸，掌握核心技術(shù)。人才是第一資源，科技創(chuàng)新關(guān)鍵在人才，支持和鼓勵技術(shù)要素參與分配，充分發(fā)揮科技人才的積極性、主動性、創(chuàng)造性。制定人才培養(yǎng)計劃，積極推進創(chuàng)新團隊建設(shè)。
　　(4) 加強國際合作，推動企業(yè)創(chuàng)新能力建設(shè)
　　利用多種方式與國外合作，以引進技術(shù)消化吸收再創(chuàng)新為重點，加快縮短與國際先進水平的差距，掌握重大裝備設(shè)計、制造技術(shù)及工程系統(tǒng)集成技術(shù)，研發(fā)具有知識產(chǎn)權(quán)的先進的重大裝備。我國能源領(lǐng)域重大裝備制造業(yè)自主創(chuàng)新能力與跨國公司相比有較大差距，引進消化、吸收、再創(chuàng)新是我國能源領(lǐng)域重大裝備制造業(yè)盡快提高自主創(chuàng)新能力、進行自主創(chuàng)新的主要途徑和有效方法。但事實說明先進的核心技術(shù)是引進不來的，當前一些跨國公司進入中國市場的戰(zhàn)略出現(xiàn)重大調(diào)整，許可證貿(mào)易輸出技術(shù)已轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y本輸出，獨資化趨勢明顯增強，我國企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)投入，增強自主創(chuàng)新意識，提高自身的創(chuàng)新能力，徹底打破“落后-引進-再落后-再引進”的惡性循環(huán)。
　?。?）加快發(fā)展現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系。促使能源領(lǐng)域重大裝備制造業(yè)的經(jīng)濟增長由主要依靠物質(zhì)資源消耗向主要依靠科技進步、勞動者素質(zhì)提高、管理創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，提高科技含量，發(fā)揮管理效能。以重大裝備系統(tǒng)集成和設(shè)備成套為主體，帶動產(chǎn)業(yè)鏈的上下游產(chǎn)品、系統(tǒng)配套設(shè)備研究、開發(fā)、制造水平的提高。