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水电装备制造业跨越腾飞路线图

华股财经 2012年10月09日 14:39:21
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  2012年7月4日,注定要被载入三峡工程建设历史。这一天,三峡电站所有机组全部投产,装机容量达到2250万千瓦,成为全球最大的水电站和清洁能源生产基地。右岸地下厂房里,由我国企业设计制造、拥有自主知识产权的国产化机组平稳运转。中国三峡集团董事长、党组书记曹广晶说,以三峡工程为平台,坚持引进消化吸收再创新,开创了我国自主设计、制造、安装特大型水轮发电机组的新时代。

  从主要采购外国厂商的技术设备,到实现机电设备的全面国产化,我国企业用十余年时间,跨越了与欧美企业数十年的差距,一步迈入世界水电装备制造技术的最前沿。回首三峡工程机组国产化之路,我国水电装备制造业腾飞路线图清晰地展示在世人面前。

  国产化——差距三十年

  让我们将历史的时钟回调,来到三峡工程论证期间,还原国产化之梦最初的状态。

  当时国外已有56台单机容量50万千瓦以上的水电机组在运行,其中,单机容量70万千瓦的机组有21台。反观国内,既没有这样的设备,技术实力最强的哈尔滨电机厂、东方电机厂等少数企业的设计制造能力也仅留在30万至40万千瓦级水轮发电机组的水平。两厂在与国外企业接触的过程中发现,自身无论是在机组的设计经验、加工能力,还是制造装备等方面,都与国外厂家存在较大差距,相当于落后了三十年。

  对于三峡工程建设前,中外水电装备制造业在技术能力上的差距,中国三峡集团原总经理李永安回忆说,“上世纪八十年代,我在清江一个水电站里工作。一次,电站采购了一个国外的设备。哈尔滨电机厂想买对方一套软件技术,国外厂家开价3000万美元!在当时的情况下,我国根本没有能力去买这样一项软件技术。实际上,国外企业是不愿意把核心技术转让给我们。”这段话充分反映了当时大型水电设备的研发和制造核心技术被国外厂家所垄断的事实。

  中国三峡集团机电工程局三峡机电安装项目部副主任王云涛在接受采访时说,“兴建三峡工程之前,国内最好的几家水轮发电机组制造厂都是依靠一批老专家用纸笔手工绘制包括水轮机模型图等设计图纸。从30万、40万千瓦到70万千瓦,虽然容量差不多只翻了一番,但技术难度却不是一个量级的。由于技术瓶颈无法突破,国内厂家都在往这个方面努力,但是若要自主设计制造70万千瓦的机组,大家都做不到。”

  “三峡工程之前,一些关键技术、关键原材料和元件完全依赖于国外,尤其是我们转轮的性能与有着百年制造经验的GE、福伊特、阿尔斯通等公司相比,还存在较大差距。过去,为了获得电站机组标的,我们甚至需要花费上百万美元去购置一个转轮木模型。”东方电机厂原总工程师樊世英在接受采访时,这样描述当时的情景。

  时至今日,回过头来审视当时的情形,我国水电装备制造企业与国外同行的历史差距可谓巨大。而回顾这一差距迅速归零的过程,我们没有理由不感到振奋和鼓舞。

  梦想在积淀中孕育

  虽然技术差距现实存在,但是依托三峡工程,实现重大装备国产化的梦想却始终坚定而清晰。

  在三峡工程开工以前,国家相关部门围绕三峡机电设备国产化、扶持民族工业等,制定了切实可行的支持鼓励政策及措施。三峡工程的重大装备科研攻关项目,被列入“六五”到“十五”连续五个国家五年计划。我国相关科研机构、院校及机电设备制造厂为此做了充分准备。

  从1983年三峡工程可行性审查会后,到国家正式批准三峡工程开工,在这十余年的论证中,三峡工程的重大装备前期科研攻关,包括工程专用施工设备、通航设备、电站水轮发电机组设备以及三峡工程输变电成套设备等各项攻关工作一直没有停止。上世纪80年代再次进行三峡工程论证时,国务院重大装备领导小组办公室将三峡工程机电设备列入国家重大技术装备研制项目,组织哈尔滨大电机研究所、哈尔滨电机厂、东方电机厂、中国水利水电科学研究院、长江水利委员会等单位和院校开展科技攻关,先后建立了高水头水力试验台进行水轮机水力设计与模型试验的研究,建立了1000吨级、3000吨级推力轴承试验台,进行6000吨级推力轴承的计算与试验研究,总结了国内大型水轮发电机组的设计制造经验,配合设计部门和论证小组提出了三峡工程的水轮机和发电机的参数方案,为立足于国内自主设计制造做了大量的技术准备。

  在国家政策的大力倡导和支持下,三峡工程重大装备前期科研攻关工作取得了丰硕的成果,成为三峡工程可行性论证和初步设计的重要依据,为三峡工程机电设备技术引进和消化吸收奠定了雄厚的基础,也使后来我方与外国厂商谈判时,有了相当的技术支持。

  国家决策给国产化指明方向

  作为世界规模最大的水利枢纽工程,三峡工程所使用的机电设备,关系到整个枢纽的安全可靠运行和综合效益的发挥,相应地,对机电设备的参数、性能、质量和可靠性要求也非常高。据中国三峡集团机电工程局局长张成平介绍,三峡机组无论在尺寸、重量和技术参数方面,均达到或超过当时的世界水平,加之电站运行水头变幅大,又承担调峰任务,负荷变化大,性能参数高,保护与监控自动化程度高,是当时设计、制造、安装、运行难度最大的机组设备。

  由于我国水电装备制造企业短时间内还不具备独立承担设计、制造三峡机组的条件,如果仅靠自力更生,立足于国内厂家制造,不仅三峡工程要冒质量和进度的风险,而且国内制造企业也难以获得世界先进技术,追赶世界潮流;同时,如果仅仅靠采购国际一流制造厂家的先进设备,虽有利于三峡工程如期投产和实现一流质量目标,但要花费大量的外汇,增加工程成本,更重要的是永远摆脱不了对国外的技术依赖。

  为了既确保三峡工程的质量达到一流,又不失时机地扶持民族工业,党中央、国务院果断决策:三峡左岸电站机组实行国际采购,走“技贸结合、技术转让、联合设计、合作生产”之路,明确提出了依托三峡工程,走自主创新与技术引进相结合的道路,通过技术引进,消化吸收,自主创新,逐步实现三峡工程装备国产化。这一决策,为三峡机电设备国产化指明了方向。事实证明,这条路走对了。

  超越,从学习开始

  1996年,三峡左岸电站14台机组国际招标。招标文件规定:投标者对供货设备的商务和技术负全部责任,必须与中国有资格的制造企业联合设计、合作制造,中国制造企业分包份额的比例不低于合同总价的25%;投标者必须向中国制造企业转让技术,并培训中方;必须由中国制造企业为主制造2台机组。

  这场有着“水电奥运”之称的当时世界最大的水电设备采购项目,吸引了全球著名水电设备制造厂商的目光,形成激烈的竞争局面。最终,阿尔斯通中标8台机组,与哈尔滨电机厂合作;VGS联合体中标6台,与东方电机厂合作。

  面对三峡工程这个诱人的市场,中标的外国制造厂商完全响应了招标文件提出的有关技术转让的“三个必须”的条件,同时承诺,连同机组设计软件源程序一并转让给中国合作企业。

  中国三峡集团原副总经理杨清曾多年分管机电工作,他说,“三峡左岸电站引进国外技术的目的是消化吸收,促使国内企业的工艺、技术得到提升。引进期间我们注重的是国产化率。之所以要确定一个国产化率,是为了使国内企业能够从实际出发逐步提升。当时合同规定,我方企业分包份额不能低于25%,实际到后期主机国产化率平均达到了50%。”

  招标文件的约束,使得当时国内最好的两家设备制造厂商能够参与到三峡工程的建设中来,更为重要的是能利用转让的技术,独立进行巨型机组的设计制造。按照技术转让协议,哈尔滨电机厂、东方电机厂分别接受阿尔斯通和VGS联合体相关设计软件、源程序和技术培训,全面掌握了三峡机组的研制技术,提高了大型水电设备的设计和制造水平,并很好地完成了分包任务。

  在左岸电站建设的过程中,通过对引进技术的消化吸收、合作设计与制造,国内机电制造企业的水电设计、制造工艺水平等达到了新的层面,完成了由分包制造商向独立制造商的转变。特别是在关键技术的国产化过程中,一批中国机电制造企业通过自主创新由此崛起。2005年9月16日,由中国企业自主制造的三峡左岸电站最后一台机组顺利并网发电,我国重大装备国产化取得阶段性成果。从只能设计制造30万至40万千瓦的水轮发电机组,到一跃而能制造70万千瓦特大型机组,我国水电装备制造业用五六年时间,跨越了与国外30年的差距,有的关键技术已经达到国际水平。

  签字席之变

  中国东方电气集团公司副总经理朱元巢曾说,“机组是电站的‘心脏’。如果中国的大型电站跳动的都是外国的‘心脏’,你作何感想!”虽然在三峡左岸电站建设中,我国企业承担了不少设备的制造和供货任务,但他们更多地还是在“给外国企业打工”,用的是国外的技术。要想提高民族装备制造业在国际舞台上的竞争力,必须要打造自己的核心技术。

  为练就“硬实力”,以哈尔滨电机厂、东方电机厂为代表的国内水电装备制造企业在结合前期科研成果、消化引进技术、深度参与左岸电站建设的基础上,加大科技攻关力度,掌握了大量水轮发电机组设计制造的核心技术,其中有很多技术处于世界先进甚至国际领先水平。

  中国三峡集团机电工程局局长张成平在接受采访时说,“在参与三峡左岸电站建设的过程中,中方企业的技术实力不断提升。哈尔滨电机厂自主研发了全空冷技术,这在70万千瓦级水轮发电机组领域是一个创新;东方电机厂在右岸机组上采用了完全重新设计的机型。从三峡右岸电站开始,国内厂家已经具备同国外厂商同台竞技的能力。”

  “三峡右岸电站机组招标开标前,我们对国内外各厂家的水轮发电机组模型进行了同台对比试验。结果,哈尔滨电机厂、东方电机厂的模型试验指标不仅不次于国外厂家,有些参数还优于国外。这说明我国企业已经掌握了大型水轮发电机组的设计和制造技术。”著名机电专家文伯瑜说。

  经过几年磨练,我国水电装备制造企业羽翼初丰,具备了走上行业“前台”的实力。2004年3月27日,三峡右岸电站12台机组招标采购合同正式签订,与业主中国三峡集团一起登上签字席的企业代表不再像7年前那样,只有阿尔斯通等国外企业。东方电机厂、哈尔滨电机厂与阿尔斯通一起,分别获得4台机组的独立设计制造合同。这一次,中方代表成为签字席上的“主角”。2007年7月10日,我国首台国产化70万千瓦水电机组——哈尔滨电机厂制造的三峡右岸电站26号机组投产发电,其国产化水平达到100%,国内企业成功完成由“学生”到“对手”的转变。

  从左岸到右岸,我国大型水轮发电机组自主研发能力实现了跨越式发展。国家制定的国产化政策,在确保三峡工程建设质量同时,极大地提升了民族制造业水平。我国自主设计、制造、安装巨型水轮发电机组的时代已经到来。

  中国工程院院士梁维燕说,“通过引进世界著名制造厂家的先进技术,中国的机电企业培养了一批年轻的技术骨干,形成了一支老中青结合的技术队伍,具备了自主开发设计制造大型水轮发电机组的能力。同时,三峡机组按照国际先进技术标准和材料标准进行设计制造,促进国内制造企业进行了相应的技术改造,并建立了相应的质量保证体系和科学管理制度,使我国水轮发电机组制造水平和能力具有了国际竞争力,从而为中国大型水电制造产业由弱到强、跻身世界一流强国拓宽了道路、奠定了基础。”

  给进口机组“当医生”

  通过与国外厂商同台竞技,中方企业不仅掌握了水轮机组设计制造的关键技术和核心能力,更结合我国国情和已投产机组的运行实际,提出了进一步优化和改良的方案。

  三峡电厂厂长李平诗说,“我们经过实际运行后发现,国外企业的设计理念与中国企业有明显不同。他们更加注重设备本身,而我们由于是大电网,更强调电网系统的安全稳定。按照外方设计,机组的辅助设备出现某一个小问题,就可能跳机。由于三峡机组很大,出现小故障就直接停机很可能会影到整个电网的稳定。后来,我们根据实际情况,对国外机组的二次设备进行了优化改进,在安全可控在控的情况下,辅助设备出现一些小问题,转由运行人员监视并判断是否停机。这样更符合中国电力生产的安全理念。这种改进,是建立在我们对外方技术充分了解,对自身能力足够自信的基础上的。”

  “在右岸电站建设过程中,我们发现VGS类型机组的振动较大,其电磁设计不是最优的。东方电机厂经过计算和试验,优化了发电机定子线圈的换位方式,解决了VGS类型机组的振动问题。”王云涛说。

  在谈到中方企业技术人员给国外机组当“医生”时,张成平评价说,“在参与三峡工程建设中,我方厂商从最初的学习、部分参与到不断提高自主设计制造能力,再到有实力和信心把自己的技术融入进去,显示了民族装备制造业水平的稳步提升。”

  “左岸的时候通过合作分包模式,一边结合书面技术转让,一边结合合作生产的技术操作,使我们的企业对国外先进的制造工艺进行深层了解,到了右岸,他们就可以干自主创新的事情了。”国务院三峡办技术与装备司副司长李秦说。

  从国产化机组到国产化电站

  在右岸电站建设过程中,中国水电装备制造企业的技术水平已经与国外企业不相上下,有些技术甚至超越了国外企业。到了地下电站,这一国产化的传奇仍在续写。

  三峡地下电站安装6台70万千瓦机组,哈尔滨电机厂、东方电机厂和天津阿尔斯通各中标2台。从右岸电站到地下电站,我国水电装备国产化实现了由“中国制造”到“中国创造”的飞跃。

  杨清说,“在三峡地下电站建设中,哈尔滨电机厂、东方电机厂从设计到制造全部是自己的技术;天津阿尔斯通虽为合资厂家,但其在国内的制造能力远远大于国外,作为主体,实际上从知识产权、设计、工艺、制造,全部是国内的,都实现了国内制造。”

  据中国三峡集团机电专业总工程师程永权介绍,除机组实现了国产化以外,地下电站在主变压器、GIS方面也都实现了国产化。地下电站机组配套的6台840兆伏安/500千伏主变压器,是天威保变公司依托三峡工程,通过在左岸电站与西门子公司的合作生产,依循“技术转让、消化吸收、自主创新”的路线,自主设计制造的,技术性能指标达到国际领先水平,具有完全自主知识产权。西电集团在吸收三菱和ABB技术的基础上,通过自主创新,独立完成了地下电站550千伏GIS及其控制保护设备的设计制造任务,实现了中国企业在该领域的突破。

  不光主要设备全面国产,以往长期依赖进口的关键原材料和铸锻件,也深深地打上了“中国制造”的烙印。

  在中国三峡集团的促进下,国内企业通过技术攻关、生产的大型电站水轮机铸件、蜗壳压力钢管用高强度钢板、水轮发电机镜板锻件、大型水电机组厚钢板等产品质量指标达到国际同类产品最高等级。

  张成平说,“在左岸电站,我们需要的关键材料基本依赖进口。到了地下电站,我们开始大量使用中国企业自主制造的产品。特别是机组和变压器中广泛使用的硅钢片,以往我们都是从日韩和欧美国家进口。后来,武钢、宝钢通过攻关,具备了70万千瓦级水轮机组及配套设备的高牌号无取向硅钢和高磁感取向硅钢研发制造能力。目前,国产高等级硅钢片已经在溪洛渡、向家坝等大型电站广泛使用。而蒸发冷却这一技术在地下电站的运用,也为巨型机组冷却方式的革新开辟了一条新的技术路线。”

  从主机、主变到辅助设备和调速、励磁设备,再到关键材料,我国设备厂家一步一个脚印,共同实现了由国产化机组到国产化电站的宏伟目标。随着地下电站最后一台机组投产,三峡工程重大装备国产化达到了空前的高度。

  传奇在金沙江续写

  随着三峡工程设计建设任务基本完成,中国三峡集团将水电开发的重点转向长江上游,民族装备制造业腾飞的宏伟画卷在金沙江继续舒展。

  2008年8月28日,金沙江溪洛渡、向家坝水电站26台水轮发电机组招标采购合同在北京签订。哈尔滨电机厂和东方电机厂分别中标10台和9台,其余7台机组分别由天津阿尔斯通和福伊特中标,中国企业再次成为巨型机组的设计制造主力。

  据了解,溪洛渡水电站机组单机容量为77万千瓦,向家坝水电站机组单机容量为80万千瓦,超过了当时世界已投运机组的最大容量。这次采购合同的签订,表明我国具有自主知识产权的大型机电设备制造已处于世界领先水平,我国“引进、消化吸收、再创新”的国产化战略是成功的。

  2012年9月11日,向家坝电站下闸蓄水进入倒计时。记者来到向家坝右岸地下电站,眼前一片繁忙,机组安装、大型设备起吊正紧张有序地进行。施工单位水电四局向家坝机电安装项目的负责人介绍说,目前向家坝右岸4台80万千瓦机组安装正按计划进行,其中计划首先投产的8号机组无水调试已经完成,7号机组的总装也接近尾声。电站下闸蓄水后,首批机组即可投入调试及试运行。

  中国三峡集团机电工程局向家坝机电安装项目部副主任杜建国在接受采访时说,与三峡电站相比,向家坝电站主要机电设备国产化进一步向纵深发展。除自主研发制造目前世界最大容量的机组外,我国厂商还通过努力,改写了一些关键辅助材料依靠进口的局面。

  “在向家坝电站建设之前,我们的高压线缆、发电机出口断路器等设备都是采用的日本和欧美国家的产品。现在,我国河北新宝丰、江苏安靠等厂商已经研发出具有自主知识产权的高压线缆及其附件,西开公司自主研制的出口断路器也在向家坝左岸电站率先使用。这些消息一出,国外厂商立马降价。以往单个价格过百万的线缆头,如今价格下调了一半多。从这个意义上讲,我们不仅推动了民族工业的发展,还使水电建设的采购成本回落到了合理区间。”杜建国说。

  “在金沙江,大型机组设备及其关键材料国产化的进程进一步向纵深发展,”张成平说“集团公司在金沙江上游开发的乌东德、白鹤滩电站有望采用百万千瓦级机组。届时,相关机组设备及原材料也将立足国内设计制造。”

  央企的责任与担当

  国产化为什么能取得成功?除了国家层面的科学决策和强大支持外,离不开以业主中国三峡集团为代表的央企的责任与担当。

  在三峡地下电站首台机组交接仪式上,曹广晶说,“中国三峡集团认真执行国家有关政策,科学、积极、全力以赴地扶持重大装备国产化。包括中国三峡集团在内的所有参建单位,都是肩负着重要历史使命的公司,是有理想、有追求、有社会责任感的团体。”

  据了解,在三峡左岸电站招标文件编制阶段,中国三峡集团专门征求国内专家和制造企业的意见,由其开出“清单”,提出需要通过三峡机组国际招标引进的核心技术项目,并在招标文件中明确规定,外商在投标前分别与中方两厂签订技术转让和分包协议,作为投标文件的必要内容。

  为确保大型机组核心技术转让完全到位,中国三峡集团支付了1635万美元的技术转让费,并在合同执行过程中,通过经济约束条款,根据技术转让的进程和执行情况分期支付。同时,中国三峡集团对国内制造企业实现引进技术的消化、吸收、再创新提出明确要求和具体措施,避免走“引进、落后、再引进、再落后”的老路。

  蒸发冷却发电机技术是我国拥有完全自主知识产权的创新技术。为将这一技术应用推广于70万至100万千瓦级大型机组,中国三峡集团联合国内厂家,开展蒸发冷却水轮发电机研制及工业试验,并促进这一创新技术不断成熟和完善。目前,使用该技术的三峡地下电站27号、28号两台机组已经投产,运行稳定。

  中国三峡集团合理利用合同的约束,调动各方充分行使权利,履行义务,构建了良好的多方合作平台。在机组设计、制造阶段,集团公司组织设计院、设备制造厂和安装运行单位,全面参与到设计联络会、设计图纸审查等工作中,与外商进行充分的沟通和交流。此举为哈尔滨电机厂和东方电机厂参与联合设计,更加清晰、深入地理解外方的设计理念,更快地掌握转让的设计手段和方法,起到了极大的推动作用。在白鹤滩、乌东德水电站筹备期间,集团公司又积极适应水电建设的发展形势,提出开发和应用百万千瓦机组的设想。

  “三峡电站是世界最大的水电站。既要以千秋大业的精神来精益求精地确保工程长期安全可靠运行,同时,集团公司作为大型国有企业,理所当然地要担当起自主创新的责任,走在自主创新的前列。”杨清说。

  三峡的创新技术和管理,在国内大型电站的设计和管理中得到广泛应用和推广。经过国内多年的研究和科技攻关所确定的如稳定性第一原则、带水轮机水力模型同台对比方式、“三峡安装标准”、“无缝交接”管理模式,“首稳百日”、“精品机组”考核指标等等,为国内大型电站的建设提供了可遵循的标准和规范。

  无论是70万、80万还是100万千瓦的机组,都由中国三峡集团在国内率先采用。集团公司的水电建设工地,俨然成为巨型机组的“首发”平台。“无论从技术还是规模上说,集团公司都站在了世界水电开发的最前沿。”张成平说。

  与三峡一起成长

  通过参与三峡和金沙江大型水电站建设,我国装备制造业的核心能力显著提升,在国际舞台上掌握了越来越多的话语权,这在以前是不可想象的。

  东方电机厂副总工程师石清华对此深有体会。三峡左岸电站机组招标合同签订后,还是一个普通技术员的石清华,被派往加拿大GE公司当“学徒”。短短几年时间过去,到右岸机组招标时,石清华已经带领他的技术团队,对外国“老师”们的作品进行技术改造了。

  在被问及依托三峡工程建设,哈尔滨电机厂和东方电机厂发生了哪些变化时,两厂代表深有感触地说,“改革前,我们都是国家安排产品和产量。改革后,推行市场化,我们在与国外厂家接触的合同中,是利用外国的图纸制造产品,只有设备制造能力,在技术上还达不到与国际厂家同台竞争的水平。三峡工程左岸电站技术引进后,我们有了这个能力,核心竞争力有明显提升。从效益上讲,没有引进技术前,哈尔滨电机厂和东方电机厂一年加起来只有几亿收入,现在一个厂家就达到80多个亿,目前两厂在手的合同就有160多个亿。如果没有三峡工程的技术引进,我们这两个国有特大型企业,在目前全球竞争形势下,可能早就破产了。”

  “在三峡左岸机组的设计制造中,如果东方电机厂不能参与,那么在右岸机组及其他工程中,我们仍然只能做一名‘配角’。”朱元巢告诉记者。

  哈尔滨电机厂董事长邱希亮说,“通过参与三峡工程建设,我们成功实现了发电装备技术从追赶到超越的转变,为国家经济发展和民族装备制造业的振兴贡献了力量。”

  除水轮发电机组外,依托三峡,国内直流输电设备、主变压器、电站及梯调计算机监控系统等重大装备制造厂家在引进消化吸收的同时,也显著提高了自主创新能力。

  目前,由我国企业自主研发制造的大型机组及其配套设备、元件正在祖国的大江大河上运行,为国家能源建设贡献力量。与三峡工程一同崛起的民族装备制造企业在小湾、龙滩、拉西瓦、锦屏等多个大型水电项目大展拳脚,并深入“老师”后方,在非洲、南美、中亚等海外地区广泛开展业务,“中国创造”的烙印已经超越了中国的版图。事实证明,三峡工程已经不仅仅是国家的动力“心脏”,更是民族工业振兴的强大推手。

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