电力强国崛起 ——中国电力技术创新与发展

内容简介

在纪念中国共产党成立100 周年之际，回顾100 年波澜壮阔的奋斗历程，中国共产党改变了中国的命运，实现了中国人从站起来、富起来到强起来的巨大转变，特别是近年来“中国崛起”已成为不争的事实，而“电力强国崛起”正是“中国崛起”在一个行业中的体现。
本书全面系统地总结和梳理了改革开放40 多年来，我国电力装备和电力技术的发展历程，是一本以我国电力装备创新发展为突破口，展示我国电力科技重大成果、重点工程、重要事件，通俗可读的中国电力科技创新与发展史话。全书共分为七篇，包括概论、火力发电（含锅炉、汽轮机、发电机、重型燃气轮机、火电环保、发电厂自动化系统）、水力发电、核能发电、新能源发电、输变电设备和低压配电设备。自改革开放以来，从引进国外先进技术到立足国内自主开发，再到优化创新并奋力向世界顶D峰冲刺，我国电力装备及技术实现了跨越式的发展，总体已处于国际先进水平。其中清洁高效超超临界燃煤发电机组、百万千瓦级大型水电机组、特高压交直流输变电设备处于引领世界发展的地位，我国自主研发的第三代核电机组已进入世界先进核电技术的主力堆型，风力发电和太阳能发电继续以“中国速度”领L跑世界新能源发电的发展，充分显示了我国电力技术水平已跨入世界电力强国之列。
本书可供能源与电力相关领域的管理人员，从事电力装备设计、制造及电力建设、运行维修人员和相关专业的高等院校师生参考阅读。

作者简介

陆燕荪，高级工程师，机械工程专家。原机械工业部副副部长，机械电子部副部长，机械工业委员会总工程师，中国机械工程学会第五届副理事长。全国人大财经委员会委员， 中国焊接协会理事长，中国电器工业协会理事长，中国机械工程学会荣誉理事长，中国动力工程学会理事长，中国热处理行业协会理事长， 中国质量管理协会副会长，国家科技奖励复审委员会委员等。参与领导了20万千瓦电站锅炉和重型石油化工容器的研制。参与组织了千万吨级大型露天矿采掘设备等国家大技术装备研制的实施式作。
刘吉臻，中国工程院院士，博士，教授，博士生导师。第十二届全国政协委员，2015年，当选中国工程院能源与矿业工程学部院士。曾任华北电力大学校长，新能源电力系统国家重点实验室主任，国家基础研究发展计划首席科学家。
周鹤良，教授级高级工程师。长期从事电工装备的技术与组织管理工作。曾任机械工业部电工局局长、机械电子工业部重大技术装备办公室主任、重大技术装备司司长、中国电工技术学会秘书长、常务副会长等职务。现担任中国电工技术学会名誉理事长，中国电工技术学会电动车辆专业委员会主任委员，亚太电动车协会执行委员职务 。先后在国家J级期刊上发表过火力发电、水力发电、超高压输电、供配电设备、控制技术以及新能源——风力发电、电动汽车等100 余篇技术论文。著作有《电气工程装备创新与发展》《电气工程师手册》《中国电气工程大典》等。

目录
序
前言
上册
第一篇 概 论
一、火力发电 跨越发展 5
二、水力发电 举世瞩目 12
三、核能发电 重点突破 15
四、新能源发电 异军突起 17
五、输变电设备 创新引领 20
六、低压配电设备 全面提升 28
第二篇 火 力 发 电
第一章 锅炉 33
第一节 概述 33
第二节 亚临界汽包锅炉技术引进与自主化 37
第三节 超（超）临界直流锅炉的研制与创新 46
第四节 循环流化床燃烧锅炉创新发展 62
第五节 锅炉制造工艺和装备的现代化 68
第六节 电站锅炉辅机、阀门的研制 78
第七节 锅炉技术研究与创新平台建设 86
第二章 汽轮机 118
第一节 概述 118
第二节 汽轮机的主要创新产品研制 123
第三节 汽轮机创新平台和研发能力建设 155
第四节 汽轮机制造技术进步与能力提升 183
第五节 汽轮机技术研究与发展 201
第三章 发电机 202
第一节 概述 202
第二节 发电机的发展历程 205
第三节 发电机技术开发与创新 217
第四节 发电机制造与装配工艺的发展 232
第四章 重型燃气轮机 242
第一节 概述 242
第二节 先进重型燃气轮机国际合作研制 244
第三节 燃气轮机核心技术创新发展 253
第四节 向燃气轮机技术强国迈进 267
第五章 火电环保 271
第一节 概述 271
第二节 火电环保技术发展历程 272
第三节 火电环保技术的创新成果 279
第四节 火电环保总体水平和发展趋势 285
第六章 发电厂自动化系统 287
第一节 概述 287
第二节 分散控制系统的自主化研制 292
第三节 厂级监控信息系统的创新研制 303
第四节 全工况仿真系统的创新发展 310
第五节 自动化技术研究与创新平台建设 317
第六节 自动化系统发展历程的启示 325
第三篇 水 力 发 电
第一章 概述 329
第一节 水力发电的地位与作用 329
第二节 水力发电核心装备的技术发展 330
第三节 水力发电的发展与展望 337
第二章 重大水电工程建设与装备研制 339
第一节 混流式机组电站建设与装备研制 339
第二节 抽水蓄能机组电站建设与装备研制 344
第三节 轴流式机组电站建设与装备研制 348
第四节 贯流式机组电站建设与装备研制 351
第五节 冲击式机组电站建设与装备研制 353
第三章 水电装备技术积累与研发能力建设 356
第一节 水电研发机构简介 356
第二节 水轮机叶轮水力开发技术水平提升及实验设施建设 357
第三节 水轮机进水阀技术水平提升 364
第四节 轴承技术水平提升及试验设施建设 365
第五节 通风冷却技术水平提升及试验设施建设 366
第六节 刚强度计算及振动技术水平提升 370
第七节 绝缘技术水平提升及实验设施建设 371
第四章 水电装备制造能力提升与工艺技术进步 374
第一节 水电装备制造能力提升 374
第二节 水电装备制造工艺技术进步 375
第五章 水电技术突破与国际领先 380
第一节 世界首台1000MW 水轮发电机组研制 380
第二节 水电装备智能远程运维系统研发 381
第三节 水电装备行业国际标准制定 386
下册
第四篇 核 能 发 电
第一章 概述 391
第一节 发展核电是国家能源战略 391
第二节 核电进入“安全高效”发展阶段 392
第三节 核电装备制造业自主创新之路 393
第四节 我国核电发展现状 394
第二章 核电装备制造体系的建立和完善阶段 400
第一节 从秦山一期核电设备制造起步 400
第二节 巴基斯坦恰希玛一期设备制造 402
第三节 10MW 高温气冷堆设备制造 403
第四节 秦山二期600MW 核电设备制造 404
第五节 中国实验快堆核电设备制造 406
第六节 秦山二期扩建项目核电设备制造 406
第七节 核安全文化是核电行业生存之本 407
第三章 二代改进型核电制造的发展和巩固阶段 409
第一节 二代改进型核电市场的发展 409
第二节 压力容器研制 410
第三节 蒸汽发生器研制 413
第四节 堆内构件研制 416
第五节 控制棒驱动机构研制 420
第六节 稳压器研制 422
第七节 轴封泵研制 423
第八节 核电装备制造业的快速发展 428
第四章 三代核电制造技术的创新阶段 430
第一节 迅速崛起的三代核电技术 430
第二节 三代核电制造技术引进及自主开发 431
第三节 HPR1000（华龙一号）设备制造创新 432
第四节 AP1000 设备制造创新 438
第五节 EPR 设备制造创新 449
第六节 推进中的CAP1400（国和一号）设备制造创新 451
第五章 200MW 高温气冷堆设备制造创新 457
第一节 具有四代特征的高温气冷堆研制 457
第二节 高温气冷堆压力容器制造 457
第三节 高温气冷堆蒸汽发生器制造 458
第四节 高温气冷堆金属堆内构件制造 459
第五节 高温气冷堆主氦风机制造 460
第六节 高温气冷堆控制棒驱动机构制造 462
第六章 常规岛大型半速饱和汽轮发电机组成套设备研制 463
第一节 大型半速汽轮发电机组研发 463
第二节 半速汽轮机低压转子研制 464
第三节 半速汽轮机末级叶片研制 466
第四节 CAP1400 汽水分离再热器设计制造 470
第五节 半速汽轮发电机研制 471
第六节 CAP1400 常规岛大型水泵的研制 474
第七节 三大电气集团核电装备的工程应用及技术比较 476
第七章 核电装备配套产业的崛起 480
第一节 核级超大型一体化锻件 480
第二节 不锈钢锻制主管道 483
第三节 蒸汽发生器U 型换热管/螺旋盘管 485
第四节 爆破阀 487
第五节 核级数字化仪控系统 488
第六节 核岛环形起重机 490
第七节 钢制安全壳和一体化堆顶组件 492
第八节 核电焊接材料 495
第九节 压力容器大型O 型/C 型密封环 499
第十节 核电站其他主要配套件 501
第八章 创新发展的主体——国内主要核电装备企业 504
第一节 中国东方电气集团有限公司 504
第二节 上海电气集团股份有限公司 505
第三节 哈尔滨电气集团有限公司 507
第四节 中国一重集团有限公司 508
第五节 中国二重集团有限公司 509
第五篇 新 能 源 发 电
第一章 概述 513
第一节 新能源种类 513
第二节 我国新能源发电现状 516
第三节 新能源发电的地位与作用 519
第四节 我国新能源发电的发展历程 522
第二章 风力发电 530
第一节 风力发电技术开发与创新 530
第二节 风力发电装备制造产业体系形成 551
第三节 风力发电工程建设 558
第四节 政策与法规助力风电强国的崛起 564
第三章 太阳能发电 574
第一节 太阳能发电技术开发与创新 574
第二节 太阳能发电装备制造产业体系的形成 584
第三节 太阳能发电工程建设 589
第四节 政策与法规助力太阳能发电强国的崛起 599
第四章 新能源发电展望 605
第一节 新能源发电迈向世界先进行列的驱动力 605
第二节 中国新能源发电发展前景展望 609
参考文献 616
第六篇 输 变 电 设 备
第一章 概述 619
第二章 特高压交流输变电设备制造 623
第一节 变压器设备研制 624
第二节 电抗器设备研制 634
第三节 气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）研制 638
第四节 特高压气体绝缘金属封闭母线（GIL）的研制 650
第五节 特高压串联补偿装置的研制 659
第三章 特高压直流输电设备研制 667
第一节 系统研究和成套设计 668
第二节 大功率晶闸管研制 669
第三节 换流阀研制 674
第四节 换流变压器与平波电抗器研制 688
第五节 控制保护设备研制 696
第四章 柔性直流输变电设备研制 702
第一节 系统研究和成套设计 703
第二节 换流阀研制 711
第三节 直流断路器研制 717
第四节 控制保护设备 720
第五章 发电机断路器研制 725
第一节 研发历程 726
第二节 试验技术 728
第三节 工程应用 730
第七篇 低 压 配 电 设 备
第一章 概述 737
第一节 低压配电设备在电力系统中的地位与作用 737
第二节 行业概况 738
第三节 低压配电设备创新重点及其成果 738
第四节 关键核心技术自主创新 742
第五节 低压配电设备的民族品牌建设 745
第六节 我国配电设备创新发展综合评价 750
第二章 用户端电器设备创新技术与产品 751
第一节 配电电器 751
第二节 控制与保护开关电器 760
第三节 终端电器 763
第四节 研发平台的创建 767
第五节 用户端电器设备的发展趋势 769
第三章 智能配电系统与智能电网用户端系统 770
第一节 智能配电系统与智能电网用户端系统发展背景 770
第二节 智能配电系统与智能电网用户端系统开发重点及其成果 771
第三节 智能配电系统实现途径与方式 773
第四节 智能配电系统与智能电网用户端系统工程应用 775
第五节 智能配电系统与智能电网用户端系统发展与展望 777
第四章 新能源电器 779
第一节 新能源电器发展的必要性 779
第二节 新能源电器主要产品的创新与发展 779
第三节 新能源电器关键核心技术的自主创新 786
第四节 新能源电器发展趋势 787
第五章 新标准体系与试验、认证 789
第一节 新标准体系开发 789
第二节 实验测试能力建设 792
第六章 智能制造 797
第一节 用户端电器设备制造面临的机遇与挑战 797
第二节 智能制造发展规划与实施方案 799
第三节 智能制造重大进展与成果 801
第四节 智能制造的未来展望 802
参考文献 804

前言
能源是人类社会赖以生存与发展的重要物质基础，电力则是现代社会能源利用的重要形式。19世纪80 年代以来，电力的广泛应用推动人类社会跨入了电气化时代。电力工业是国民经济与社会发展的基础产业，也是世界各国实现工业化、现代化的支柱产业。电力工业的发展水平以及电气化程度代表着一个国家工业化与现代化的水平。电能的生产主要包括火电、水电、核电、风电、太阳能和生物质发电等形式，与输变电、配电、用电等环节形成一个综合有机整体，就成为目前社会物质生产力中空间跨度最广、设备种类最多、结构最复杂、系统协调调度最严格的大型电力系统。
新中国成立以来，特别是改革开放以来，随着经济社会快速进步，能源领域也实现了高速发展，我国成为世界上最大的能源生产和消费国，发电装机容量、发电量、电网规模等指标均稳居世界首位。与此同时，电力装备创新能力不断增强，制造能力稳步增长，一大批具有自主知识产权的大型电力装备投入运行，包括大型火电机组、大型水电机组、大型核电机组、大型风力发电装备、太阳能发电装备、特高压交流直流输变电成套装备、发电厂与电网运行控制装备等。300MW、600MW到1000MW 的火电机组均实现了机组装备制造的自主化；成功研制的世界首台600MW 超临界循环流化床锅炉机组和1000MW 超超临界二次再热机组投入运行；建成了以三峡工程为代表的大型水电工程；建成了世界上电压等级最高、系统规模最大、资源配置能力最强的交直流混合电网；大电网安全稳定控制技术等均居世界领先水平，保障了电力系统长期安全稳定运行。
进入21 世纪以来，为了应对气候变化、环境污染、化石能源枯竭等人类面临的共同难题，一场以大力开发利用可再生能源为主题的能源转型在世界范围内兴起。2014 年6 月，习近平同志在中央财经领导小组第六次会议上提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略，为我国能源发展指明了方向。十九大报告提出，要“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”，为我国能源转型发展提供了根本遵循。2020 年9 月，习近平同志在第七十五届联合国大会上提出“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”。2021 年3 月，中央财经委员会第九次会议强调，实现碳达峰、碳中和事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体，明确提出构建以新能源为主体的新型电力系统。
站在我国能源电力转型发展的历史新起点，实现能源电力的转型发展仍面临诸多挑战。一是我国以煤炭为基础的能源结构短期内难以改变，2020 年我国煤炭消费总量为28.3 亿t 标准煤，约占世界的一半，二氧化碳排放总量约占世界的三分之一，电源结构中燃煤发电量占比仍高达61%。二是随着风电、太阳能发电的快速增长，高比例可再生能源的消纳以及电力系统的安全稳定运行面临着前所未有的挑战。三是部分电力装备基础材料、核心部件方面仍存在着依赖进口和“卡脖子”技术受制于人的局面。四是我国电气化水平还不高，电能在终端能源消费中的比重与发达国家相比还有差距。这些问题直接关系到我国能源转型发展战略目标的实现，必须下更大的力气取得突破，才能实现我国电力装备制造水平与电力技术跨上新的台阶，支撑碳达峰、碳中和目标的实现。
电力装备是电力工业发展的基础，电力技术的进步很大程度上取决于电力装备制造技术的进步。站在行业发展与科技进步的角度，对我国电力装备发展历程进行系统而详尽的梳理，展望未来发展趋势，对于把握行业发展方向，传播电力科学技术，培养电力工程技术人才，具有极为重要的作用。《电力强国崛起 中国电力技术创新与发展》一书力图以改革开放以来中国电力技术发展中的重要事件、重点工程、重大技术成果为切入点，以我国电力技术发展的历程为主线，反映我国电力及制造行业干部职工和广大科技人员充满自信地走中国特色社会主义之路，发扬自强不息、攻坚克难、勇于探索、敢于创新、不断奋进的民族精神，创造属于自己的历史。本书力求以记叙电力技术发展取得的重要成果，书写我国电力及制造行业由小到大、由弱变强、奋进崛起的宏伟画卷，向中国共产党成立100 周年献上一份厚礼。
本书按照发电、输变电和低压配电专业进行分类，由主编组织制定编写大纲，通过多次讨论、修改和审定，最终形成概论、火力发电、水力发电、核能发电、新能源发电、输变电设备和低压配电设备七篇。《电力强国崛起 中国电力技术创新与发展》可视为一部电力技术与电力装备的发展史，可供电力行业从事电力装备设计、制造及电力建设、运行维修人员和相关专业的高校师生参考。
本书在编撰、审稿、出版过程中，中国电力企业联合会、中国动力工程学会、中国电工技术学会、中国电机工程学会以及相关的高等院校、科研院所、电网企业、发电企业、制造企业，都给予了大力的支持，本书的主笔、审稿专家以及参加书稿编写的专家学者、工程技术人员，奉献了宝贵的智慧与心血，同时中国电力出版社也为本书的出版发行提供了大力的支持，在此一并表示衷心的感谢。
2021 年4