某某发电机公司
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燃气轮机的工作原理基于布雷顿循环，包括压缩、燃烧和膨胀 3 个主要过程。首先，空气通过压气机被压缩后进入燃烧室，与燃料混合并燃烧，产生高温高压的燃气；然后，高温高压的燃气通过透平膨胀做功，带动透平旋转，驱动发电机或其他机械设备运转，将热能转换为机械能。与传统的蒸汽轮机和内燃机相比，燃气轮机展现出诸多优势，包括启动快速、效率高、污染排放较低及维护便捷。这些特性使燃气轮机在航空、发电和船舶推进、工业发电及油气管道增压输送等多个领域得到广泛应用。
燃气轮机性能优越，广泛应用于发电、工业驱动、舰船动力等领域。相比柴油机和蒸汽轮机，燃气轮机具有体积小，结构紧凑；声低，运动平稳，振动小；单机功率大，功率重量比大，起动加速性好；润滑油消耗低，保养量小，管理人员少；可靠性高，可利用率高等特点和优势，广泛应用于发电、石油化工、天然气输送及航空、舰船、铁路运输等领域。具体从下游应用情况来看，根据观研天下，目前发电为燃气轮机主要应用领域，下游应用达到了 32%；其次是油气领域，占比为 29%，舰船等其他领域占比39%。
压气机通过吸入外界空气并经过逐级加速和增压，最终产生高压气体。压气机主要分为三种，分别是轴流式压气机、离心式压气机和活塞式压气机。在大中型燃气轮机中常用的是轴流式压气机，其特点为级压比小但级数多、流量大、效率高。轴流式压气机会有许多叶片，形状类似于螺旋桨，分为“动叶”和“静叶”两种，其中“动叶”在旋转的过程中将气流向后推，此时气流的温度和压力都会升高，“静叶”的主要作用是将因“动叶”的作用而产生旋转的气流导引回轴内，使之以正确的角度进入下一组转子，通常一组“动叶”和一组“静叶”被称为一级，每级通常的级压比在 1.15-1.35 之间，即每级可增压 1.15-1.35。
燃烧室最基本功能是使燃料与压气机送来的一部分高压气体在燃烧室进行有效的燃烧，另一部分压缩气体与燃烧后形成的燃烧产物均匀地掺混，将其温度降低到燃气透平进口的初温水平，以便送到燃气透平中做功，同时燃烧室能控制 NOx 的生成，使燃气透平的排气符合环保标准的要求。燃烧室按照气流流动可分为逆流式和顺流式，按总体结构划分则可分为圆管型、分管型、环型和环管型。燃烧室主要由燃料喷嘴、燃烧端盖组件、燃料喷嘴外缸、火焰筒、过渡段、导流衬套、后缸、联焰管等组件构成。
燃气轮机的分类方式多样。按照使用对象可以分为航空发动机、舰船用燃气轮机、工业用燃气轮机。按照功率范围可以分成重型燃气轮机、中型燃气轮机和轻型燃气轮机。其中重型燃气轮机主要用作于城市电网，中型燃气轮机主要用作于工业发电、船舶发电、管道增压、坦克机车等，轻型燃气轮机主要用作于分布式发电。此外，重型燃气轮机可以按燃烧温度分级，E 级、F 级、G/H、J 级燃气轮机的透平转子进口温度分别在 1200℃、1300℃、1400℃、1600℃。
亚太地区主导燃气轮机市场，全球制造商竞逐高潜力区域。亚太地区已成为全球燃气轮机市场的核心增长引擎，展现出强劲的需求潜力和扩张态势。亚太地区的能源结构调整和环保政策推动了对天然气发电的依赖，尤其是在中国、印度等新兴经济体，对低碳高效能源的需求持续攀升。其次，人口增长与工业化进程加剧了对电力可靠性和可持续性的需求，这为燃气轮机市场创造了巨大的发展空间。此外，亚太国家政府大力支持天然气基础设施的建设，为燃气轮机的部署扫清了障碍。从竞争格局来看，GEVernova 凭借强大的技术领先性和品牌认知度占据主导地位，但本土制造商如东方电气正迅速崛起，抢占重要的区域性市场份额。相比之下，非洲和大洋洲市场虽体量较小，但其未来的高增长潜力使其成为国际厂商新的战略布局重点。燃气轮机市场竞争正在从技术驱动转向综合战略，包括成本优势、区域适应性以及与清洁能源的融合发展能力，这将决定厂商在未来的市场地位。
全球燃气轮机市场展现出巨大的发展潜力，不同区域的多元需求进一步拓宽了市场空间。中国市场以庞大的需求体量和快速增长的装机容量，成为燃气轮机制造商的核心竞争地，GEVernova、西门子等国际巨头通过与本地企业合作，强化了在华布局。中东地区在能源转型推动下需求强劲，沙特和伊朗等国的大规模投资为燃气轮机市场注入活力，同时强化了本地制造能力。美国等成熟市场在传统发电领域增量有限，但更注重高效、环保技术的升级，并且具有 AIDC 这一新增量。整体来看，燃气轮机市场正迈向区域差异化和技术升级并行的发展路径，广阔的市场空间为全球制造商提供了持续扩张的契机，同时也将加速市场竞争格局的演变。
2001-2007 年，我国三次“打捆招标”，以市场换技术，国内三大电气集团东方电气、上海电气和哈尔滨电气分别与三菱、西门子和 GE 合作，引进 F 级重型燃气轮机。根据 2021 年《中国战略性新兴产业研究与发展·燃气轮机》，经过多年发展，三家公司的引进机组国产化率不断提高，东方电气国产化率已达90%。然而国外企业向我国转让的燃机技术主要局限在冷端部件制造和整机装配等低附加值部分，对于燃气轮机设计、热端部件制造、控制系统等核心技术则进行严密封锁，国内燃机核心技术突破势在必行。
为确保核心技术自主可控，东方电气自 2009 年开始进行 50MW 燃气轮机的自主研制。其后，我国政策不断支持“两机”（航空发动机、燃气轮机）产业发展。2012 年设立两机专项，2015 年“两机”项目首次被写入政府工作报告，同年国务院提出《中国制造 2025》，明确提出组织实施航空发动机及燃气轮机等一批重大工程。在 2016 年公布的“十三五”规划纲要中，“两机”项目被列入“科技创新 2030——重大项目”。
经过 10 余年核心技术突破，2022 年，东方电气完成全了国产化的 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机正式发运，标志国产重型燃机自主研制迈出关键一步。2023 年 3 月，我国首台全国产化 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机商业示范机组正式投入商业运行。2024 年 3 月，公司自主研制的 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机，在四川德阳经开区分布式能源站通过“72+24”小时运行考核，正式投入商运，标志全国产化 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机商业应用迈向成熟化。2024 年 10 月，我国自主研制的 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机在上海临港首次点火成功，是我国重型燃气轮机研发的又一重要里程碑成果。
燃气轮机进出口差值缩小，国产化成效逐步显现。我国现已具备中小型燃气轮机自主生产能力，并实现部分产品出口。随着国内燃气轮机生产技术的提升，中国燃气轮机的出口规模逐渐扩大。受益于全球对清洁能源需求增长，特别是在一些新兴市场和发展中国家，燃气轮机需求持续增长，2022 年我国燃气轮机实现产品出口量爆发式增长。2023 年以来，我国燃气轮机出口量趋于稳定，出口范围持续扩大。1-10M24，我国燃气轮机进口金额降至 3.25 亿美元，出口金额提升至 0.92 亿美元，进出口差值缩小，国产化成效逐步显现。
我国燃气轮机供应链有望受益于天然气供应量上升所带来的燃气发电需求增长。据中国石油报公众号2024 年 7 月推送，我国天然气产量已连续 4 年超过 2000 亿立方米，连续 7 年保持百亿立方米级别的增产态势，并预计到 2025 年将迎来天然气大发展时代，成为继美国、俄罗斯、伊朗之后，跻身年产量2500 亿立方米级的天然气大国。天然气供应量的增长将从需求端推动我国燃气轮机产业链发展。同时，我国燃气轮机的国产化趋势将从供给端支撑燃气发电需求的增长。
燃气轮机作为“动力心脏”事关能源安全，政策支持力度持续加大。为了增强我国在航空发动机和燃气轮机领域的自主创新能力，党中央、国务院于 2012 年设立了“航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项（简称“两机专项”），并成立了专家委员会进行深入论证，为我国燃气轮机的发展奠定了基础。2014 年7 月，“两机专项”的实施方案正式提交至国务院，这一专项的核心目标是通过自主研发重点型号，构建起我国“两机”动力行业的自主创新能力体系，致力于将我国的航空发动机和燃气轮机产业塑造为具有国际竞争力的战略性高技术产业，从而满足我国航空、能源和电力工业对高性能动力装备的迫切需求。随着“两机专项”的深入实施，在 2015 年，燃气轮机的发展被纳入了《中国制造 2025》的国家战略规划之中。
系列利好政策助推我国燃气轮机行业的发展。根据《重型燃气轮机产业链创新链竞争力分析》（胡文龙，2021 年），2014 年，中国联合重型燃气轮机技术有限公司（简称“中国重燃”）在上海揭牌，作为国家级重型燃气轮机专项的科研先锋，该公司肩负起研制重型燃气轮机和工程验证机等重任；2017 年，为加速燃气轮机产业的创新步伐与核心技术的国产化进程，依托哈尔滨电气、东方电气、上海电气、中国航发、中国船舶重工集团等十大领军企业，启动了首批燃气轮机创新发展示范项目；2018 年，教育部正式批准清华大学携手中国重燃，共建“燃气轮机省部共建协同创新中心”，该中心紧密围绕国家“两机专项”中的燃气轮机研发需求，深耕科技攻关与应用基础研究；2020 年“中国燃气轮机产业创新联盟”正式成立，以中国重燃为理事长单位，汇聚了全国范围内 66 家顶尖高校、科研机构、创新中心、动力集团、制造企业及行业用户等核心成员。
我国燃气轮机行业的发展离不开零部件制造领域的突破。根据中国东方电气集团有限公司官网、新华网、“工信微报”微信公众号等介绍，自 2016 年建立起国内首批压气机、燃烧器及透平部件级试验平台以来，我国燃气轮机技术持续突破。2018 年，自主研发的压气机与燃烧器问世，同时建成目前国内最大功率的燃气轮机整机试验台；2019 年，实现了所有高温部件的完全自主制造，整机点火试验一次成功；2020 年，F 级 50 兆瓦重型燃气轮机首次运行至满负荷状态；2022 年，实现 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机满负荷连续运行 24+72 小时，在华电清远再次一次点火成功；2023 年 3 月，东方电气集团成功推出了我国首台全国产化的 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机商业示范机组；同年 6 月，中国航发“太行 110”重型燃气轮机顺利通过产品验证鉴定，标志着我国在该领域已全面完成自主研制流程，填补了国内该功率等级产品的空白；2024 年 2 月，国内首台 300 兆瓦 F 级重型燃气轮机样机在上海临港顺利完成总装下线，这是我国在大功率重型燃气轮机自主设计制造领域的首次突破。
长期以来，受制于燃气轮机技术的高门槛与复杂性，我国本土制造的燃气轮机在国际市场占有率则相对较低。据 Wind 数据统计，2017 年至 2024 年 5 月之间，进口燃气轮机金额在总进出易额中的比例始终保持在 30%以上的高位；从进出口结构来看，我国在 P≤5000kw 的轻型燃气轮机出口领域展现出一定竞争力，但面对 P5000kw 的重型燃气轮机市场，则大多依赖于进口。重型燃气轮机因其复杂的工艺技术和高附加值特性，导致了我国在燃气轮机整体贸易中处于逆差状况。随着国内燃气轮机在性能与质量上的不断提升，有望减少对进口产品的依赖，推动燃气轮机行业的国产化进程，并在全球市场中逐步增强竞争力。
尖端零部件技术的重大突破，有望驱动我国燃气轮机实现出海。目前，我国燃气轮机产品开始积极寻求海外市场拓展。根据央视新闻客户端报道，2021 年 6 月，中国船舶集团 703 所自主研发的 CGT25-D 型燃气轮机，在俄罗斯诺瓦泰克天然气增压站项目中成功完成了七十二小时的考核试验，并顺利通过交付验收，标志着我国燃气轮机产品首次迈入国际市场，实现了出口零的突破。2023 年，据 High NorthNews 报道，俄罗斯最大的独立天然气生产商诺瓦泰克公司计划与中国哈尔滨汽轮机厂有限责任公司签订采购合同，向其采购 20 台燃气轮机。
（4）线 年增长 4.79 万 MW，约需 307台功率为 155.98MW 的燃气轮机，设备价值为 887.08 亿元，按照设备价值占全部营收 30%的比例计算可得：包含服务后总价值为 2978.53 亿元。据 GrandViewResearch 统计，目前全球燃气轮机用于发电比例约为 67.0%，还有 33%用于油气、机械等领域，我们假设该应用比例不变，预计 2028 年总体燃气轮机市场价值约为 4445.56 亿元。
燃气轮机生产研制包括最源头的基础研究设计、上游原材料制备、中游零部件制造（分类含分系统）、下游整机组装及应用等环节。燃气轮机产业链主要由原材料供应商、零部件生产商和整机制造商组成，其中原材料供应商主要有高温合金、特钢、铝合金、复合材料、普钢和热障涂层等企业；零部件主要包括叶片、盘、轴等结构件的生产制造，以及分系统（控制系统）环节；下游包括整机制造，以及终端应用如天然气发电、船舶动力、油气运输等方面。
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