科技日報記者?張佳星
位于北京長安街南側的中國華能集團有限公司（以下簡稱華能集團）總部，一層展廳里有一根光潤如玉的“銀箍棒”。鮮為人知的是，構成這根棒的合金材料能抵擋700℃的高溫。
【資料圖】
對火力發電人、華能集團科技部主任許世森來說，700℃是一個令人心動的數字：當發電溫度提高到700℃及以上時，245克煤就能發1度電。
目前，我國1度電最低能耗為264克煤。許世森為記者算了一筆賬：我國火電發電量約為5.8萬億度，如果每度電能耗再減少19克煤，將節約上億噸燃煤！
世界公認，燃煤發電每度電煤耗下降10克，技術就領先一代。而研制符合使用條件的高溫合金，正是其中的關鍵。為了實現這一目標，我國科技工作者已經奮斗了15年。
曾被認為是“走麥城之戰”
燃煤發電，是將水加熱成水蒸氣，推動汽輪機帶動發電機發電。理論上，水蒸氣的壓力和溫度越高，發電效率越高。
但溫度和壓力的提升總有一個實現的極限。當溫度邁向620℃及以上、壓力逼近30兆帕及以上時，人們發現，現有的材料無法滿足要求。
30多年前，歐美發達國家就開始了700℃先進超超臨界燃煤發電技術的研發布局。例如，歐洲于1998年開始實施“THEME 700”計劃，組織了近40家企業，計劃用17年建成一個700℃以上的示范電廠。
在700℃超超臨界發電技術領域，我國起步較晚。2008年，經反復調研，華能集團開始組織高溫合金攻堅。
意想不到的是，華能集團實施項目后，發達國家的計劃紛紛暫停或擱淺——2009年起，歐洲“THEME 700”計劃不再有進展；日本和美國的研發計劃也舉步不前。
發達國家的技術團隊先后“折戟”，超超臨界發電技術圈內開始認為，挑戰700℃注定是“走麥城之戰”：“其他國家的嘗試是‘交學費’，再嘗試應該慎重”“以目前的學科基礎判斷，新材料研發希望渺茫”……不同的聲音相繼傳來。
無疑，華能團隊面臨著巨大壓力。
“當時我們的項目僅實施一年多，通過設計和仿真，材料研發團隊已經提出了數百種合金材料配方并一一驗證，取得了很好的階段性成果。”許世森回憶，當走進西安熱工研究院的實驗室，面對全新的材料初樣，聽到性能參數的數據時，心中只有一個念想：“堅持！”
“實戰演習”長達五六年
除了科研人員固有的執著，華能堅持的另一個原因是國家重大戰略需求——
我國“富煤、貧油、少氣”，未來相當長時間內，煤炭仍將是基礎能源，是能源安全“壓艙石”。因此，華能不僅對700℃高溫合金研發項目“逆勢”支持，還配備上先進的設備、儀器和驗證平臺。
“盡管耐得住上千度高溫的材料在航天、航空領域已有應用，但要想在發電行業應用，高溫合金必須滿足獨特的需求，如管壁厚、零部件大、器件構型復雜等。”許世森說。
2013年，根據新配方冶煉出來的材料開始了國內首次“掛片試驗”（做成零件的工藝研究）。隨著工藝逐步成熟，對材料及零件進行性能考核的需求日漸迫切。
為滿足“嚴考”的條件，在國家能源局重點項目支持下，華能集團2015年底在南京電廠建成了我國第一個、也是目前唯一的700℃高溫材料驗證試驗平臺。高溫合金制成的管道、閥門等重要部件在這里經歷了最接近真實工況的“實戰演習”。
測試平臺不僅對自主研制的高溫合金性能進行單獨測試，還將進口材料、國內仿制材料放在一起進行對比測試。
“演練”長達五六年。許世森坦言，有一段時間，自己一看到是南京試驗平臺來的電話，就會在心里提前做好最壞打算。“長周期演習隨時會出現意想不到的結果，甚至有可能是顛覆性的。”
2021年，試驗平臺累計完成近3萬小時的各類高溫材料及關鍵部件驗證試驗，積累了大量寶貴的試驗數據。
“我們研制的新材料和設備生產工藝，不僅能夠承受先進超超臨界狀態需要的700℃、35兆帕條件，還切切實實地控制住了每度電的發電成本！”許世森說，這是幾萬小時的實際運行數據累積起來的信心。
有望進一步把煤炭“吃干榨凈”
2021年12月14日，高溫合金管材在江西瑞金的華能超超臨界發電廠中開展試運行，邁出走向實際應用的第一步。
在不久前的一次“揭榜掛帥”項目論證會上，華能團隊給評審專家組“賣了個關子”，一開始沒有將耐高溫合金材料的研制進展和盤托出，而是直接提出要建設700℃以上的先進超超臨界發電項目。專家組一下點中要害：“沒有可用的材料，你們說的這個計劃不是‘空中樓閣’嗎？”
華能團隊這才將十多年的新材料研制工作歷程娓娓道來。當得知高溫合金已經進入實際應用階段后，專家組放下心來。
“提高燃煤發電效率是發電行業的夢想，從最初的30%到40%再到超超臨界的46%，想把煤炭‘吃干榨凈’越來越難。”許世森說，高溫合金有望更進一步，讓燃煤中50%以上的發熱量轉變為電。
如今，由高溫合金核心設備裝配的先進超超臨界燃煤發電廠已經進入了工程論證和籌備階段。許世森預計，2026年前后，全球首個650℃超高參數先進超超臨界燃煤發電站有望在浙江華能玉環電廠投入商業化運行。
黨的二十大報告提出，深入推進能源革命，加強煤炭清潔高效利用。作為火電節能減排的主要技術之一，先進超超臨界發電技術將助推我國能源事業高質量發展！
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