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快資訊:科技強國在路上丨春節(jié)期間 這些技術(shù)創(chuàng)新項目不停步
2023-01-24 14:35:26 來源:央視新聞客戶端 編輯:

系列報道《科技強國在路上》,今天關(guān)注面向國家重大需求的技術(shù)創(chuàng)新項目。

01

重器再添“中國心”


(資料圖)

8米直徑盾構(gòu)機主軸承將應(yīng)用

從穿山越嶺到過江跨海,盾構(gòu)機是國民經(jīng)濟和建設(shè)的重大裝備。作為盾構(gòu)機“心臟”的主軸承,其研發(fā)是實現(xiàn)盾構(gòu)機自主可控制造的最后一公里。2022年底,我國科研團隊研制出設(shè)計壽命超過10公里、具有國際水平的“超大型盾構(gòu)機用直徑8米主軸承”。面向國家重大需求,現(xiàn)在,科研團隊又有了新目標(biāo)。

春節(jié)期間,在位于沈陽的中科院金屬研究所,科研團隊正在進行新一輪研發(fā)。他們瞄準(zhǔn)的是設(shè)計壽命超過15公里的盾構(gòu)機主軸承,以滿足未來長隧道、大隧道盾構(gòu)機制造的需求。

中科院金屬研究所研究員 胡小強:15公里,意味著它可能要作業(yè)15000小時以上,時間長,對應(yīng)著主軸承的材料,它的強度、韌性、耐磨性,都要更好。

中科院金屬研究所研究員 李殿中:我們的軸承設(shè)計需要承擔(dān)更大的載荷,更可靠。

在剛剛過去的2022年年底,科研團隊成功研制出設(shè)計壽命為10公里、直徑為8米、重達(dá)41噸的超大型盾構(gòu)機主軸承,可承載的最大軸向力為10的5次方千牛,約等于2500頭成年亞洲象的重力,成為目前我國制造的首套直徑最大、單重最大的盾構(gòu)機用主軸承。

中科院院士 李依依:我們是一級滾子精度的軸承,全是我們自主設(shè)計、自主制造,而且是高質(zhì)量的從材料一直到最終軸承的產(chǎn)品。

讓盾構(gòu)機主軸承的設(shè)計壽命從10公里提升至15公里,是新升級也是新挑戰(zhàn),所帶來的研發(fā)難度,呈指數(shù)級增加。

科研團隊介紹,主軸承是盾構(gòu)機的核心部件,類似于手掌的掌心,四周承載著刀盤,帶動刀盤旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)隧道挖掘。為了實現(xiàn)超大直徑盾構(gòu)機主軸承自主可控,科研團隊十多年前開啟了材料制備研發(fā),將目光瞄準(zhǔn)了稀土鋼。然而,稀土鋼在工業(yè)化生產(chǎn)時遭遇的難題,長期懸而未決,導(dǎo)致我國稀土鋼的研發(fā)由熱變冷。正是在這個幾近冷藏的領(lǐng)域,研究團隊經(jīng)過大量的實驗、計算,最終開發(fā)出“低氧稀土鋼”關(guān)鍵技術(shù)。

中科院金屬研究所研究員 李殿中:我們發(fā)現(xiàn)稀土中含氧量高,導(dǎo)致性能波動。后來我們把稀土中氧含量降下來之后,把低氧的稀土加到低氧的鋼里,性能就特別穩(wěn)定。我們開發(fā)了低氧稀土鋼,把稀土加到軸承鋼里之后,它的拉壓疲勞壽命提高了40多倍。

低氧稀土鋼研發(fā)成功,讓盾構(gòu)機主軸承研發(fā)駛?cè)肟燔嚨?。面向國家重大需求?020年中科院啟動“高端軸承自主可控制造”戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項,科研團隊聯(lián)合40多家科研院所和優(yōu)勢企業(yè),協(xié)同攻關(guān)。僅用3年,就突破了一級大型滾子精密加工技術(shù)。至此,從主軸承材料制備,到成套設(shè)計精密加工,均已完成,直徑3米級到8米級的盾構(gòu)機主軸承也相繼誕生。直徑3米的主軸承,已在沈陽地鐵工程中成功應(yīng)用。

中科院金屬研究所研究員 李殿中:我們主軸承研制成功之后,就意味著我們國產(chǎn)化已經(jīng)打通了最后一公里。提供一個良好的范式,就是從材料出發(fā),貫通技術(shù)鏈,從而實現(xiàn)我們高端基礎(chǔ)零部件的自主可控。

春節(jié)期間,我國制造的首套直徑最大、單重最大的8米盾構(gòu)機用主軸承,正在中交集團的蘇州常熟廠房內(nèi)緊鑼密鼓進行裝機測試,后續(xù)將裝到16米級盾構(gòu)機上,在過湖隧道工程中率先應(yīng)用。盾構(gòu)機用超大直徑主軸承的研制成功,為我國高端基礎(chǔ)零部件攻關(guān)提供了良好的范式。聚焦高端裝備、能源電力、船舶制造等領(lǐng)域的國家重大需求,科研團隊解決了多項國家重大裝備的核心部件需求,正在完成從“會做什么”到“要做什么”的華麗轉(zhuǎn)身。

中科院金屬研究所研究員 李殿中:我們研究的水輪機組的轉(zhuǎn)輪,還有大的主軸,在白鶴灘水電站中應(yīng)用。我們研究的15.6米的核電支撐環(huán),在核電的重大裝備中成功應(yīng)用。

02

致力國家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

大規(guī)模儲能技術(shù)研發(fā)提速

在中科院大連化物所,科研團隊正在研發(fā)新一代“電力銀行”,能夠在電力系統(tǒng)中起到“削峰填谷”的作用,助力我國能源綠色低碳發(fā)展新格局建立。

春節(jié)期間,在中科院大連化物所,科研團隊正在開展全釩液流電池60千瓦電堆研發(fā)。相較于上一代已經(jīng)在電站投入使用的30千瓦電堆,同樣體積,其功率可提高整整一倍。

中科院大連化物所研究員 李先鋒:我們正在做液流電池技術(shù)的更新?lián)Q代,這樣能進一步降低成本,同時提高系統(tǒng)的集成度、減少占地面積等,所以對整個未來電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該是一個巨大的推動作用。

李先鋒所說的“電堆”“電池”,完整名稱是“全釩液流電池”,在電站中主要儲存可再生能源所發(fā)的電量。這個“電力銀行”長寬分別為134米、119米,在這個空間內(nèi)安裝700多個儲罐,儲罐中充滿不同價態(tài)的釩離子溶液。充電時,可將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能;逆向轉(zhuǎn)化,它就能放電來緩解電力需求缺口。采用該項技術(shù)的百兆瓦級大連液流電池儲能調(diào)峰電站,2022年5月實現(xiàn)并網(wǎng),10月底實現(xiàn)滿負(fù)荷充放電,最多可存放40萬度電,以我國居民每日人均用電2度計算,該電站可供20萬居民一天的用電需求。

中科院大連化物所研究員 李先鋒:是我們?nèi)蚴滋?,也是國家能源局?dāng)時批復(fù)第一個國家級大型的化學(xué)儲能電站示范項目。這個電站最核心的功能之一,就是可以接納更大比例的可再生能源發(fā)電的入網(wǎng),具有很重要的戰(zhàn)略意義。

專家介紹,目前全球能源發(fā)展,正處于從高碳到低碳再到無碳的關(guān)鍵過渡期,實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo),尤其需要全新的發(fā)電方式。在我國,以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源儲量豐富,然而有風(fēng)則動無風(fēng)則止的風(fēng)能,以及晝夜交替發(fā)電隨起隨停的太陽能,其發(fā)電具有間歇性和波動性,大規(guī)模接入電網(wǎng)后,要求電力系統(tǒng)必須具備特定的響應(yīng)能力,才能保證可再生能源供電甚至整個電網(wǎng)的安全性。處在從新能源發(fā)電到用電的中間關(guān)鍵環(huán)節(jié),以全釩液流電池為代表的儲能技術(shù),成為目前世界上最成熟、最流行的一個選擇。

中科院大連化物所研究員 李先鋒:我們對整個國家能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型,到2030年、2060年將有大比例清潔能源發(fā)電,特別是可再生發(fā)電并網(wǎng),對于解決這些不連續(xù)、不穩(wěn)定的電力入網(wǎng),具有至關(guān)重要的作用,也是我們國家非常重大的戰(zhàn)略需求。

《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》首次由國家能源局與科技部共同編制,科技創(chuàng)新在國家能源格局實現(xiàn)根本性改變中,被提到全新的高度。圍繞能源清潔高效利用,中科院潔凈能源先導(dǎo)專項集合了20多家能源領(lǐng)域研究所及大學(xué)優(yōu)勢研究力量,已突破55項關(guān)鍵技術(shù),29套工業(yè)示范裝置開工建設(shè),為構(gòu)建我國清潔低碳、安全高效的能源體系、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了強有力的技術(shù)支撐。

03

邁上新征程 聽聽他們的新愿望

中科院大連化物所研究員 李先鋒:在新的一年里,希望我們團隊繼續(xù)深耕儲能技術(shù)領(lǐng)域,實現(xiàn)技術(shù)的更新?lián)Q代和持續(xù)進步,持續(xù)推動百兆瓦級的項目的商業(yè)化示范和應(yīng)用推廣,推動液流電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展。

中科院金屬研究所研究員 李殿中:在新的一年里,作為科技工作者,我們繼續(xù)弘揚科學(xué)家精神,迎難而上,從材料源頭出發(fā),貫通技術(shù)鏈,推動我國高端基礎(chǔ)零部件自主可控制造,助力我國科技自立自強。

(總臺央視記者 張立雷 遼寧臺)

關(guān)鍵詞: 研究所研究員 科研團隊 國家能源

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