中国燃气轮机,成了全球AI的救命稻草?

观察者网 · 经八阕原文

8月28日,四川德阳,一台披着红色绸带的燃气轮机被缓缓吊装上卡车,准备发往海外。

不过呢?这个新闻一点水花都没溅起来。

生活在一个工业克苏鲁国家,燃气轮机中国人早就见怪不怪了,除非搞出EUV光刻机,否则大家连看一眼的兴趣都没有。

但万万没想到的是,这件事,竟然上了9月1日的国资委网站!

一台燃气轮机而已,值得这么重视吗?

很显然,值得,因为它是中国自主研发的第一台50兆瓦级重型燃气轮机。

更关键的在于,它很可能成为全球AI产业的救命稻草。

马斯克抢变压器的预言还历历在目,9月1日,在G20创新部长级会议上,马斯克又做了个预言:

明年全球会出现明显电力短缺!

原因也很简单,AI芯片产能每年增长40%-50%,而中国以外地区可用电力供应增速仅10%-20%。

用马斯克的话来说就是,“长得快的东西迟早压倒长得慢的东西。”

马斯克这个人虽然经常画饼,但这句话倒是没错,因为海外的AI巨头,真的在为供电不足伤脑筋。

随着AI越来越聪明,训练AI所需的电也越来越多,以前一个机柜5-10千瓦,现在的GB200液冷机柜,动辄100千瓦以上。

而为了训练出顶尖的模型,微软、Meta、谷歌现在规划的,全都是十万卡集群。

十万张卡啊!加上配套的交换机、液冷系统和存储设备,一个算力中心光用电,就奔着300兆瓦到500兆瓦去了,相当于一个小城市的用电量了。

而AI巨头们规划的,可不止一个算力中心,而是几十个。

那么问题来了,美国能承受突然新增几十个城市的用电量吗?肯定不行。

美国电网的基础设施非常老旧,大概有70%的输电线路和变压器还是上世纪建的了,更要命的是,新增用电审批还特别慢,等批完,AI风口早就没了。

那咋办?巨头们只能自己想办法,搞“表后发电”。

简单来说,就是在建机房的同时,直接在机房旁边建一座发电厂。

那用什么发电方式呢?煤电想都不要想,污染太大,会被周围居民骂死。风电和光伏不稳定,也不适合24小时运转的算力中心,核电倒是强劲,但哪个地方的居民会容忍自己家旁边建一座核电站?

看来看去,只有天然气发电可选了。

美国页岩气非常便宜,建一座天然气发电厂,拉根管道过来,就能24小时不间断地输出稳定电力。

那剩下的事就好办了,买燃气轮机,然后建电厂不就完了?

可现实又给AI巨头们当头一棒:燃气轮机,买不着!

全球能造大型重型燃气轮机的,主要是GE、西门子和三菱,目前三家的产能都排满了,现在下单,最快也要到2030年才能交货。

这下马斯克急眼了,你们不给我货,我就自己去造燃气轮机!

不过呢?可能马斯克这次真的想简单了,燃气轮机,不是那么容易造的。

今年7月份,国内有个离谱的新闻,烟台一家做油田设备的公司,把退役飞机上的发动机下来,改成了发电机,然后转手就卖了14.65亿美元。

为啥飞机发动机能改发电机?

因为某种程度上说,涡扇发动机和燃气轮机是同源的,比如著名的LM2500燃气轮机,就是航改燃。

两者的原理,都是把空气吸进来,在压气机里压缩,然后送进燃烧室,喷入可燃气体点火。高温高压的燃气膨胀,推动后面的涡轮叶片高速旋转,把热能转化成机械能。

区别仅仅在于航发用来推飞机,燃气轮机用来带发电机。

某种意义上说,造燃气轮机要更难。

战斗机的发动机工作环境再恶劣,一般飞一两个小时就回基地了。

而重型燃气轮机,通常要在高温高压下连续运转8000小时以上,可靠性要求比航发要高多了。

现在的F级燃气轮机,燃烧室温度在1400度左右,而更先进的H级,温度甚至直逼1600度。

但问题在于,这个温度已经超过钢铁的熔点了!更别提涡轮叶片还要承受每分钟两三千转的离心力呢!搞不好叶片转着转着就熔断了!

那怎么办?经过几十年的探索,现在主流是采用双管齐下的方案。

第一是搞单晶叶片,也就是在金属冶炼的时候,通过控制温度梯度,让液态金属里的原子像列队一样,沿着一个方向慢慢结晶,长成一整块没有晶界的单一晶体,从而获得极高强度。

第二是用数控机床和电火花加工技术,掏空叶片内部,形成复杂的冷却通道。

在机器运转时,把压气机里的冷空气抽出来,强行打进叶片内部,让冷气从叶片表面的微孔里吹出来,在金属表面形成一层冷空气膜,隔绝涡轮室内的高温。

这两种工艺都非常难,需要一点一点探索工艺流程以及千万次的实验,才能制造出能保证上万小时安全运行的燃气轮机。

这就是为什么GE、西门子和三菱能在这个领域垄断几十年,谁让人家起步早呢?

中国在这个领域,曾经非常落后。

中国一直“富煤贫气”,以前发电主要靠烧煤,天然气发电需求小,自然没什么技术积累,再加上耐高温材料跟不上,所以在燃气轮机领域一直被西方国家卡脖子,不仅要花巨额外汇买人家的燃气轮机,每次维护保养还要花再上千万元甚至上亿元。

这种受制于人的局面,逼着国家下定决心自己搞。

2006年,国家出台《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》,把重型燃气轮机列入能源领域重点前沿装备,提出要实现重型燃机本土化、批量化制造。

2009年,中国东方电气集团正式立项,开始自主研发50兆瓦级重型燃气轮机。

没有图纸,没有材料配方,全靠自己摸索。攻关高温合金材料,研发团队试了几千次配方。压气机叶片设计,设计方案改了上百遍,这个过程没有弯道超车,只有一点一点从零做起。

从2009年立项,到2020年满负荷试验成功,再到2022年底首次在电厂实现并网发电,东方电气用了整整13年。

燃气轮机技术的突破,迅速带动了整个国内产业链的苏醒,随后上海电气、哈尔滨电气以及中国重燃等企业也纷纷交出成绩单,F级、H级乃至300兆瓦级别的重型燃气轮机接连在国内点火下线。

原本被西方国家视为最高机密的叶片铸造、气膜孔加工、控制系统,也迅速被国内科研院所和民营企业一一攻克。

一旦技术上突破了从0到1的门槛,接下来发生的事情,就是我们最擅长的了。

爆产能,白菜价!

巧了,中国燃气轮机的量产,刚好赶上了全世界的AI热潮。

为什么GE和西门子手握订单,就是供不出来货?

因为西方国家经过几十年的去工业化,重型装备供应链已经严重碎片化,英国人造叶片,德国人机加工,控制系统法国人提供,最后运到美国组装。

如果其中一个环节遇到问题,整台机器的交付就会延期。

来源:观察者网(经八阕转载) · 查看原文
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