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(1)燃气轮机技术发展历程及趋势:燃气轮机是一种以连续流动的气体作为介质带动叶轮高速旋转,将燃料的热能转换为机械功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机与航空发动机结构类似。按其功率燃气轮机可以分为轻型和重型,前者通常由航空发动机改装,如世界先进的舰用燃气轮机MT30是由Trent800系列航空发动机派生而来,功率通常在50MW以内,可用于工业发电、船舶动力、分布式发电等。重型燃气轮机功率通常在50MW以上,主要用于陆地上固定的发电机组和超大型舰艇。按其运行的燃气初温分类,燃气轮机可以分为E级、F级、G级和H级等多个等级。
燃气轮机主要用于地面发电机组和船舶动力领域,工作环境需要承受高硫燃气和海水盐分的腐蚀,工作寿命要求达到50,000-100,000小时。涡轮盘在工作时转数接近10,000转/分钟,燃气轮机涡轮轮盘直径是航空发动机的3-6倍,涡轮轮盘轮缘长期工作在550-600℃,轮盘中心工作温度则降至450℃以下,不同部位的温差造成了轮盘的径向热应力极大。
中国航发燃机公司ATG-110燃气轮机分析
中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国燃气轮机行业市场发展态势及投资前景可行性报告》
(2)市场现状与发展趋势:燃气轮机应用领域广泛,包括循环发电、分布式能源、油气输送,以及陆、海运载工具驱动等。此外,燃气轮机具有占地小、效率高、可靠性强、操作灵活、排放低等特点,并可使用天然气、混氢/纯氢燃料或其他脱碳燃料,具备突出的燃料灵活性,对实现“双碳”目标具有积极作用。因此,预计燃气轮机产业未来将呈现良好的发展态势。
①燃气轮机市场保持总体增长态势:2015-2020年全球燃气轮机市场规模呈现上涨趋势。2020年全球燃气轮机市场规模为225.4亿美元,同比增长3.47%,我国市场规模约500亿元人民币。
2015-2020年全球燃气轮机市场规模现状分析
数据统计:中金企信国际咨询
根据中金企信国际咨询统计数据,2016年我国燃气轮机新增装机规模为4,552.61万千瓦,到2021年我国燃气轮机新增装机规模为10,443.49万千瓦,年复合增长率达18.06%。
2016-2021年中国燃气轮机新增装机规模现状分析
数据统计:中金企信国际咨询
②燃气发电规模的增大拉动燃气轮机市场需求:根据中金企信统计数据,2020年全球燃气轮机市场中,用于发电行业的燃气轮机约占总市场规模的32%,用于油气行业的约占总市场规模的32%,其余39%的燃气轮机则应用于载具等其他工业领域。
从全球发电行业发电量结构来看,据中国电力网统计,2019年全球发电量最高的是燃煤发电,发电量为9,824.1TWh,占比36.38%,燃气发电2019年发电量为6,297.9TWh,占比全球发电量23.3%。
根据中金企信统计数据,“十四五”时期,我国天然气市场需求有望继续增长,用气结构或进一步优化,基本形成工业燃料、城镇燃气、燃气发电“三足鼎立”的局面。报告认为,大力发展天然气是我国建立清洁低碳、智慧高效、经济安全能源体系,以及力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和目标的必然选择。未来五年,我国仍将坚持“逐步将天然气培育成为中国主体能源之一”的战略目标。
国内方面,据中国电力企业联合会统计,2020年我国燃气发电量为2,485亿千瓦时,同比增长6.88%,占全国总发电量的3.25%。2012年至2020年,我国燃气发电量复合增长率为10.7%。根据全球能源互联网发展合作组织《中国“十四五”电力发展规划研究》,截至2019年末,全国气电装机规模9,024万千瓦,“十三五”期间年均新增气电装机规模636万千瓦,2019年气电占全国电力总装机规模的比例已达4.5%。
2012-2020年中国燃气发电量及增速分析
数据统计:中金企信国际咨询
③在国内相关配套政策扶持下,燃气轮机将迎来巨大的市场机遇期:我国“西气东输”、“西电东送”、“南水北调”等大型工程中均使用大量工业型燃气轮机。这些燃气轮机绝大多数为进口机组,在国内现有装机发电的燃气轮机总装机容量中,国产产品仅占约7%。“十三五”以来,我国积极推进“两机”专项落实,提出我国未来将重点突破发电用重型燃气轮机、工业驱动用中型燃气轮机、分布式能源用中小型燃气轮机以及燃气轮机运维服务技术,逐步进入国产化替代阶段。
2017年6月,国家发改委与国家能源局联合发布《依托能源工程推进燃气轮机创新发展的若干意见》,要求至2020年我国将基本形成完整的重型燃气轮机产业体系,就燃气轮机国产化提出了具体要求。按照“两机专项”实施方案,在2020年前,国家将投入千亿资金,支持航空发动机和燃气轮机产业的发展。随着我国自主研发、拥有自主知识产权的航空发动机的研发成功,中国航发
集团在2001年和2002年相继成功研制了QD70和QD128两型航改轻型燃气轮机。目前,中国航发集团拥有的自主研发燃气轮机产品有功率等级涵盖5~40MW的轻型燃气轮机和110MW的重型燃气轮机,并参照国际发展燃气轮机的成功道路,确定了自主系列化发展燃气轮机的技术路线。2014年,中国联合重型燃气轮机技术有限公司成立,研制国产300MW级和400MW级F级重型燃气轮机产品,就代表国际技术领先水平的重型燃机开展关键技术攻关和验证。预计随着相关研发承制单位的研发进度的不断推进,我国将逐渐实现多等级燃气轮机的国产化替代,国内燃气轮机相关配套行业政策将迎来巨大的市场机遇期。
④军用舰艇对燃气轮机需求旺盛:各类军用舰艇是轻型燃气轮机的重要应用方向,燃气轮机优势功率密度大、启动速度快、噪声低频分量很低,使其非常适宜于作为军用舰艇的动力装置,具体如下:①燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构,使得同等功率的燃气轮机体积是柴油机的1/3~1/5,是蒸汽轮机的1/5~1/10左右,燃气轮机体积小、功率大,非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点;②燃气轮机1-2分钟即可启动,符合军舰对作战反应速度的要求;③燃气轮机运作主要产生高频噪音,低频噪音较少,不宜被声呐探测,符合军舰的作战隐蔽性要求。随着我国现代化海军建设进程的不断推进,舰艇更新换代需求强烈,燃气轮机的诸多优点,使其在新型舰艇上广泛替代柴油机和蒸汽轮机成为趋势,随着我国新型舰艇数量的日益增多,海军训练量的提升,军用燃气轮机市场前景广阔。