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科技强国在路上丨春节期间 这些技术创新项目不停步

来源:央视新闻客户端2023-01-24 14:57

  系列报道《科技强国在路上》,今天关注面向国家重大需求的技术创新项目。

  01

  重器再添“中国心”

  8米直径盾构机主轴承将应用

  从穿山越岭到过江跨海,盾构机是国民经济和建设的重大装备。作为盾构机“心脏”的主轴承,其研发是实现盾构机自主可控制造的最后一公里。2022年底,我国科研团队研制出设计寿命超过10公里、具有国际水平的“超大型盾构机用直径8米主轴承”。面向国家重大需求,现在,科研团队又有了新目标。

  春节期间,在位于沈阳的中科院金属研究所,科研团队正在进行新一轮研发。他们瞄准的是设计寿命超过15公里的盾构机主轴承,以满足未来长隧道、大隧道盾构机制造的需求。

  中科院金属研究所研究员胡小强:15公里,意味着它可能要作业15000小时以上,时间长,对应着主轴承的材料,它的强度、韧性、耐磨性,都要更好。

  中科院金属研究所研究员 李殿中:我们的轴承设计需要承担更大的载荷,更可靠。

  在刚刚过去的2022年年底,科研团队成功研制出设计寿命为10公里、直径为8米、重达41吨的超大型盾构机主轴承,可承载的最大轴向力为10的5次方千牛,约等于2500头成年亚洲象的重力,成为目前我国制造的首套直径最大、单重最大的盾构机用主轴承。

  中科院院士李依依:我们是一级滚子精度的轴承,全是我们自主设计、自主制造,而且是高质量的从材料一直到最终轴承的产品。

  让盾构机主轴承的设计寿命从10公里提升至15公里,是新升级也是新挑战,所带来的研发难度,呈指数级增加。

  科研团队介绍,主轴承是盾构机的核心部件,类似于手掌的掌心,四周承载着刀盘,带动刀盘旋转实现隧道挖掘。为了实现超大直径盾构机主轴承自主可控,科研团队十多年前开启了材料制备研发,将目光瞄准了稀土钢。然而,稀土钢在工业化生产时遭遇的难题,长期悬而未决,导致我国稀土钢的研发由热变冷。正是在这个几近冷藏的领域,研究团队经过大量的实验、计算,最终开发出“低氧稀土钢”关键技术。

  中科院金属研究所研究员李殿中:我们发现稀土中含氧量高,导致性能波动。后来我们把稀土中氧含量降下来之后,把低氧的稀土加到低氧的钢里,性能就特别稳定。我们开发了低氧稀土钢,把稀土加到轴承钢里之后,它的拉压疲劳寿命提高了40多倍。

  低氧稀土钢研发成功,让盾构机主轴承研发驶入快车道。面向国家重大需求,2020年中科院启动“高端轴承自主可控制造”战略性科技先导专项,科研团队联合40多家科研院所和优势企业,协同攻关。仅用3年,就突破了一级大型滚子精密加工技术。至此,从主轴承材料制备,到成套设计精密加工,均已完成,直径3米级到8米级的盾构机主轴承也相继诞生。直径3米的主轴承,已在沈阳地铁工程中成功应用。

  中科院金属研究所研究员李殿中:我们主轴承研制成功之后,就意味着我们国产化已经打通了最后一公里。提供一个良好的范式,就是从材料出发,贯通技术链,从而实现我们高端基础零部件的自主可控。

  春节期间,我国制造的首套直径最大、单重最大的8米盾构机用主轴承,正在中交集团的苏州常熟厂房内紧锣密鼓进行装机测试,后续将装到16米级盾构机上,在过湖隧道工程中率先应用。盾构机用超大直径主轴承的研制成功,为我国高端基础零部件攻关提供了良好的范式。聚焦高端装备、能源电力、船舶制造等领域的国家重大需求,科研团队解决了多项国家重大装备的核心部件需求,正在完成从“会做什么”到“要做什么”的华丽转身。

  中科院金属研究所研究员李殿中:我们研究的水轮机组的转轮,还有大的主轴,在白鹤滩水电站中应用。我们研究的15.6米的核电支撑环,在核电的重大装备中成功应用。

  02

  致力国家能源结构转型

  大规模储能技术研发提速

  在中科院大连化物所,科研团队正在研发新一代“电力银行”,能够在电力系统中起到“削峰填谷”的作用,助力我国能源绿色低碳发展新格局建立。

  春节期间,在中科院大连化物所,科研团队正在开展全钒液流电池60千瓦电堆研发。相较于上一代已经在电站投入使用的30千瓦电堆,同样体积,其功率可提高整整一倍。

  中科院大连化物所研究员李先锋:我们正在做液流电池技术的更新换代,这样能进一步降低成本,同时提高系统的集成度、减少占地面积等,所以对整个未来电池产业化应该是一个巨大的推动作用。

  李先锋所说的“电堆”“电池”,完整名称是“全钒液流电池”,在电站中主要储存可再生能源所发的电量。这个“电力银行”长宽分别为134米、119米,在这个空间内安装700多个储罐,储罐中充满不同价态的钒离子溶液。充电时,可将电能转化成化学能;逆向转化,它就能放电来缓解电力需求缺口。采用该项技术的百兆瓦级大连液流电池储能调峰电站,2022年5月实现并网,10月底实现满负荷充放电,最多可存放40万度电,以我国居民每日人均用电2度计算,该电站可供20万居民一天的用电需求。

  中科院大连化物所研究员李先锋:是我们全球首套,也是国家能源局当时批复第一个国家级大型的化学储能电站示范项目。这个电站最核心的功能之一,就是可以接纳更大比例的可再生能源发电的入网,具有很重要的战略意义。

  专家介绍,目前全球能源发展,正处于从高碳到低碳再到无碳的关键过渡期,实现“碳达峰、碳中和”的目标,尤其需要全新的发电方式。在我国,以风能、太阳能为代表的新能源储量丰富,然而有风则动无风则止的风能,以及昼夜交替发电随起随停的太阳能,其发电具有间歇性和波动性,大规模接入电网后,要求电力系统必须具备特定的响应能力,才能保证可再生能源供电甚至整个电网的安全性。处在从新能源发电到用电的中间关键环节,以全钒液流电池为代表的储能技术,成为目前世界上最成熟、最流行的一个选择。

  中科院大连化物所研究员李先锋:我们对整个国家能源结构的转型,到2030年、2060年将有大比例清洁能源发电,特别是可再生发电并网,对于解决这些不连续、不稳定的电力入网,具有至关重要的作用,也是我们国家非常重大的战略需求。

  《“十四五”能源领域科技创新规划》首次由国家能源局与科技部共同编制,科技创新在国家能源格局实现根本性改变中,被提到全新的高度。围绕能源清洁高效利用,中科院洁净能源先导专项集合了20多家能源领域研究所及大学优势研究力量,已突破55项关键技术,29套工业示范装置开工建设,为构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系、实现“双碳”目标提供了强有力的技术支撑。

  03

  迈上新征程 听听他们的新愿望

  中科院大连化物所研究员李先锋:在新的一年里,希望我们团队继续深耕储能技术领域,实现技术的更新换代和持续进步,持续推动百兆瓦级的项目的商业化示范和应用推广,推动液流电池的大规模产业化和可持续发展。

  中科院金属研究所研究员李殿中:在新的一年里,作为科技工作者,我们继续弘扬科学家精神,迎难而上,从材料源头出发,贯通技术链,推动我国高端基础零部件自主可控制造,助力我国科技自立自强。

  (总台央视记者 张立雷 辽宁台)

[ 责编:王宏泽 ]
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