前不久，全球首套5兆瓦級(jí)海上高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電裝置在天津完工交付，標(biāo)志著我國(guó)海上油氣電站在煙氣余熱利用方面取得重大突破。該裝置由中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一一研究所(以下簡(jiǎn)稱“七一一所”)聯(lián)合中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)海油”)自主設(shè)計(jì)研制。

　　選擇合適“熱能搬運(yùn)工”

　　主電站是海上平臺(tái)的“心臟”，它一般通過燃燒油氣為海上裝置提供電能。但燃燒油氣會(huì)排放大量500℃的高溫?zé)煔猓@些煙氣是海上油氣開發(fā)平臺(tái)主要的碳排放源之一。

　　為減少主電站的高溫?zé)煔馀欧牛咭灰凰邪l(fā)團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)研制了這套海上高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電裝置。“裝置采用有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電技術(shù)回收高溫?zé)煔庥酂徇M(jìn)行發(fā)電。先利用導(dǎo)熱油回收高溫?zé)煔鉄崃浚缓蟾邷貙?dǎo)熱油進(jìn)入ORC發(fā)電裝置，把液態(tài)環(huán)戊烷有機(jī)工質(zhì)加熱成氣態(tài)。接著，環(huán)戊烷氣體膨脹驅(qū)動(dòng)透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。”七一一所副所長(zhǎng)徐明照接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹。

　　有機(jī)工質(zhì)是一種在特定條件下能用來傳遞和轉(zhuǎn)換熱能的有機(jī)物質(zhì)。在ORC發(fā)電技術(shù)中，有機(jī)工質(zhì)扮演非常重要的角色。它像一個(gè)“熱能搬運(yùn)工”，在不斷循環(huán)中，把低品位的熱能轉(zhuǎn)換成高品位的電能或機(jī)械能。為何選擇環(huán)戊烷作為有機(jī)工質(zhì)?徐明照解釋說，常用有機(jī)工質(zhì)的ORC發(fā)電裝置只能回收250℃以內(nèi)的低溫余熱，環(huán)戊烷有良好熱穩(wěn)定性、高效熱轉(zhuǎn)換能力，要回收500℃的高溫?zé)煔?，環(huán)戊烷是更合適的有機(jī)工質(zhì)。

　　“為確定環(huán)戊烷的可行性，研發(fā)團(tuán)隊(duì)查閱大量文獻(xiàn)并反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。在確保裝置安全性方面，研發(fā)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將管路的焊口數(shù)量降至最低。為消除潛在風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還克服各種困難完成了陸上動(dòng)力循環(huán)試驗(yàn)。”徐明照說。

　　攻克多項(xiàng)技術(shù)難題

　　此前，七一一所利用ORC發(fā)電技術(shù)已生產(chǎn)制造40多套陸地用低溫余熱發(fā)電裝置。“這是我們首次研制用于海上的高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電裝置。”徐明照說。

　　一般來說，海上平臺(tái)應(yīng)用裝置要求集成化程度高、可靠性強(qiáng)、重量輕、占地空間小。“我們研制的裝置一般大約重300噸，為了更好適應(yīng)海上環(huán)境，我們對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和材料選型進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，使裝置盡量集成化、橇裝化。”徐明照說。

　　5兆瓦級(jí)海上高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電裝置的另一個(gè)特點(diǎn)是功率密度高，這意味著對(duì)裝置主機(jī)的技術(shù)要求高。“主機(jī)是整個(gè)ORC發(fā)電裝置的核心設(shè)備。”徐明照說，為滿足功率密度高的要求，團(tuán)隊(duì)要解決密封、軸承潤(rùn)滑、動(dòng)力系統(tǒng)的仿真模擬等多項(xiàng)技術(shù)難題。

　　據(jù)介紹，在5兆瓦級(jí)海上高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電裝置研制過程中，七一一所研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后攻克工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)、緊湊型橇裝化設(shè)計(jì)、動(dòng)力循環(huán)試驗(yàn)驗(yàn)證等技術(shù)難題，并聯(lián)合中國(guó)海油推動(dòng)形成設(shè)備研制、橇裝制造、測(cè)試試驗(yàn)全鏈條自主技術(shù)服務(wù)能力，最終打造了自主可控的裝備體系。

　　滿足海上平臺(tái)需求

　　與傳統(tǒng)的煙氣燃燒排放相比，加裝高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電裝置后，電站的余熱綜合利用效率從30%—35%提升至60%—70%。

　　中海油研究總院有限責(zé)任公司北京工程研究設(shè)計(jì)分公司機(jī)電儀總師安維崢介紹，5兆瓦級(jí)海上高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電裝置投用后，余熱年發(fā)電量可達(dá)0.4億千瓦時(shí)，能滿足3萬戶家庭的年用電需求。據(jù)測(cè)算，該裝置使用20年預(yù)計(jì)可節(jié)省天然氣消耗約3億立方米，減少二氧化碳排放約80萬噸。

　　徐明照說，該裝置廣泛適用于中國(guó)海油現(xiàn)役平臺(tái)電站，助力海上油氣田在開發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效，對(duì)海上油氣田綠色低碳開發(fā)有重要意義。“這款裝置是目前全球最大的海上高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電裝置，為進(jìn)一步滿足海上平臺(tái)需求，我們正著手研制10兆瓦級(jí)裝置。”徐明照說。

　　考慮到船舶也會(huì)排放高溫?zé)煔?，七一一所團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃研制用于燃?xì)鈩?dòng)力船的高溫?zé)煔庥酂峄厥昭b置，繼續(xù)為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作貢獻(xiàn)。