100万千瓦水电机组填补国际空白!“碳中和”时代揭秘东方电气如何打造绿色能源生态圈?| 全景云调研

  人类能源利用正面临一场深刻变革,在全球范围内,从非清洁能源转向清洁能源、从化石能源转向非化石能源、从高碳能源转向低碳能源正成为新一轮能源变革的基本趋势。在我国推进供给侧结构性改革、推动化解煤电过剩产能的背景下,电源结构继续向清洁能源倾斜,有大型清洁、高效发电装备研发和制造能力的企业无疑将是受益者。

  10月28日,上海证券交易所携手全景网共同推出“诚实守信做受尊敬的上市公司”走进东方电气暨全景云调研特别节目。东方电气(600875)是“A+H股”上市公司,也是全球最大的发电设备供应商和电站工程总承包商之一,节目中,全景云调研带领投资者深入走进这家中国高端装备制造企业,探寻其发展路径。

  碳中和时代与东方电气“十四五”规划

  2020年9月22日,习总书记在75届联大讲话中提出,中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,争取2060年前实现碳中和。”

  所谓碳中和,就是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,用以抵消自身产生的二氧化碳排放量,实现二氧化碳净排放为零。而要实现这一目标,清洁能源的大规模应用则成为必要条件。

  东方电气作为全球最大的发电设备制造和电站工程总承包企业集团之一,在重视传统能源高效清洁利用的同时,也在大力发展新能源和可再生能源产业。本次全景云调研活动中,东方电气监事会主席张继烈首先向投资者介绍了东方电气的基本情况、应对新冠疫情的央企担当和公司在“十四五”期间将重点发展的领域。

  他介绍称,历经60余年的发展,东方电气已经成为发电装备产量最大、产品品种最全的发电设备制造企业,发电设备产量累计超过了5.7亿千瓦,约占我国总装机的1/3。公司现已具备水电、火电、核电、天然气发电、风电、光电的“六电”设备研制能力并全面进入清洁高效能源装备、可再生能源装备、工程与贸易,现代制造服务业,新兴成长产业等五大产业板块。风电、光伏、储能、氢能将是公司“十四五”以及未来的重点发展领域。

  “我们自主研制的白鹤滩百万千瓦的水轮发电机组,创造了水电机组单机容量新的世界纪录。我们自主研制的中国第一高水头长龙山抽水蓄能机组,占领了700米以上水头抽蓄技术制高点。我们成功研制的国和一号、华龙一号核电主设备,获得了我国首张核蒸汽供应系统的设备制造许可证,成为国内首家具有核蒸汽供应系统设备成套供货资质的制造企业。我们自主研制的10兆瓦海上风电机组今年7月成功并网发电。我们研制的氢燃料电池客车百公里平均的氢耗是3.4公斤,达到了世界的先进水平……”,张继烈对东方电气近年来取得的突破如数家珍,“公司正从传统发电设备制造企业向综合能源解决方案供应商迈进。”

  10月30日,东方电气披露三季报,公司前三季度营收207亿元,同比增长17.76%;净利润13.42亿元,同比增长29.65%。三季报显示,公司本期业绩增长主要系可再生能源装备、新兴成长产业、 现代制造服务业及工程与贸易及收入同比增长所致。

  

  (公司主要业务毛利率情况图/来源:公司三季报)

  2020年前三季度,公司完成发电设备产量1794.25万千瓦,同比增长19.36%。其中水轮发电机组547.59万千瓦,环比半年报453.04万千瓦增长超过20%;汽轮发电机1069.9万千瓦较半年报706.8万千瓦增长超过50%;风电176.76万千瓦环比半年报89.63万千瓦增长近100%;电站锅炉1128.04万千瓦较半年报609.14万千瓦环比增长超过85%,电站汽轮机846.94万千瓦较半年报412.25万千瓦环比增长超过1倍。

  

  据中电联最新的报告,预计到2020年底非化石能源发电装机容量达到9.3亿千瓦左右、占总装机容量比重上升至43.7%,比2019年底提高1.7个百分点左右。

  川财证券机械行业首席分析师孙灿在全景云调研节目中指出,国家大力倡导火力发电清洁排放、支持传统火电煤电的技改;同时鼓励发展非化石能源发电,支持以水电和风电为代表的清洁能源建设投资。从东方电气的业务结构上看,公司产品结构的变化与行业发展趋势基本相符。

  孙灿进一步指出,能源装备行业的投资预期与宏观经济的基本面息息相关,从总量上看,随着电气化的普及,我国总用电量和人均用电量都尚有成长空间,但增速将维持低位。从产业链角度看,未来储能装备可能会成为“新蓝海”。

  三线建设跑出来的佼佼者

  在东方电气的成都总部,一个形似水电机组转轮的巨型圆形建筑,矗立在公司园区一角,这里是东方电气科技展示厅,关于东方电气60多年的发展史和最新的技术应用成果,都在这里集中展示。东方电气董事会秘书龚丹成为全景云调研的“导游”,带领投资者“云参观”了展厅,对这家60多岁的企业有了初步的了解。

  

  (位于东方电气总部的科技展示厅 图/东方电气提供)

  1958年10月13日,东方电气旗下东方电机的前身——德阳水力发电设备厂在四川省德阳破土动工。次日,《四川日报》头版头条以《目前规模我国最大将来产品世界称雄重型机器厂 水轮发电设备制造厂在本省动工兴建》为题报道了此事。后来,东方电机成为东方电气的第一家子公司,随着国家三线建设在西南展开,1966年,东方汽轮机、东方锅炉相继创建,形成了东方电气业务的三驾马车。

  

  (1958年10月14日四川日报头版 图/东方电气提供)

  据龚丹介绍,1966年,东方电机成功研制出湖南双牌电站44MW水轮发电机组,这是第一套“东方造”水电装备。之后,从葛洲坝17.5万千瓦、三峡70万千瓦、溪洛渡77万千瓦,到如今的白鹤滩百万千瓦水电机组,中国水电研发的每一步跨越,都不乏东方电机的身影。

  

  财报显示,2011年以来,东方电气各年度研发费用投入均在10亿元以上,并且逐年提升,去年研发投入达到18.88亿元,研发支出占比接近6%。持续大力投入换来了不菲回报,公司旗下东方电机参建的长江三峡枢纽工程项目获得2019年度国家科学技术进步奖特等奖。这也是东方电机继自主研制葛洲坝17万千瓦水电机组获得1985年国家科技进步奖特等奖之后,再次获得这一殊荣。

  “公司现在可以批量研制1000MW等级水轮发电机组、1350MW等级超超临界火电机组、1000MW-1750MW等级核电机组、重型燃气轮机设备、直驱和双馈全系列风力发电机组、高效太阳能电站设备、氢能客车、大型环保及水处理设备、电力电子与控制系统、新能源电池及储能系统、智能装备等产品等”,龚丹表示。

  他进一步介绍称,“尤其是东方电气历经10年开发的国内首台F级50MW重型燃机,它是发电设备当中‘皇冠上的明珠’,尽管是5万千瓦(50MW)能级,但是它可以向上下延伸;可以说是填补了国内之前长期以来的一个空白。”

  

  (国内首台自主研发F级重型燃机模型 图/全景云调研)

  全球首台100万千瓦水电机组诞生地

  地处德阳的东方电机始建于1958年,如前所述,是东方电气建立最早的全资核心子公司,也是国之重器——全球首台100万千瓦水电机组转轮诞生地。带着投资者们的问题和好奇心,全景云调研走进了这家历史悠久,如大学校园一般美丽整洁的花园式装备制造基地。

  

  (东方电机德阳生产基地 图/全景云调研)

  东方电机副总经理张天鹏向全景云调研介绍,公司主要从事水轮发电机组、热能发电机(包括燃煤、燃气、核能)、风力发电机、交(直)流电机、调相机、成套节能环保设备、泵等设备的研发、设计、制造和服务,以及电站改造,电站设备安装、维护及检修等业务,是我国研究、设计和制造大型发电设备的重大技术装备制造骨干企业,也是全球发电设备、清洁能源产品和服务的主要供应商。

  

  (归纳整齐的重装工件摆放区 图/全景云调研)

  走进高大的厂房,各种机床和核电、水电机组的巨型零件,在这个长达400米的厂房中,有序排列着。在5S精益管理的要求下,生产区、零件区、材料区和工人走动的动线布局,井然有序,完全看不到过去印象中厂房里机床设备杂乱堆放、满地油污的景像。全球首台100万千瓦水电机组的核心部件就诞生在这里。

  2020年8月18日,由东方电气自主研制的全球首台100万千瓦水电机组转子,在白鹤滩水电站完成了整体吊装,标志着发电机组总装工作正式启动。据了解,该转子外圆直径16.2米,最大高度4.1米,总重量超过2000吨,堪称“国之重器”。

  

  (全球首台百万千瓦水电机组转子成功吊装 图/央视截图)

  公开资料显示,由东方电气研制的白鹤滩水电站100万千瓦水轮发电机组单机有50多米高、8000多吨重,相当于法国埃菲尔铁塔的重量。其技术标准严苛:额定效率不低于99.01%,是世界上效率指标最高的水轮发电机;定子绕组温升不超过63K,转子绕组温升不超过58K,远优于国际标准和国家标准,是水电行业最严格的温升控制水平;额定电压24千伏,是水电行业最高电压等级。

  

  (白鹤滩水电站水轮机组构造图 华东勘测设计研究院网站)

  东方电机生产管理部负责人李军是全景云调研实地走访水轮机分厂的“导游”,他介绍称,整个机组中最为核心、研制难度最大的部件就是转轮,堪称机组的“心脏”;它由13-15片转轮叶片和上冠、下环焊接而成,直径10米左右,重达400多吨;它要实现整个过流部件强度与水力性能的最佳匹配。

  

  (白鹤滩水电站100万千瓦水电机组转轮 东方电气供图)

  看到这个庞然大物,很多投资者肯定有这样的疑问:这么大型的装备是怎么跋山涉水,运到地处山沟沟里的水电站建设现场的呢?

  “这是大件公路‘零公里’的标志”李军指着厂房绿色注塑地板上镶嵌着的一个圆形铜盘说道,“这样的大型装备主要经乐山肖坝重件码头走水路出川,从我们德阳工厂中间大门这个大件公路‘零起点’开始,一路到乐山都是重载公路。”

  

  (大件公路“零公里”标志 图/全景云调研)

  据媒体报道,白鹤滩水电站预计2021年7月前首批机组投产发电、2022年所有机组投入使用;届时,该水电站预计年均发电量达 624.43亿度,相当于北京市2015年全年用电量的三分之二,平均每年可减少标准煤消耗量约1968万吨,减少二氧化碳排放量约5160万吨,相当于少建近7座年产400万吨的大型煤矿。

  在线上交流环节,也有投资者对于大型水电业务“是否过度依赖国内重大项目”抱有疑虑。龚丹表示,东方电气水电业务不仅只应用在国内项目,公司这几年把“走出去”作为三大攻坚战之一,东南亚水电项目、“非洲三线”、“南美三峡”这类重大国际水电项目都有参与,目前公司水电业务在手订单还有100亿元左右,按照目前每年30-40亿元水电产值看,“十四五”期间公司水电产能将会有较好利用。

  全自动数字冲剪车间 定子冲片产量翻番

  定子是电动机静止不动的部分,主要作用是产生旋转磁场。由东方电机研制的白鹤滩机组定子铁芯由50万张0.5毫米厚的硅钢片叠装而成,总重达625吨。

  定子铁芯是用硅钢片冲压成扇形的定子冲片,叠装于定位筋上,定位筋通过托板焊于机座环板上,并通过上、下齿压板用拉紧螺栓将铁心压紧组合成整体而成,全过程有着严格的工艺要求。

  

  (定子冲片铁芯示意图 来源:电力基础学习公众号)

  全景云调研随后走访的东方电机定子冲片数字化车间,则让投资者领略了智能制造的高效与精准。东方电气大型清洁高效发电设备的共性核心零件定子冲片就是在这里制造出来的。

  

  (定子冲片数字化车间 图/全景云调研)

  在厂房里的全自动生产线旁,没有工人值守。只见机械手将一片片定子冲片的母版从料堆精准搬运到传送带上,再运送到冲机处,随着巨大的冲机快速落下,只听得“哐”地一声闷响,一片定子冲片即告出炉。传送带随即将其转运至另一头,等在那里的机械手再将其从传送带上取下,精准叠在成品堆上,整个过程全自动化,按预设程序运行,完全不用人工参与。

  “冲机每冲一下的压力是多少?”全景云调研向陪同参观的该数字车间负责人高波提问。

  “每一下实际的压力是300吨左右,冲机最大压力可达800吨。”他答道,“按照一个班次8小时计算,一天的冲量可以达到7吨左右。比以前手工作业状态下的产出量翻了一番。”

  

  (东方电机定子冲片全自动生产线 全景云调研)

  据高波介绍,该生产线实现了图像识别质量控制、刷漆温度控制、粉尘控制、有毒气体实时分析和设备状态实时显示,确保了生产过程的高效和安全。

  冲片机轰鸣的车间里,负责搬运物料的重型AGV小黄车在期间缓缓穿行,“滴……滴……”的让路提示音,让人觉得在这个全自动化的车间里,人确实成为了多余的一部分。  

  氢能燃料电池前景广 成本关卡待攻克

  2019年,我国首次将氢能源写入政府工作报告,根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中的指引,到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%,燃料电池车产量达到 520万辆/年。

  东方电气近年来涉足氢能燃料电池,在成都投入氢能源电池公交车进行商业运营,备受投资者关注。在全景投资者互动平台上,经常可以看到投资者对东方电气氢能源电池业务的提问和关注。带着投资者的嘱托,全景云调研也来到了位于东方电气成都总部的氢能燃料电池示范生产线实地探营。

  据了解,东方电气自2010年起启动氢燃料电池技术开发,2012年基本形成氢燃料电池产品系列,并于2015年开始氢燃料电池产品的市场推广与应用,2017年实现氢燃料电池核心部件、发电模块、系统集成及电堆技术的产业化。2018年6月,采用东方电气自主知识产权氢燃料电池发动机的首批10台氢燃料电池公交车实现在成都市的商业运行,使四川成为继广东后全国第二个开展氢燃料电池公交商业运行的省份。

  川财证券孙灿在全景云调研节目中表示,相对于锂电池,氢能燃料电池能源转换效率更高、可以真正意义实现零排放,是解决当今交通和环境问题的最佳方案之一。而且,按照国际权威机构预测,2050年的全球氢能消费需求将是目前的10倍,占终端能源消费比重将达到15%,氢燃料电池的市场前景非常广阔。

  

(氢能燃料电池示范生产线展示大厅产品模型 全景云调研)

  2019年,由东方氢能投资建设的氢燃料电池自动化生产线一期工程投产,该条示范生产线具备年产1000套氢燃料电池发动机的批量化生产能力,产品从核心部件膜电极、电堆到发动机系统均由东方电气自主开发研制,标志着东方电气氢燃料电池这一自主知识产权成果应用再上新台阶。

  “氢燃料电池,这是东方电气的一大特色!我们具有完全自主知识产权,主要部件包括膜电极、双极板、电堆和其他诸如氢气泵、空气泵、加湿器等辅助部件,膜电极是其中使用最多的部件。”该生产线的生产主管周杨向全景云调研介绍。

  

(东方电气氢能燃料电池示范生产线 图/全景云调研)

  “膜电极的主要作用是通过贵金属铂令氢失去一个电子使得其质子可以穿过薄膜与氧发生反应产生电能。”周杨进一步解释道。

  “膜电极的浆料配方是每个做膜电极的企业最核心的机密”,周杨强调,“此外浆料的喷涂工艺很重要,要保证喷涂均匀,我们采用的是超声波喷涂工艺。目前,我们这条生产线膜电极的一次交检合格率达到100%,膜电极动态车况寿命超过10000小时,稳态寿命超过9000小时。”

  

(东方电气氢能源电池车模组展示 图/全景云调研)

  “那氢燃料发动机里氢气与氧气能完全反应吗?会不会排放出少量有害气体呢?”全景云调研代表投资者进一步追问。

  “氢能发动机能量转换效率很高,氢气和氧气反应后只生成水,因反应不充分而排放出的有害气体极少,几乎可以忽略不计。目前成都市装载东方电气自主知识产权氢能发动机和控制系统的公交车已经突破100辆,示范车辆已累计行驶近400万公里,单车最高里程近12万公里,氢耗等关键指标都是国内领先的。”周杨说。

  值得一提的是,2020年9月15日,东方电气、三峡资本、中天碧水、东方氢能基金、东方氢能共同签署东方氢能增资扩股协议。据公司介绍,本次东方氢能增资扩股旨在有效发挥各家优势,整合多方资源,着力解决氢能及燃料电池产业环节核心零部件等“卡脖子”问题。

  

(东方氢能增资扩股 图/东方电气微信公众号)

  对于氢能燃料电池产业目前面临的瓶颈,孙灿认为,目前制约行业发展的因素主要有与柴油和汽油车比无明显经济优势、关键部件大多依赖进口、发动机存在效率衰减等。此外,产业链配套也不充分,比如国内行业上游提氢仍然主要依赖化石原料,纯度不足,这会直接影响氢能发动机性能和寿命。

  孙灿指出,只有完善产业链诸如制氢、储运等关键环节的配套,同时加大技术突破,降低关键部件对外依赖和制造成本,氢能燃料车才可能大规模推广应用。