天威集团出口美国的350MVA230kV移相变压器
天威集团承建的1.85兆瓦光伏并网电站
天威新能源控股公司多晶硅铸锭车间
天威集团生产的三峡工程地下电站首台主变压器成功发运
天威集团研制的世界最高电压、最大容量的1500MVA1000kV特高压变压器
天威集团为云广特高压直流输电工程制造的±800kV特高压换流变压器
天威新能源控股公司电池生产线
编者按:
受金融危机和欧债危机影响,目前全国工业企业景气度普降,特别是光伏新能源行业身处寒冬,在严峻的外部环境和市场形势下,保定天威集团有限公司凭借创新支撑在输变电和新能源双主业领域稳健发展,执着前行,为大型国有骨干企业树立了榜样。通过今天的深度报道,我们可以看到天威在发展中的不凡经历,领略其冲击世界难题的豪迈与艰辛。
天威从一家普通的变压器企业起步,通过持续不断提升自主创新能力,成功破解世界性难题,先后成功研制世界首台1000MVA/1000kV特高压交流变压器和1500MVA/1000kV特高压交流变压器,形成世界性影响,为企业勇攀世界科技高峰树立了标杆,为打造世界级企业积累了经验。
天威顺应世界新能源发展潮流,作为第一家进军新能源领域的国企,形成了光伏和风电完整的产业链,并以强大的专家团队,不断地科技创新,正逐渐拥有新能源行业的话语权。
输变电——创新打造特高压金色名片
记者近日从天威集团市场部获悉,该公司成功中标国家电网公司皖电东送1000kV淮南至上海特高压交流输电示范工程7台1000MVA/1000kV特高压变压器和4台240MVar/1000kV特高压电抗器供货合同,天威在特高压领域的技术优势、质量优势、品牌优势在国家获准建设的第二条特高压交流输电示范工程中得到了充分展现,创新为天威参与市场竞争打造了 “金色名片”。
一次改变历史的超越
特高压输电技术具有大容量、远距离、高效率、低损耗、少占地等突出优势,是解决我国远距离、大规模电力输送难题的最优方案。用特高压方式输送电力已成为中国的战略决策。“十二五”期间,中国将建成 “三纵三横”特高压交流骨干电网和11项特高压直流输电工程。但此前特高压输电技术尚属世界性难题,被喻为世界电工界的 “珠穆朗玛峰”。苏联、日本、美国、德国、意大利等国家均着手进行了特高压输电技术研究,但都没有实现规模化应用。
而从100多年的输电历史来看,以前输电领域的每一次电压升级,中国都是被动的接受者,今天,历史能否翻开新的一页呢?一生从事电力研究的中国工程院院士薛禹胜说出了全行业的心声: “发达国家在特高压领域研究的挫折与停步,对中国来说是一个机会,一个证明自己的机会,一个主动发声的机会,一个全面超越的机会!”对研发1000kV特高压交流变压器,破解世界性难题,天威上下形成高度共识,许多人将其作为职业生涯的里程碑事件,个个都对 “把天威打造成世界级企业”抱有很强的责任感。
2009年9月12日,历史记录下了这一激动人心的时刻:世界首台1000kV特高压交流变压器顺利通过了专家鉴定。专家认为: “该产品是天威保变自主创新研制成功的目前世界上电压等级最高、单相容量最大的单体式自耦三绕组无励磁调压电力变压器。产品采用单相五柱铁心、三柱绕组并联结构,有效解决了运输等问题;采用合理的绝缘结构,借助全域电场分析优化了主纵绝缘的电场分布;采用独特的电磁屏蔽结构,有效解决了局部过热问题;采用主体和调压补偿变分箱结构布置,简化了变压器主体结构,可靠性更高;低压采用电压补偿措施,解决了低电压波动问题。产品具有结构合理、绝缘可靠性高、损耗低、噪声低等技术特点,填补了国内空白,其主要技术性能指标达到国际领先水平。”
业主国家电网公司对1000kV特高压交流变压器制造水平给予了高度评价,一位负责人在接受中央电视台记者采访时说: “这些特高压的设备,它的指标,比超高压设备的指标还要好,里边几乎是零局放,干干净净,是过去没有的。”
变压器特别是特高压变压器是典型的小批量个性化生产方式,装备自动化程度不高,80%靠管理。世界首台1000kV特高压交流变压器的制造对天威生产组织及工艺保障能力提出了前所未有的高要求,是必须迈过去的又一道槛。 “中国机械行业技能大师”张文志介绍,天威对生产组织、工艺流程、管理模式、条件保障等方面进行了系统优化,狠抓了以下四方面工作。一是以研制生产1000kV特高压交流变压器为契机,进一步完善了设计研发平台、加工制造平台、试验验证平台建设,特别是在特高压产品研制方面,形成了规模化生产能力,可满足后续特高压工程建设对特高压变压器和电抗器的大量需求。二是首次开展产品全程纪实活动,有效控制操作过程的每个细节,保证产品的顺利进行,积累原始数据及资料,为后续及同类产品的生产提供借鉴和经验。三是以现代化管理理念为指导,以数字、信息技术为手段,通过对物资流、资金流、信息流的优化整合,对生产经营活动实行全过程、全系统的动态控制,全力打造 “数字化企业”。
一种锲而不舍的坚持
“研制成功世界首台1000kV特高压交流变压器,对天威来说,最直接的收获是带来了7件国家专利,其中发明专利3项,参与了变压器、电抗器两个技术规范的制定,有效增强了行业话语权;给企业带来了2.8亿元的产值,增强了企业实力。从间接效果看,全面提升天威在中国同行和世界市场的竞争力。”张喜乐认为。
天威通过把1000kV特高压交流变压器研发技术和制造模式反哺常规产品,大幅度提升了750kV、500kV变压器的研发制造能力和品质保证水平,也为提升和保障低电压变压器质量水平、盈利能力起到了有效的促进作用。与2008年相比,天威变压器人工、水电、原材料等刚性成本持续上升,平均销价下降了40%,但天威变压器仍能保持一定的盈利水平,如果没有发展能力的全面提升,是不可想象的。
在征服特高压变压器这道世界性难题上,天威马不停蹄,再创佳绩。
中国特高压输电技术的主要技术路线有两条:一是1000kV交流输电技术;二是±800kV直流输电技术,而天威进入后者时间比同行晚了约5年,不过,随着2009年10月24日的到来,这一切成了历史。这天,天威保变为世界首条特高压直流输电示范工程——云广特高压直流输电工程承制的±800kV(HY14)特高压换流变压器一次顺利通过全部试验项目考核,主要技术性能指标达到国际领先水平。
云广±800kV特高压直流输电工程是世界输变电技术创新的前沿标志性工程和我国电网发展方式转变的标志性工程。该项目变压器结构复杂,设计、制造、试验难度极大。南方电网公司原定由国外公司制造,却出现了交货延期的情况。南方电网公司当机立断,决定将部分高端换流变产品转交国内企业生产,天威获得了表现自身实力的机遇。面对挑战,天威打破原有生产管理模式,创造出一整套行之有效的生产体系异地管理模式,仅用135天时间高质量完成了±800kV(HY14)特高压换流变压器研制,创造了同类变压器研制速度最快的世界纪录,一举奠定了在国际换流变产品市场的领先地位。
而在1000kV特高压交流变压器领域,天威进一步巩固了领先优势。2011年12月5日,由天威自行研制,具有完全自主知识产权和核心技术的世界首台最高电压和最大容量1500MVA/1000kV单相特高压交流变压器样机顺利通过所有试验项目考核,主要技术性能指标达到国际领先水平,标志着天威全面占据世界变压器行业技术最高峰。
1500MVA/1000kV特高压交流变压器比1000MVA/1000kV特高压交流变压器容量增大50%。但必须在有限尺寸内确保足够的电气绝缘安全裕度,解决漏磁及局部过热控制、制造、试验及运输等一系列难题,研制工作极具挑战性。
天威采用了先进的设计技术,运用最先进的三维磁场计算软件,对变压器线圈以及铁心、油箱钢结构件中的漏磁和涡流损耗分布进行了详细的分析计算,运用先进的电场计算软件对变压器主绝缘及局部电场进行了详尽的计算分析,掌握了特高压大容量变压器主纵绝缘布置、线圈漏磁分布的控制、线圈温升的控制等关键技术,使产品具有损耗小、噪声低、体积小、抗短路能力强、无局部过热等显著优势,能保证产品长期安全稳定运行。
持续不断的创新让天威拥有引领行业发展的多方面能力。天威是目前中国惟一一家、世界第四家能研制大型移相变压器产品的企业。是中国国内提供核电站变压器最早、最多的生产厂家,并具有多家核电站合格供应商资格。天威核电变压器从30万级开始、涵盖60万级、100万级、125万级各种型号,市场占有率超过50%,成功为秦山核电站一期工程、二期工程和巴基斯坦恰希玛核电站等配套。
天威的输变电技术和产品得到了世界同行的充分认可,产品先后出口到了包括美国、加拿大、中东、东南亚在内的50多个国家和地区,750kV、400kV等变压器技术成功实现了向俄罗斯、印度、埃及等国家的转让和出口。
新能源——创新让明天更有竞争力
5月16日,记者从天威新能源控股公司技术研发中心获悉,该公司类单晶铸锭技术和背接触电池组件研发实现新突破,采用类单晶铸锭制造的太阳能电池光电转换效率达到18%且生产成本更低;背接触电池标准组件输出功率已达265瓦,组件效率达到16.5%,达到世界领先水平。这两项成果是天威新能源控股公司自2011年7月研发成功 “神鸟”高效太阳能电池以来的又一全新突破,标志着天威新能源确立了研发能力国际领先的地位,形成了自有技术的核心竞争力。
突破关键技术 实现全方位创新
“创新是新能源企业发展的灵魂,谁掌握核心技术,谁就拥有发言权。”中国兵器装备集团公司总经理助理、天威集团副董事长、总经理丁强对记者说。
自2011年以来,天威集团新能源产业坚持全方位、高效能创新,以科技发展规划为统领,以促进科技创新与产业发展紧密结合为目标,以实施关键技术攻关计划和加强技术创新能力建设为抓手,不断加强国家级技术中心能力建设,优化和完善科研体系,提高研究与开发的投入规模,引进大批具有国际先进水平的研发人员,使新能源产品研制取得重大突破。一批关键技术实现突破,一批新产品支撑产业升级换代,一批新成果抢占行业先机。
天威新能源控股公司邀请郑厚植院士、王恩哥院士、都有为院士和薛其坤院士4位著名学术权威,组建了企业院士专家工作站,同时与世界顶级新能源研究机构——澳大利亚新南威尔士大学光伏研究中心、荷兰国家能源研究中心签署了正式合作协议,与南京大学共建了新能源研究院,充分发挥各自优势,推动中国新能源技术的快速发展。新能源控股公司总工程师由曾经在澳大利亚新南威尔士大学与马丁·格林教授共事多年的张凤鸣博士担任,技术研发中心拥有9名博士;拥有由40名硕士共同组成的国内领先的研发团队和一流检测试验设备,从而为技术创新奠定了坚实的基础。
截至目前,新能源产业成功掌握了大尺寸晶粒多晶铸锭技术,目前在生产线试验的电池平均转换效率已达17.69%;开发出领跑行业的 “神鸟”太阳能电池,这款用 “多晶”的方法制造出的 “单晶”电池,平均光电转换率已达到18%,高于同行业1个百分点,最高转换率达到18.55%,处于多晶硅太阳能电池国际领先水平;今年新研发的类单晶铸锭,通过热场的升级改造和工艺控制的改进,大大提高了硅锭的晶体质量,已接近直拉法单晶的水平,而生产成本大大降低,公司还针对类单晶硅片,开发了专门与之相匹配的电池工艺技术,其转换效率达到18%,标准组件输出功率达到250瓦,预计于近期通过TUV认证后开始向市场推广此类产品;在背接触电池和组件方面,公司掌握了全套生产工艺技术,目前试生产的背接触普通多晶电池转换效率高达17.8%,标准组件输出功率最高达到265瓦,而采用类单晶硅片的背接触电池转换效率有望突破19%,组件效率达到17%以上。
天威薄膜公司由麦耀华博士和黄跃龙博士分别担任技术总负责人和生产工艺总负责人,在叠层低电压新产品、双半钢化玻璃薄膜组件新产品、卡钉式快速安装新产品、轻量化高可靠性聚合物背板新产品、高可靠性耐恶劣气候薄膜硅电池开发等方面也实现新突破,其中,聚合物背板太阳能电池组件 (单片1.1×1.3米)在满足IEC标准要求的前提下,将重量降至9.79kg/m2,成为目前世界上重量最轻的玻璃基底薄膜光伏组件。
以市场为目标 实现高效创新
“企业作为经济组织,必须实现创新与创效的高度契合,否则就是舍本逐末,难以为继。”丁强认为。
对于太阳能电池的研发,不计成本地单纯追求太阳能电池转换效率的提高,很难实现大规模工业化生产。只有“低成本,高效率”的太阳能电池才会被市场接受,才能与常规能源竞争,尽快实现太阳能电力的平价上网。天威新能源产业紧盯市场需求,在确保产品质量和转换效率的同时,在降本增效方面出真招、谋突破、求实效。
天威新能源控股公司在 “神鸟”电池基础上,积极开展工艺技术创新,及时的工艺改进与完善,产生了明显的效益。
生产太阳能电池的第一步是要将硅原料融化并铸造成硅锭。按照传统工艺,每铸造一坩埚的硅锭,需要耗时66小时,而每一锅一次只能容纳400公斤原料。而新能源控股公司每一锅硅原料的容量是440公斤,用时只有52小时。仅此一项,每铸造一坩埚的硅锭,新能源控股公司就节省电能近千度,公司目前拥有100多只铸锭坩埚,每年节约电能超过12万度。
公司还通过细栅密栅高方阻太阳能电池技术研究,转换率提升0.4%,单片瓦数增加0.096瓦;通过完成装料工艺及多样化硅料的掺杂使用技术研究,硅片产能提升24MW,减少了电与坩埚等用量,每年可节约大量生产成本;改进硅片线切工艺,大量使用回收砂浆,降本增效工作取得阶段性突破。
天威薄膜公司紧盯光伏建筑一体化项目和光伏农业大棚开展研发,全面实施科技创新 “140”计划和 “千万降本增效攻关计划”,开展了30余项研发工作,其中近20项已取得了关键性突破,开发出真空组件、中空组件以及不同颜色、不同花纹的叠层透光组件,使非晶/微晶叠层组件单片功率提升10瓦,转换效率提高0.8%,毛利率提高6%。
以人才为支撑 全领域集优创新
“人才是企业最宝贵的财富,是企业创新发展的战略资源,是生产力要素中最积极、最活跃、最具决定作用的要素。先造就人才,再成就企业是做强做大天威集团的理性思维”丁强说。
多年来,天威集团始终不渝坚持“先造就人才,再成就企业”的理念,不断探索新的激励机制,大力吸引国内外人才,打造国际化的技术、人才、信息的聚集区和发展平台。
天威集团大力实施了以培养百名优秀技术人才、优秀管理人才以及百名高级技工为目标的 “双百核心人才”工程,变人才培养和选拔的随机性为常规性。不断探索新的激励机制,大力吸引国内外人才,打造国际化的技术、人才、信息的聚集区和发展平台。倡导尊重知识、尊重人才,努力为人才创造良好的文化和科研环境,凝聚了一批优秀科技人才。
在新能源领域,天威集团已引进国内外高层次人才136人,其中海外高层次人才26名,张凤鸣、黄跃龙、麦耀华、张涛4人入选国家 “千人计划”。此外,一批毕业于国内知名高校的博士、硕士研究生正在逐步加入到天威的研发队伍。在新能源产业工艺改进和创新研究方面,这些人才探索新结构、新技术,应用新工艺、新方法、新材料,结合产品生产和工艺装备实际,更新完善产品制造工艺文件,改进加工方法,既降低了劳动强度,保证了安全生产,提高了效率,又提高了产品的质量和技术性能指标。
强大的创新能力,领先的技术实力为天威集团加快产业产品结构调整和主导产业转型升级创造了条件。通过 “集优创新”,天威集团的自主创新能力与核心竞争力进一步增强。天威集团的光伏产业以科技领先为标志的核心竞争力厚积薄发取得了新的突破,为产业稳步发展提供了新的动力,不断创新的新产品为天威新能源保持行业领先地位提供了重要保证,为 “创全球名企,树百年天威”目标的实现和打造具有世界性影响力的输变电和新能源企业集团奠定了基础。(本报记者 张慧英 通讯员 赵永强 李涛)