國內(nèi)燃?xì)廨啓C產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及行業(yè)需求

0 研究背景

自1939年燃?xì)廨啓C誕生以來，經(jīng)過80多年來的發(fā)展，燃?xì)廨啓C效率由17%提高到40%，壓比由10左右發(fā)展到30左右，重型燃?xì)廨啓C功率發(fā)展到260 MW。

隨著燃?xì)廨啓C技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)獬鯗鼗疽悦磕?0 ℃的速度提高，由550 ℃提高到1 600 ℃；隨著環(huán)保要求的提高，NOx排放指標(biāo)南20世紀(jì)70年代的75 ppm發(fā)展到21世紀(jì)初的不高于25 ppm，美、日等國如今將排放標(biāo)準(zhǔn)限制在9 ppm。

1 技術(shù)發(fā)展概況

在過去幾十年中，英、美、日、德、俄等國家均將先進(jìn)的燃?xì)廨啓C技術(shù)研究作為國家攻關(guān)項目，部署實施了一系列國家研究發(fā)展規(guī)劃（先進(jìn)透平系統(tǒng)計劃、高性能渦輪發(fā)動機綜合計劃、新日光計劃等）。通過這些規(guī)劃的實施，它們建成了支撐可持續(xù)發(fā)展的燃?xì)廨啓C能力條件，并憑借相應(yīng)的基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品應(yīng)用及改進(jìn)提高，相繼研發(fā)出先進(jìn)成熟的系列化燃?xì)廨啓C產(chǎn)品，從而壟斷了全球的燃?xì)廨啓C市場。

目前，燃?xì)廨啓C正朝著大功率、高效率、低排放、燃料多樣化及長壽命方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢集中體現(xiàn)在：

（1）提高壓比和渦輪初溫，提高整機性能：目前先進(jìn)燃?xì)廨啓C基本達(dá)到了單級壓比接近1.3的水平，進(jìn)口多級高效跨音設(shè)計，整機的全工況穩(wěn)定裕度不小于15%，壓氣機壓比達(dá)到30以上，效率達(dá)到90%以上。

（2）拓寬燃料適應(yīng)性，實現(xiàn)多種能源高效、低碳利用；采用新型燃燒技術(shù)，降低污染物排放，滿足環(huán)保要求；發(fā)達(dá)國家已經(jīng)掌握了多燃料低污染燃?xì)廨啓C燃燒室核心技術(shù)，并成功開發(fā)出多種不同型號燃?xì)廨啓C，最低NOx排放僅為5～8 ppm。

（3）采用先進(jìn)循環(huán)和設(shè)計技術(shù)，部件及整機效率不斷提高。

（4）研制新型高溫材料，采用先進(jìn)冷卻技術(shù)，提高熱端部件的性能和可靠性。隨著渦輪進(jìn)口溫度的不斷提高，渦輪葉片材料在耐熱合金及金屬基復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，發(fā)達(dá)國家已將低密度、耐高溫、抗氧化復(fù)合材料的開發(fā)及應(yīng)用列入了其國家的高技術(shù)發(fā)展計劃。世界各大燃?xì)廨啓C生產(chǎn)商對熱端部件冷卻技術(shù)進(jìn)行了集中科研攻關(guān)，發(fā)展了蒸氣冷卻技術(shù)等先進(jìn)高效冷卻技術(shù)，初溫超過1 600 ℃，并成功得到工業(yè)應(yīng)用。

2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

我國國家發(fā)展和改革委員會于2001年發(fā)布了《燃?xì)廨啓C產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)引進(jìn)工作實施意見》，采用以市場換取部分制造技術(shù)的方式，并相應(yīng)進(jìn)行了3次捆綁招標(biāo)，引進(jìn)美國通用電氣、德國西門子和日本三菱重工3種F級大型單軸燃?xì)廨啓C機組共54套，全部建成后總裝機容量超過20 000 kW。日本三菱重工的10臺燃?xì)廨啓C有8臺為350 MW，分別提供給4座電廠。美國通用電氣的13臺燃?xì)廨啓C為GE9 FA型，供給另外6座電廠，用于總價值9億美元的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。哈爾濱動力集團(tuán)和美國通用電氣組成的聯(lián)合體共同生產(chǎn)109 FA機型；東方電氣集團(tuán)和日本三菱重下組成的聯(lián)合體共同生產(chǎn)M701F機型；上海電氣集團(tuán)與德國西門子組成的聯(lián)合體共同生產(chǎn)V93.4A機型，幾乎超越了9E系列燃?xì)廨啓C發(fā)展過程，直逼9F系列。

到2020年，我國將建成約60 000 MW的天然氣發(fā)電裝機容量，除去目前已建和在建的26 000 MW規(guī)模，今后還將建設(shè)35 000 MW左右的燃?xì)廨啓C電站。如果再考慮綜合氣化聯(lián)合循環(huán)（Integrated GaSification Combined Cvcle，IGCC）等燃煤、燃?xì)?、蒸汽?lián)合循環(huán)等潔凈燃煤技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，應(yīng)該說我國重型燃?xì)廨啓C產(chǎn)業(yè)的市場前景廣闊。

目前，中國的重型燃?xì)廨啓C市場主要被美國通用電氣、德國西門子和日本三菱重工占領(lǐng)，我國雖然以市場換技術(shù)取得了一些突破，但是關(guān)鍵的核心技術(shù)還沒掌握，大部分要依靠進(jìn)口。據(jù)悉，迄今為止，美國通用電氣已成為中國最大的燃?xì)廨啓C供應(yīng)商，累計裝機容量達(dá)15 000 MW。

為提高我國燃?xì)廨啓C關(guān)鍵核心技術(shù)的自主開發(fā)能力，于近年來，國家科技部在“863”計劃中部署開展了R0110重型燃?xì)廨啓C設(shè)計研制、中低熱值燃料R0110燃?xì)廨啓C設(shè)計研制和F級中低熱值燃料燃?xì)廨啓C關(guān)鍵技術(shù)研究與整機研制等課題。早在2002年10月即已開始實施“十五”國家“863”計劃能源技術(shù)領(lǐng)域燃?xì)廨啓C重大專項，以“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)合體的形式重點開展R0110重型燃?xì)廨啓C（輸出功率114.5 MW）核心部件及關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，為進(jìn)一步的自主研制、形成國產(chǎn)重型燃?xì)廨啓C產(chǎn)業(yè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)；繼續(xù)實施“863”計劃先進(jìn)能源技術(shù)領(lǐng)域微型燃?xì)廨啓C重點項目”和“863”計劃先進(jìn)能源技術(shù)領(lǐng)域重型燃?xì)廨啓C關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)重大項目”計劃，開展燃?xì)廨啓C的自主研發(fā)工作。

為了提高燃?xì)廨啓C相關(guān)基礎(chǔ)研究水平，國家科技部計劃實施了“燃?xì)廨啓C的高性能熱一功轉(zhuǎn)換科學(xué)技術(shù)問題”和“大型動力裝備制造基礎(chǔ)研究”兩個項目。通過這兩個項目的實施，系統(tǒng)地建設(shè)了測量技術(shù)先進(jìn)的機理性實驗平臺，建成了重型燃?xì)廨啓C全尺寸轉(zhuǎn)子綜合試驗系統(tǒng)。鑒于天然氣分布式能源高效、節(jié)能、環(huán)保，目前許多發(fā)達(dá)國家已將分布式能源綜合利用效率提高到90%以上。我國《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》指出，天然氣分布式能源在國際上發(fā)展迅速，但我國天然氣分布式能源尚處于起步階段。推動天然氣分布式能源，具有重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。2012年，國家相關(guān)部門又公布了首批4個天然氣分布式能源示范項目名錄；目前，多個示范項目正在穩(wěn)步推進(jìn)。

由于“西氣東輸”、“西電東送”和沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，以分布式能源發(fā)展的需要，一個全新的以燃?xì)廨啓C為動力源的發(fā)電設(shè)備市場開始出現(xiàn)，發(fā)展天然氣分布式能源除了加強低壓配電網(wǎng)信息化控制、微電網(wǎng)智能管理與控制系統(tǒng)等微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究，盡快突破微電網(wǎng)自愈控制、智能互動用電與需求響應(yīng)等技術(shù)外，還必須加快燃?xì)廨啓C關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，盡快突破燃?xì)廨啓C熱端部件和聯(lián)合循環(huán)運行控制技術(shù)等核心技術(shù)。天然氣分布式能源的關(guān)鍵設(shè)備燃?xì)廨啓C成本占項目總投資的40%左右，要發(fā)展這個產(chǎn)業(yè)，必須從降低關(guān)鍵設(shè)備成本做起，因此，國務(wù)院擬將航空發(fā)動機和燃?xì)廨啓C技術(shù)發(fā)展列為國家第17個重大科技專項，其投資將接近千億元，目前已處于審批階段。

此外，各地區(qū)也積極出臺相關(guān)政策以促進(jìn)燃?xì)廨啓C的快速發(fā)展，例如，2011年7月，上海市與清華大學(xué)簽署的《關(guān)于開展燃?xì)廨啓C領(lǐng)域戰(zhàn)略合作的框架協(xié)議》，雙方就深入貫徹落實國家戰(zhàn)略，建立跨區(qū)域“產(chǎn)學(xué)研用”相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)化體系達(dá)成共識，明確將重型燃機、輕型燃機和微型燃機并舉；在燃?xì)廨啓C人才培養(yǎng)、基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品設(shè)計、部件試驗、材料與工藝、整機產(chǎn)品制造及驗證、示范工程等全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行合作；在承擔(dān)國家重大任務(wù)、燃?xì)廨啓C基礎(chǔ)技術(shù)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、試驗資源共享和建設(shè)、民船燃?xì)廨啓C研究、專業(yè)技術(shù)人才交流培養(yǎng)等方面開展深入合作、2012年，黑龍江省出臺了《重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，提出以哈爾濱為重點，加快重型和中小型燃?xì)廨啓C總裝、整機實驗和配套設(shè)備平臺建設(shè)，建成國內(nèi)唯一的全系列燃?xì)廨啓C研制生產(chǎn)基地，保持黑龍江燃?xì)廨啓C裝備在國內(nèi)的領(lǐng)先地位。

3 行業(yè)需求

在制造技術(shù)方面，目前我國重型燃?xì)廨啓C實現(xiàn)了70%的本土化制造能力，但仍不掌握熱端部件制造技術(shù)；在關(guān)鍵技術(shù)上，重型燃?xì)廨啓C由于采用與國外合作的生產(chǎn)模式，基本不掌握核心技術(shù)和整機設(shè)計技術(shù)；國內(nèi)的重型燃?xì)廨啓C的基礎(chǔ)理論研究非常薄弱，對前沿技術(shù)的研究探索不足，尤其在高效、低排放、低碳基礎(chǔ)技術(shù)等方面的基礎(chǔ)理論研究嚴(yán)重缺乏，無法支撐重型燃?xì)廨啓C關(guān)鍵技術(shù)的突破和先進(jìn)產(chǎn)品的研制。

發(fā)達(dá)國家發(fā)展高效、低碳重型燃?xì)廨啓C的裝備體系清晰，掌握關(guān)鍵技術(shù)，基礎(chǔ)研究扎實與之相比，我國只是近年來在生產(chǎn)能力和設(shè)計技術(shù)方面得到較大提升，但在理論基礎(chǔ)研究、核心能力形成與產(chǎn)品研制應(yīng)用方面沒有取得實質(zhì)性突破。

我國的重型燃?xì)廨啓C基礎(chǔ)薄弱，過去國家投入很少且分散，很難形成發(fā)展的合力，并且缺少國家級的共性基礎(chǔ)技術(shù)和試驗設(shè)施平臺。由于基礎(chǔ)薄弱、投入嚴(yán)重不足，基礎(chǔ)技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品研制和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各個環(huán)節(jié)一直沒能形成有機結(jié)合、良性互動的體系架構(gòu)，各環(huán)節(jié)的脫節(jié)及部分環(huán)節(jié)的缺失或薄弱，使產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏體系支撐，最終沒能走出受制于人的被動局面。因此，我們面臨著在補全歷史欠賬的同時，爭取同步跨越發(fā)展高效、低碳重型燃?xì)廨啓C產(chǎn)品的嚴(yán)峻考驗。因此，產(chǎn)品制造能力、關(guān)鍵技術(shù)突破、基礎(chǔ)理論研究需要并行同步開展，設(shè)施條件統(tǒng)籌結(jié)合建設(shè)。