科技强国在路上丨春节期间这些技术创新项目不停步
系列报道《科技强国在路上》，今天关注面向国家重大需求的技术创新项目。
从穿山越岭到过江跨海，盾构机是国民经济和建设的重大装备。作为盾构机“心脏”的主轴承，其研发是实现盾构机自主可控制造的zui后一公里。2022年底，我国科研团队研制出设计寿命超过10公里、具有国际水平的“超大型盾构机用直径8米主轴承”。面向国家重大需求，现在，科研团队又有了新目标。
春节期间，在位于沈阳的中科院金属研究所，科研团队正在进行新一轮研发。他们瞄准的是设计寿命超过15公里的盾构机主轴承，以满足未来长隧道、大隧道盾构机制造的需求。
中科院金属研究所研究员 胡小强：15公里，意味着它可能要作业15000小时以上，时间长，对应着主轴承的材料，它的强度、韧性、耐磨性，都要更好。
中科院金属研究所研究员 李殿中：我们的轴承设计需要承担更大的载荷，更可靠。
在刚刚过去的2022年年底，科研团队成功研制出设计寿命为10公里、直径为8米、重达41吨的超大型盾构机主轴承，可承载的zui大轴向力为10的5次方千牛，约等于2500头成年亚洲象的重力，成为目前我国制造的首套直径zui大、单重zui大的盾构机用主轴承。
中科院院士 李依依：我们是一级滚子精度的轴承，全是我们自主设计、自主制造，而且是高质量的从材料一直到zui终轴承的产品。
让盾构机主轴承的设计寿命从10公里提升至15公里，是新升级也是新挑战，所带来的研发难度，呈指数级增加。
科研团队介绍，主轴承是盾构机的核心部件，类似于手掌的掌心，四周承载着刀盘，带动刀盘旋转实现隧道挖掘。为了实现超大直径盾构机主轴承自主可控，科研团队十多年前开启了材料制备研发，将目光瞄准了稀土钢。然而，稀土钢在工业化生产时遭遇的难题，长期悬而未决，导致我国稀土钢的研发由热变冷。正是在这个几近冷藏的领域，研究团队经过大量的实验、计算，zui终开发出“低氧稀土钢”关键技术。
中科院金属研究所研究员 李殿中：我们发现稀土中含氧量高，导致性能波动。后来我们把稀土中氧含量降下来之后，把低氧的稀土加到低氧的钢里，性能就特别稳定。我们开发了低氧稀土钢，把稀土加到轴承钢里之后，它的拉压疲劳寿命提高了40多倍。
低氧稀土钢研发成功，让盾构机主轴承研发驶入快车道。面向国家重大需求，2020年中科院启动“高端轴承自主可控制造”战略性科技先导专项，科研团队联合40多家科研院所和优势企业，协同攻关。仅用3年，就突破了一级大型滚子精密加工技术。至此，从主轴承材料制备，到成套设计精密加工，均已完成，直径3米级到8米级的盾构机主轴承也相继诞生。直径3米的主轴承，已在沈阳地铁工程中成功应用。
中科院金属研究所研究员 李殿中：我们主轴承研制成功之后，就意味着我们国产化已经打通了zui后一公里。提供一个良好的范式，就是从材料出发，贯通技术链，从而实现我们高端基础零部件的自主可控。
春节期间，我国制造的首套直径zui大、单重zui大的8米盾构机用主轴承，正在中交集团的苏州常熟厂房内紧锣密鼓进行装机测试，后续将装到16米级盾构机上，在过湖隧道工程中率先应用。盾构机用超大直径主轴承的研制成功，为我国高端基础零部件攻关提供了良好的范式。聚焦高端装备、能源电力、船舶制造等领域的国家重大需求，科研团队解决了多项国家重大装备的核心部件需求，正在完成从“会做什么”到“要做什么”的华丽转身。
中科院金属研究所研究员 李殿中：我们研究的水轮机组的转轮，还有大的主轴，在白鹤滩水电站中应用。我们研究的15.6米的核电支撑环，在核电的重大装备中成功应用。
在中科院大连化物所，科研团队正在研发新一代“电力银行”，能够在电力系统中起到“削峰填谷”的作用，助力我国能源绿色低碳发展新格局建立。
春节期间，在中科院大连化物所，科研团队正在开展全钒液流电池60千瓦电堆研发。相较于上一代已经在电站投入使用的30千瓦电堆，同样体积，其功率可提高整整一倍。
中科院大连化物所研究员 李先锋：我们正在做液流电池技术的更新换代，这样能进一步降低成本，同时提高系统的集成度、减少占地面积等，所以对整个未来电池产业化应该是一个巨大的推动作用。
李先锋所说的“电堆”“电池”，完整名称是“全钒液流电池”，在电站中主要储存可再生能源所发的电量。这个“电力银行”长宽分别为134米、119米，在这个空间内安装700多个储罐，储罐中充满不同价态的钒离子溶液。充电时，可将电能转化成化学能；逆向转化，它就能放电来缓解电力需求缺口。采用该项技术的百兆瓦级大连液流电池储能调峰电站，2022年5月实现并网，10月底实现满负荷充放电，zui多可存放40万度电，以我国居民每日人均用电2度计算，该电站可供20万居民一天的用电需求。
中科院大连化物所研究员 李先锋：是我们全球首套，也是国家能源局当时批复diyi个国家级大型的化学储能电站示范项目。这个电站zui核心的功能之一，就是可以接纳更大比例的可再生能源发电的入网，具有很重要的战略意义。
专家介绍，目前全球能源发展，正处于从高碳到低碳再到无碳的关键过渡期，实现“碳达峰、碳中和”的目标，尤其需要全新的发电方式。在我国，以风能、太阳能为代表的新能源储量丰富，然而有风则动无风则止的风能，以及昼夜交替发电随起随停的太阳能，其发电具有间歇性和波动性，大规模接入电网后，要求电力系统必须具备特定的响应能力，才能保证可再生能源供电甚至整个电网的安全性。处在从新能源发电到用电的中间关键环节，以全钒液流电池为代表的储能技术，成为目前世界上zui成熟、zui流行的一个选择。
中科院大连化物所研究员 李先锋：我们对整个国家能源结构的转型，到2030年、2060年将有大比例清洁能源发电，特别是可再生发电并网，对于解决这些不连续、不稳定的电力入网，具有至关重要的作用，也是我们国家非常重大的战略需求。
《“十四五”能源领域科技创新规划》首次由国家能源局与科技部共同编制，科技创新在国家能源格局实现根本性改变中，被提到全新的高度。围绕能源清洁高效利用，中科院洁净能源先导专项集合了20多家能源领域研究所及大学优势研究力量，已突破55项关键技术，29套工业示范装置开工建设，为构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系、实现“双碳”目标提供了强有力的技术支撑。
中科院大连化物所研究员 李先锋：在新的一年里，希望我们团队继续深耕储能技术领域，实现技术的更新换代和持续进步，持续推动百兆瓦级的项目的商业化示范和应用推广，推动液流电池的大规模产业化和可持续发展。
中科院金属研究所研究员 李殿中：在新的一年里，作为科技工作者，我们继续弘扬科学家精神，迎难而上，从材料源头出发，贯通技术链，推动我国高端基础零部件自主可控制造，助力我国科技自立自强。
（总台央视记者 张立雷 辽宁台）
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