文/姚晨輝
目前，世界各國的發電主力是火力發電、水力發電和核能發電。其中，火力發電量佔總發電量的70%以上，佔據了大量的份額。
不過，火力發電行業今天也面臨一些困境。隨著全球溫室效應的加劇，社會對環境問題日益關注，要求電廠降低二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等的排放，以滿足嚴格的環保要求。此外，煤炭等化石燃料的日漸緊缺，也使進一步提高燃煤發電效率成為電廠亟待解決的問題。
解決這些問題的關鍵是發展潔淨煤發電技術，主要有兩個思路：一是開發利用新的高效發電技術，如整體煤氣化聯合循環發電等；二是基於常規發電系統，提高機組的蒸汽參數，即機組的超超臨界化。
什麼是超超臨界
臨界是指由某一種狀態或物理量轉變為另一種狀態或物理量的最低轉化條件。從物理意義上講，水的狀態只有超臨界和亞臨界之分，而超超臨界一般是應用在火電領域的概念。
超超臨界發電技術的發展至今已有半個多世紀的歷史。從20世紀50年代起，英國、德國和日本就開始了對超超臨界發電技術的開發和研究。
超超臨界與超臨界的劃分界限尚無國際統一的標準。我國“國家高技術研究發展計劃”（“863”計劃）項目“超超臨界燃煤發電技術”中，將超超臨界參數定義為蒸汽壓力≥25兆帕，蒸汽溫度≥580℃。
超超臨界發電具有最高的效率和最低的建設成本，具有最優性價比。因此，進一步提高參數和經濟性、降低價格性能比和單位能量的排放是現今火電汽輪機的發展方向。
如何二次再熱
二次再熱即汽輪機超高壓缸排汽經過兩次在鍋爐重新提高蒸汽溫度，再送回汽輪機做功的一種技術。簡單地說，就是超超臨界蒸汽經過兩次“回爐”，讓電廠效率更高、能耗更低、指標更優。二次再熱技術被認為是當今提高火電發電效率的主要手段之一。
二次再熱技術主要包括二次再熱系統設計優化技術、二次再熱鍋爐技術、二次再熱汽輪機技術和二次再熱運行控制技術等。
經過不斷的積累和發展，我國目前已掌握了完整的二次再熱發電技術。目前，我國投運的二次再熱機組無論是在容量、蒸汽參數，還是在機組效率等方面，均處於世界領先水平。
百萬千瓦級二次再熱超超臨界汽輪機
由上海電氣電站集團自主設計、製造的世界首臺百萬千瓦超超臨界二次再熱發電機組，已於2015年應用於國電泰州電廠二期工程項目。該機組被國家能源局列為國家二次再熱燃煤發電示範項目，攻克了多項汽輪機技術難題，實現了多項技術創新，發電效率高於47.9%。
二次再熱超超臨界1000兆瓦等級汽輪機產品在熱經濟性、安全可靠性、運行維護的便捷性等多方面均具有明顯優勢，總體性能達到了世界一流的先進水平。其特點包括：
（1）小直徑、多級數的佈置，使機組具有較高的效率。
（2）圓筒型高壓缸的獨特結構，使機組可承受更高的蒸汽壓力和溫度。
（3）汽輪機內置應力/溫度控制，一鍵啟動，5分鐘即可從0轉速達到額定轉速，運行靈活。
（4）機組可靠性高，12年才需要進行一次大修，維護方便。
我國從1992年開始興建超臨界機組，直到21世紀初才開始引進超臨界/超超臨界技術。國內各汽輪機主機廠通過不同的合作方式引進、消化並吸收國外技術，逐步實現了超超臨界機組的國產化。目前，我國已是世界上1000兆瓦超超臨界機組發展最快、數量最多、容量最大和運行性能最先進的國家。
原載於《科學畫報》2020年第9期，本文受到上海科委2019年度“科技創新行動計劃”科普領域項目資助。項目名稱：“立足科創中心，傳播尖端科技——打造上海重大獲獎科技成果科普化融媒體專欄”；項目編號：19DZ2332600。
