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

01

重器再添“中國心”

8米直徑盾構(gòu)機主軸承將應(yīng)用

從穿山越嶺到過江跨海，盾構(gòu)機是國民經(jīng)濟和建設(shè)的重大裝備。作為盾構(gòu)機“心臟”的主軸承，其研發(fā)是實現(xiàn)盾構(gòu)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(shè)計壽命超過10公里、具有國際水平的“超大型盾構(gòu)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(biāo)。

03:56

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(zhǔn)的是設(shè)計壽命超過15公里的盾構(gòu)機主軸承，以滿足未來長隧道、大隧道盾構(gòu)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(yīng)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(shè)計需要承擔(dān)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(shè)計壽命為10公里、直徑為8米、重達41噸的超大型盾構(gòu)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(gòu)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(shè)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(gòu)機主軸承的設(shè)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(gòu)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(gòu)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(zhǔn)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(dǎo)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(lǐng)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(guān)鍵技術(shù)。

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(dǎo)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(gòu)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(dǎo)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(guān)。僅用3年，就突破了一級大型滾子精密加工技術(shù)。至此，從主軸承材料制備，到成套設(shè)計精密加工，均已完成，直徑3米級到8米級的盾構(gòu)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(yīng)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(shù)鏈，從而實現(xiàn)我們高端基礎(chǔ)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(gòu)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(gòu)機上，在過湖隧道工程中率先應(yīng)用。盾構(gòu)機用超大直徑主軸承的研制成功，為我國高端基礎(chǔ)零部件攻關(guān)提供了良好的范式。聚焦高端裝備、能源電力、船舶制造等領(lǐng)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(yīng)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(yīng)用。

02

致力國家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

大規(guī)模儲能技術(shù)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。

03:45

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(shù)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(yīng)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(xué)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(shù)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?dāng)時批復(fù)第一個國家級大型的化學(xué)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(guān)鍵過渡期，實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的目標(biāo)，尤其需要全新的發(fā)電方式。在我國，以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源儲量豐富，然而有風(fēng)則動無風(fēng)則止的風(fēng)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(yīng)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(guān)鍵環(huán)節(jié)，以全釩液流電池為代表的儲能技術(shù)，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(jié)構(gòu)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(guān)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(lǐng)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(dǎo)專項集合了20多家能源領(lǐng)域研究所及大學(xué)優(yōu)勢研究力量，已突破55項關(guān)鍵技術(shù)，29套工業(yè)示范裝置開工建設(shè)，為構(gòu)建我國清潔低碳、安全高效的能源體系、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了強有力的技術(shù)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(shù)領(lǐng)域，實現(xiàn)技術(shù)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(yīng)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(xué)家精神，迎難而上，從材料源頭出發(fā)，貫通技術(shù)鏈，推動我國高端基礎(chǔ)零部件自主可控制造，助力我國科技自立自強。

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