电力工业发展趋势及用钢需求分析

根据国际能源署（IEA）的预测，2007-2030年全球电力需求将增长76%，需要增加发电装机容量4800GW；面对当前资源难以保障，污染不堪重负，温室气体排放刚性增长的情况，人们要求电力产业在扩大产能的同时，提高能源利用效率，减少废弃物排放。现代火力及核能发电设备逐渐向超高温、超高压方向发展，对金属材料性能也提出了更新、更高的要求。

1、全球电力项目及发展趋势

大部分电力需求来自新兴市场。印度的投资项目多得惊人，其中包括一些特大规模的燃煤机组，装机容量在3200-4000MW之间。欧洲各国电力投资增长幅度约5%-10%。英国、德国和荷兰都已制定了雄心勃勃的有关电站建设的投资计划，其中最受欢迎的机型是高效能联合循环燃气机组（CCGT）。北美洲相对平静，南美洲电力投资增长很快，其中巴西正在着手制订一项投资计划，拟在2012年前将燃油发电厂的燃料全部置换成天然气。此外中东地区的电力发展也很迅速，其中沙特阿拉伯、约旦和科威特都在计划建设一些大型发电厂。在全球新建电厂中，煤炭仍然是首选原料，其次是天然气，但核能发展也很快。现在有一些国家正研究或计划建设它们的第一座核电站，其中包括埃及、约旦、波兰、沙特阿拉伯、泰国、土耳其、阿拉伯联合酋长国（拟建4座核反应堆，总的装机容量在5600-6000MW之间）。在美国，无论是前任还是现任总统都一直是核电项目的有力支持者，积极提供财政补贴、贷款和减免税。2010年上半年，奥巴马批准了向佐治亚洲2座核反应堆建设项目提供83亿美元贷款的决议。英国最近通过了一项决议，由法国电力公司（EDF）、英国意昂集团（E.ON）和德国莱茵集团（RWE）共同建设1座新一代核反应堆。另外，为了在安格尔和格洛斯特郡建设核反应堆，E.ON与RWE成立一家合资企业一Horizon核电公司。在一些引人注目的开发成果中，需要提的是巴威公司（Babcock&Wilcox）研发的小型（125MW）、模块化、非能动型“MPower”反应堆，这种反应堆设计特点是采用了地下反应堆芯，并且与蒸汽发生器完全一体化。

2、超临界和超超临界发电技术

为了保护环境和应对气候变化，在要求发电厂扩大产能以满足不断增长电力需求的同时，应注重提高能源利用率，削减能源消费总量及温室气体排放量。

电厂向高效电厂演变的过程可分为三个阶段：亚临界技术、超临界技术和超超临界技术，包括先进的超超临界技术（见表1）。这种分类基于水的状态，当水的状态参数达到临界点时，即温度705°F（374℃）、压力3212psi（22.15MPa）开始沸腾。在临界点以下，水不产生沸腾，但随着温度的升高，密度会逐渐降低。随着热效率的提高，要求机组能在更高的温度和压力下运行。超I临界技术已经在在建的燃煤电厂广泛应用。另一方面核电厂仅取得30%-32%的热效率，人们希望第四代反应堆能在与当前燃煤机组类似的温度及压力状态下运行。

3、电力发展与金属材料

3.1  当前发电机组用不锈钢市场

对火电和核电的高度需求，正在转化为不锈钢供应商的订购单和利润，特别是对核反应堆中蒸汽发生器管的需求尤其强烈。ValinoxNucleaire公司将向西屋电气公司AP1000核反应堆供应核电专用管5年，随之扩大了它在法国蒙巴尔的产能，这是它三年内的第三次扩能。核能复兴的另外一个受益者便是瑞典山特维克公司，它向中国的两个公司哈尔滨电力集团和上海电力集团供应核电蒸汽发生管。2009年7月，山特维克同意向阿海珐集团供应用它的专利钢种sanicro69和sanicro30（温度不超过550℃）制造的蒸汽发生管，并因此扩大了它在瑞典和捷克的工厂规模。在日本，住友金属工业株式会社也正在扩大它在尼崎工厂的钢管生产能力，以满足市场对压水反应堆（PWK）核电设备的需求；

3.2  超超临界机组用金属材料

现在及未来发电设备的设计完全取决于金属材料性能的改进程度，机组设备所用的材料要求耐高温、耐高压。过去超临界机组不能在超超临界状态下运行，就是由于设备材料不过关。但最近随着一系列铬—镍超级合金的研发，使超超临界发电成为可能。这方面的研究起初在欧洲发起（欧洲先进超超临界火电计划），最终在日本和美国得到了极大推进。

这里我们介绍几种可用于超超临界蒸汽发电机组的合金材料：汽轮机转子可以选用日本三菱公司研发的LTES700R，这是一种具有低热膨胀性能的镍基合金；汽轮机罩壳可以选用新型美国橡树岭实验室和卡特彼勒公司联合研发的新型CF8C铸造不锈钢，这种材料抗蠕变断裂温度达到700-850℃；水冷壁管可以选用新日铁研发的Save12；超超临界蒸汽发电机可以选用以下材料Alloy617、CCA617、Haynes230、Alloy740（为运行温度超过700℃、最高温度达到760℃的机组开发的专用合金）、Nimonic263和HR6W（日本住友金属生产的铁镍基合金），上述部分材料通过了蠕变强度和耐热疲劳实验。

3.3  新材料研发

太钢不锈钢公司新近开发了一种耐热合金TD305B，这种材料可应用于燃煤发电锅炉过热器、预热器，燃气轮机高温尾气利用装置，化工燃烧炉、焚烧炉燃气预热器。此钢种类似于310S，但在高温环境下，它抗氧化性能更强。

日本东京大学正在研发一种新型的PNCl520奥氏体不锈钢，它将用于先进的超I临界水冷反应堆燃料包壳。这种材料最初由日本原子能机构研发，可用于钠冷快中子增殖反应堆的燃料包壳。

4、结语

现代火力及核能发电设备逐渐向超高温、超高压运行参数发展，为拥有强大研发机构的不锈钢企业提供了商机。就下一代镍基超级合金钢而言，还有许多研究工作要做，以解决这些材料在发电设备制造过程中的焊接和工艺问题。一旦解决，发电行业将会快速迈入超超临界甚至是先进的超超临界领域。