淺談燃氣輪機的優勢與發展

摘要：現代經濟的迅速發展，導致不管在生產還是生活中對能源的需求都日益增加，一定程度上造成了能源的緊缺，那么現階段不僅僅需要尋求新能源，也要提高能源使用率來延長能源的使用周期。目前為止，科技能實現的能源轉換率最高的大型電力設備便是重型燃氣輪機。燃氣輪機生產是一個涉及國家能源的戰略性產業，燃氣輪機是能源動力裝備領域的高端產品，發展燃氣輪機對我國先進制造業和先進能源技術的研究至關重要，而且對我國國民經濟的發展也有很大的推動作用。鑒于此，闡述了燃氣輪機對比汽輪機及其他產品的優勢所在及其未來的發展，提出我國在重型燃氣輪機的發展上，應該利用社會主義市場經濟的優勢，吸取并借鑒國外成功的經驗，通過自主創新，攻克技術難關，來滿足我國對重型燃氣輪機的需求。

關鍵詞：燃氣輪機;汽輪機;能源消耗

0? ? 引言

燃氣輪機的應用不止在我國，在全世界都是非常廣泛的，包括國防裝備中的關鍵設備，在國民經濟的電力、能源開采等領域也有著不可替代的地位和作用。燃氣輪機是指以氣體燃燒流動為本質帶動葉輪旋轉最終轉變為有用機械功傳出的熱力設備。燃氣輪機自20世紀誕生以來得到了迅速發展，現階段僅僅由重型燃氣輪機輸出的發電量已經占全球總發電量的19%左右。如今的燃氣輪機主要燃料為氣和油，以純氫氣為燃料的燃氣輪機也在開發，這就說明燃氣輪機的技術正在不斷提升，其熱效率、最高承受燃氣溫度、壓比等都在不斷提高。但是，燃氣輪機產業已經高度壟斷，基本以GE、西門子、三菱等國外企業為主。我國的大型動力集團雖然都積極與國外公司進行合作學習，但并未真正掌握核心技術，燃氣輪機整體制造水平與國外相比相差甚大，暫時未形成一個嚴格意義上的自主燃氣輪機產業。

1? ? 燃氣輪機發展概述

1.1? ? 燃氣輪機的歷史

世界上第一臺燃氣輪機生產于1906年，但在當時的技術水平下，其效率僅僅為3%。20世紀40年代起，燃氣輪機開始進入工業的各個領域并得到了較為迅速的發展。1939年，誕生于瑞士BBC公司的燃氣輪機，功率1.5 MW，初溫550 ℃，效率17.3%。進入20世紀80年代后，燃氣—蒸汽聯合循環技術慢慢成熟，燃氣輪機單體容量逐漸增大，并且隨著世界范圍內天然氣資源的大力開發，燃氣輪機及其聯合循環技術在世界電力系統中的地位逐漸變得重要起來，不僅可以作為緊急備用電源和調峰機組使用，而且還能用于帶基本負荷機組。

1.2? ? 燃氣輪機的發展現狀

2018年，我國的國民經濟總值排在世界第二，發電設備總裝機容量為13.2億kW，高居世界首位。但我國人均用電水平較低，僅是發達國家的1/5，所以我國在接下來實現全面現代化的過程中必須擴大發電容量的規模，那么目前來說，使用重型燃氣輪機的燃氣—蒸汽聯合循環技術將是最科學、最現代化的發電選擇之一，由燃氣輪機組成的發電供電系統能源利用率可達到76%。相信隨著我國經濟的發展，燃氣輪機的市場需求將是巨大的！

1.3? ? 燃氣輪機與汽輪機相比的優勢

在可靠性上，汽輪機需要大型且復雜的供應體系，燃氣輪機通常采用批量技術生產，零件的互換性較好，部件和模具這些生產廠商都可以提供，其所需要的零部件總數是相對較少的。另外，對于現階段的需求而言，更加需要簡化零件的保養程序，降低運行成本，而這正是燃氣輪機的優勢所在。

在工質上，燃氣輪機的工質為高溫燃氣，形態上更加接近理想氣體，并且工作初溫相對較高，制造燃氣輪機的材料通常為耐熱合金或者耐熱鋼材;汽輪機的工質為過熱蒸汽，會在排口出現液化現象。

在燃料消耗上，重型燃氣輪機裝置通常燃用重質燃油，比燃料消耗更低，而在功率偏離指標時，燃氣輪機的比燃料消耗值會迅速增加，汽輪機則是以相當小的速率增加。如何克服燃氣輪機的這一缺點呢？現階段是采用燃氣—蒸汽聯合循環等措施。

2? ? 我國重型燃氣輪機的發展趨勢

燃氣輪機的研究是一項投資大、周期長的過程，每一代的燃氣輪機都需要經過很長一段時間的反復試驗改進，這就需要政府的大力支持以及大量資金和技術人員的支持。目前中國市場上比較成熟的項目為E、F級重型燃氣輪機，更高一級的H、J級燃氣輪機也正在研發當中，但以目前的研究水平而言，國內基本還是停留在E、F級重型燃氣輪機的研究上，與國外相比相差不少，并且尚未掌握核心技術。另外，修理零部件與更換核心部件時大多都需要直接向國外采購，不少國外企業因此賺取了相當大的一筆利潤。

我國的燃氣輪機技術起步較晚，所以在研究水平、相關人才、核心技術儲備上都相當薄弱，為實現與國際接軌，我國重型燃氣輪機的發展必須將基礎研究與產業建設相結合，構建符合我國國情的燃氣輪機產業體系，提高我國自主研發能力，提高國際競爭力。通過研究其他國家重型燃氣輪機的發展歷程，可以清晰地了解到，只有在基礎研究上取得成績，才能進一步掌握核心技術，掌握核心技術之后才能進行新產品的開發。要想研制自主品牌的重型燃氣輪機，就要從國際成熟技術出發，科學合理地制定基礎研究計劃，確保得到基礎研究成果，從而為下一步技術開發提供人才保證和技術支持，最終有所突破。

3? ? 從自身工作中看燃氣輪機的發展

我公司一直與美國GE公司合作生產，為國內大型燃氣輪機項目供應產品，即核心部件由美國GE公司提供及調試，比如燃氣輪機本體及前置模塊等核心部件，我公司提供輔機等部件，雖然也在積極嘗試技術國產化，但是因為人才以及資金的問題，進展并不顯著。

轉眼筆者已經進入燃氣輪機行業5年時間了，2017年筆者有幸參與了國電南潯電廠項目的燃氣輪機建設，從中獲益匪淺、感觸良多。

圖1所示為負荷聯軸器緊固件，所用材料目前國內無法生產，材料型號國外公司也嚴格保密，以此來賺取高額利潤。對于我國而言，在核心技術和零部件上受制于人并不是長久之計，掌握重型燃氣輪機核心技術對于我國重型燃氣輪機的發展刻不容緩。每一位燃氣輪機行業的從業者都需更加努力，為燃氣輪機國產化貢獻出自己的一份力量，積極推動燃氣輪機生產的發展。

4? ? 結語

重型燃氣輪機技術是我國建設現代化道路上不可或缺的一項技術，目前全球已然進入重型燃氣輪機大發展的時代，我國企業應多汲取國外公司的先進經驗，實施、推動燃機產業的國產化。

收稿日期：2019-12-24

作者簡介：屠力升（1992—），男，江蘇南京人，助理工程師，研究方向：燃氣輪機。