系列報道《科技強國在路上》，今天關注面向國家重大需求的技術創(chuàng)新項目。

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01

重器再添“中國心”

8米直徑盾構機主軸承將應用

從穿山越嶺到過江跨海，盾構機是國民經(jīng)濟和建設的重大裝備。作為盾構機“心臟”的主軸承，其研發(fā)是實現(xiàn)盾構機自主可控制造的最后一公里。2022年底，我國科研團隊研制出設計壽命超過10公里、具有國際水平的“超大型盾構機用直徑8米主軸承”。面向國家重大需求，現(xiàn)在，科研團隊又有了新目標。

春節(jié)期間，在位于沈陽的中科院金屬研究所，科研團隊正在進行新一輪研發(fā)。他們瞄準的是設計壽命超過15公里的盾構機主軸承，以滿足未來長隧道、大隧道盾構機制造的需求。

中科院金屬研究所研究員 胡小強：15公里，意味著它可能要作業(yè)15000小時以上，時間長，對應著主軸承的材料，它的強度、韌性、耐磨性，都要更好。

中科院金屬研究所研究員 李殿中：我們的軸承設計需要承擔更大的載荷，更可靠。

在剛剛過去的2022年年底，科研團隊成功研制出設計壽命為10公里、直徑為8米、重達41噸的超大型盾構機主軸承，可承載的最大軸向力為10的5次方千牛，約等于2500頭成年亞洲象的重力，成為目前我國制造的首套直徑最大、單重最大的盾構機用主軸承。

中科院院士 李依依：我們是一級滾子精度的軸承，全是我們自主設計、自主制造，而且是高質(zhì)量的從材料一直到最終軸承的產(chǎn)品。

讓盾構機主軸承的設計壽命從10公里提升至15公里，是新升級也是新挑戰(zhàn)，所帶來的研發(fā)難度，呈指數(shù)級增加。

科研團隊介紹，主軸承是盾構機的核心部件，類似于手掌的掌心，四周承載著刀盤，帶動刀盤旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)隧道挖掘。為了實現(xiàn)超大直徑盾構機主軸承自主可控，科研團隊十多年前開啟了材料制備研發(fā)，將目光瞄準了稀土鋼。然而，稀土鋼在工業(yè)化生產(chǎn)時遭遇的難題，長期懸而未決，導致我國稀土鋼的研發(fā)由熱變冷。正是在這個幾近冷藏的領域，研究團隊經(jīng)過大量的實驗、計算，最終開發(fā)出“低氧稀土鋼”關鍵技術。

中科院金屬研究所研究員 李殿中：我們發(fā)現(xiàn)稀土中含氧量高，導致性能波動。后來我們把稀土中氧含量降下來之后，把低氧的稀土加到低氧的鋼里，性能就特別穩(wěn)定。我們開發(fā)了低氧稀土鋼，把稀土加到軸承鋼里之后，它的拉壓疲勞壽命提高了40多倍。

低氧稀土鋼研發(fā)成功，讓盾構機主軸承研發(fā)駛?cè)肟燔嚨?。面向國家重大需求?020年中科院啟動“高端軸承自主可控制造”戰(zhàn)略性科技先導專項，科研團隊聯(lián)合40多家科研院所和優(yōu)勢企業(yè)，協(xié)同攻關。僅用3年，就突破了一級大型滾子精密加工技術。至此，從主軸承材料制備，到成套設計精密加工，均已完成，直徑3米級到8米級的盾構機主軸承也相繼誕生。直徑3米的主軸承，已在沈陽地鐵工程中成功應用。

中科院金屬研究所研究員 李殿中：我們主軸承研制成功之后，就意味著我們國產(chǎn)化已經(jīng)打通了最后一公里。提供一個良好的范式，就是從材料出發(fā)，貫通技術鏈，從而實現(xiàn)我們高端基礎零部件的自主可控。

春節(jié)期間，我國制造的首套直徑最大、單重最大的8米盾構機用主軸承，正在中交集團的蘇州常熟廠房內(nèi)緊鑼密鼓進行裝機測試，后續(xù)將裝到16米級盾構機上，在過湖隧道工程中率先應用。盾構機用超大直徑主軸承的研制成功，為我國高端基礎零部件攻關提供了良好的范式。聚焦高端裝備、能源電力、船舶制造等領域的國家重大需求，科研團隊解決了多項國家重大裝備的核心部件需求，正在完成從“會做什么”到“要做什么”的華麗轉(zhuǎn)身。

中科院金屬研究所研究員 李殿中：我們研究的水輪機組的轉(zhuǎn)輪，還有大的主軸，在白鶴灘水電站中應用。我們研究的15.6米的核電支撐環(huán)，在核電的重大裝備中成功應用。

02

致力國家能源結構轉(zhuǎn)型

大規(guī)模儲能技術研發(fā)提速

在中科院大連化物所，科研團隊正在研發(fā)新一代“電力銀行”，能夠在電力系統(tǒng)中起到“削峰填谷”的作用，助力我國能源綠色低碳發(fā)展新格局建立。

春節(jié)期間，在中科院大連化物所，科研團隊正在開展全釩液流電池60千瓦電堆研發(fā)。相較于上一代已經(jīng)在電站投入使用的30千瓦電堆，同樣體積，其功率可提高整整一倍。

中科院大連化物所研究員 李先鋒：我們正在做液流電池技術的更新?lián)Q代，這樣能進一步降低成本，同時提高系統(tǒng)的集成度、減少占地面積等，所以對整個未來電池產(chǎn)業(yè)化應該是一個巨大的推動作用。

李先鋒所說的“電堆”“電池”，完整名稱是“全釩液流電池”，在電站中主要儲存可再生能源所發(fā)的電量。這個“電力銀行”長寬分別為134米、119米，在這個空間內(nèi)安裝700多個儲罐，儲罐中充滿不同價態(tài)的釩離子溶液。充電時，可將電能轉(zhuǎn)化成化學能；逆向轉(zhuǎn)化，它就能放電來緩解電力需求缺口。采用該項技術的百兆瓦級大連液流電池儲能調(diào)峰電站，2022年5月實現(xiàn)并網(wǎng)，10月底實現(xiàn)滿負荷充放電，最多可存放40萬度電，以我國居民每日人均用電2度計算，該電站可供20萬居民一天的用電需求。

中科院大連化物所研究員 李先鋒：是我們?nèi)蚴滋?，也是國家能源局當時批復第一個國家級大型的化學儲能電站示范項目。這個電站最核心的功能之一，就是可以接納更大比例的可再生能源發(fā)電的入網(wǎng)，具有很重要的戰(zhàn)略意義。

專家介紹，目前全球能源發(fā)展，正處于從高碳到低碳再到無碳的關鍵過渡期，實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的目標，尤其需要全新的發(fā)電方式。在我國，以風能、太陽能為代表的新能源儲量豐富，然而有風則動無風則止的風能，以及晝夜交替發(fā)電隨起隨停的太陽能，其發(fā)電具有間歇性和波動性，大規(guī)模接入電網(wǎng)后，要求電力系統(tǒng)必須具備特定的響應能力，才能保證可再生能源供電甚至整個電網(wǎng)的安全性。處在從新能源發(fā)電到用電的中間關鍵環(huán)節(jié)，以全釩液流電池為代表的儲能技術，成為目前世界上最成熟、最流行的一個選擇。

中科院大連化物所研究員 李先鋒：我們對整個國家能源結構的轉(zhuǎn)型，到2030年、2060年將有大比例清潔能源發(fā)電，特別是可再生發(fā)電并網(wǎng)，對于解決這些不連續(xù)、不穩(wěn)定的電力入網(wǎng)，具有至關重要的作用，也是我們國家非常重大的戰(zhàn)略需求。

《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》首次由國家能源局與科技部共同編制，科技創(chuàng)新在國家能源格局實現(xiàn)根本性改變中，被提到全新的高度。圍繞能源清潔高效利用，中科院潔凈能源先導專項集合了20多家能源領域研究所及大學優(yōu)勢研究力量，已突破55項關鍵技術，29套工業(yè)示范裝置開工建設，為構建我國清潔低碳、安全高效的能源體系、實現(xiàn)“雙碳”目標提供了強有力的技術支撐。

03

邁上新征程 聽聽他們的新愿望

中科院大連化物所研究員 李先鋒：在新的一年里，希望我們團隊繼續(xù)深耕儲能技術領域，實現(xiàn)技術的更新?lián)Q代和持續(xù)進步，持續(xù)推動百兆瓦級的項目的商業(yè)化示范和應用推廣，推動液流電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展。

中科院金屬研究所研究員 李殿中：在新的一年里，作為科技工作者，我們繼續(xù)弘揚科學家精神，迎難而上，從材料源頭出發(fā)，貫通技術鏈，推動我國高端基礎零部件自主可控制造，助力我國科技自立自強。

（總臺央視記者 張立雷 遼寧臺）

關鍵詞： 金屬研究所 設計壽命 可再生能源