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一、燃气轮机市场概述
燃气轮机(Gas Turbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机在空气和燃气的主要流程中,只有压气机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和燃气涡轮(Turbine)这三大部件组成的燃气轮机循环,通称为简单循环。大多数燃气轮机均采用简单循环方案。
燃气轮机是目前天然气发电的主流技术,按照功率等级进行分类可分为重型、中型、小型和微型燃气轮机。重型燃气轮机装机容量一般大于100MW,是迄今为止效率最高的热功转换类发电设备,是发电和驱动领域的核心设备,也是中型常规航空母舰上运用的主动力。中型燃气轮机装机容量为20-100MW,小型燃气轮机装机容量为1-20MW,中小型燃气轮机可应用于船舶动力,发电,石油开采等多种目的。微型燃气轮机装机容量一般小于1MW,主要被开发用于小规模电力,例如单独的发电或冷热电联产系统。
二、燃气轮机产业链
随着全球能源需求的不断增长,燃气轮机作为一种高效、清洁的能源转换设备,其重要性和应用范围日益扩大。燃气轮机产业涉及面较广、产业链条长。产业链上游包括原材料研发及生产和零部件研发制造,其中,主要生产原材料包括各种高温合金、铝合金、钛合金及复合材料,常见零部件包括机匣、叶片、涡轮盘、涡轮轴、齿轮、喷管、轴承等。产业链中游为燃气轮机整机制造。随着燃气轮机技术的变革与发展,国内燃气轮机整机研发与制造企业也初步规模。在主要燃气轮机整机研发与制造商中,国企、央企占据绝大多数。产业链下游为燃气轮机应用领域及配套服务。燃气轮机应用领域广泛,其中发电为最大的应用市场,此外还包括船舶动力、石油开采、管道增压等应用场景;配套服务包括零部件及整机维修、改造等。
三、燃气轮机市场现状分析
从2012年开始,国家有关部门开始讨论航空发动机和燃气轮机两机科技重大专项;2014年两会期间,航空发动机和燃气轮机两机专项列为国家第20个重大技术专项;2015年两会期间,两机专项首次写入政府工作报告;2016年,两机专项全面启动实施,燃气轮机产业链逐渐兴起。工业机械生产技术的快速进步以及我国对分布式发电技术的日益重视都在推动燃气轮机产业的发展,叠加能源市场需求不断扩大、环境污染日益严重,燃气轮机突出的燃料灵活性对实现“双碳”目标具有积极作用,也进一步促进燃气轮机进入市场并得以广泛应用。受上游大宗商品价格波动以及全球供需关系变化影响,我国燃气轮机新增产量呈现波动上涨趋势,2023年,全国燃气轮机市场规模约为663亿元,同比增长7.59%。
从燃气轮机细分市场来看,微型燃气轮机是一类新型热机,是小型热机技术,以天然气、甲烷、汽油、柴油等为燃料,独立机器的功率保持在300kW范围内。微型燃气轮机具有与重型燃气轮机相似的循环和组件,因为燃机机直径的减小会导致轴转速增加,从而使其功率重量比优于重型燃气轮机。微型燃气轮机发电是目前最成熟、最有商业竞争力的分布式发电设备,具有掀起“电源小型分散化”的技术革新热潮、成为21世纪能源技术主流的趋势。2023年,中国微型燃气轮机市场规模约为9.58亿元,占整个燃气轮机市场的1.44%。尽管市场规模占比不高,但由于微型燃气轮机具有体积小、占地面积小且便于移动的特点,特别适合在电网无法覆盖的边远地区使用,同时也适用于城市重要场所的独立应用。此外,微型燃气轮机的运行减少了燃煤的使用,具有清洁环保的优势,对我国能源结构优化及绿色环保发展具有重要作用。
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销售,但我国重型燃气轮机仍基本依赖进口,核心技术基本被美国GE、日本三菱、德国西门子等国际厂家垄断,国内市场存在被“卡脖子”的风险。2024年1-5月,中国燃气轮机进口量为448台,同比增长9.54%;进口金额为20.9亿美元,同比增长10.72%。同时,随着国内燃气轮机生产技术的提升和市场竞争力的增强,中国燃气轮机的出口规模逐渐扩大。一些国内企业开始在国际市场上崭露头角,出口产品覆盖多个国家和地区。受益于全球对清洁能源和高效能源解决方案的需求增长,特别是在一些新兴市场和发展中国家,燃气轮机的需求持续增长;而国产燃气轮机持续升级,技术水平不断提升,产品质量和性能获得多个国家青睐。2022年,我国对外贸易陆续恢复,国内燃气轮机企业加强与国际市场的对接和合作,实现产品出口量爆发式增长。2023年以来,我国燃气轮机出口趋于稳定,出口范围持续扩大。2024年1-5月,全国燃气轮机出口量为1038台,同比增长38.96%;出口金额为2.73亿美元,同比增长78.73%。
作为高科技的载体,燃气轮机代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平,是21世纪的先导技术。发展集新技术、新材料、新工艺于一身的燃气轮机产业,是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一。从市场容量看,我国新世纪四大工程中“西气东输”、“西电东送”、“南水北调”等三大工程均需要大量30兆瓦级工业型燃气轮机,同时我国舰船制造业的健康快速发展需要大量舰船燃气轮机,我国已成为世界最大的燃气轮机潜在市场。面对经济全球化、国际燃气轮机市场激烈竞争和国外高度垄断的新形势,我国加快关键零部件及整机研发制造,推进重型、微型燃气轮机等高端产品项目进程,提升综合竞争力。2023年2月,首台国产空气冷却最高能效等级的重型燃气轮机在河北秦皇岛顺利下线,标志着国内重型燃气轮机生产制造技术水平实现突破。时隔一年,中国自主研制的300兆瓦级F级重型燃气轮机首台样机于2024年2月28日在上海临港总装下线,标志着我国大功率重型燃气轮机首次走完基于正向设计的制造全过程,全面进入整机试验与验证的最终阶段。
五、发展趋势研判
目前,我国燃气轮机产品结构呈现出轻型燃气轮机国产化程度较高、重型燃气轮机自主化水平较低局面。未来,随着新材料、新工艺和智能化技术的不断涌现,哈尔滨电气、东方电气、上海电气等国内企业将不断引进先进技术,推动国内重型燃气轮机生产技术水平不断提升,中国燃气轮机行业将实现更高效、更环保、更智能的升级,进而促进国内燃气轮机产业高速发展。
1、技术创新与智能化发展
未来,国产燃气轮机将不断推动技术创新,如改进燃烧技术、提高透平效率、采用先进的控制系统等,进一步提高燃气轮机的效率和可靠性。同时,随着大数据、物联网等技术的兴起,燃气轮机行业将向智能化方向发展。通过智能化技术,可以实现对燃气轮机运行状态的实时监测、故障预警和远程运维,提高设备管理水平和安全性。
2、市场竞争日益激烈,国产替代加快
我国燃气轮机正处于高速发展阶段,市场发展空间巨大,从而吸引大量上下游企业布局燃气轮机整机制造业务,叠加海外知名企业纷纷打通中国市场,促使行业竞争日益激烈。在此背景下,国内企业也在积极提升自主研发能力和生产水平,进而促进国产替代进程不断加快。
3、产品趋向多联产和综合利用的方向发展
在环保法规日益严格和全球气候变化问题日益突出的背景下,提高燃气轮机的效率和降低排放将成为未来的重要发展方向。通过将燃气轮机与其他能源设备(如余热锅炉、蒸汽轮机等)相结合,可以构建高效、灵活的分布式能源系统,满足不同用户的多样化能源需求。这种多联产和综合利用的模式将有助于提高能源利用效率,降低能源消耗和排放。
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