国内外中小型燃气轮机发展现状浅谈
国内外中小型燃气轮机发展现状浅谈
在全球燃气轮机市场中，中小型燃气轮机以强劲而稳定的速度增长，但国内市场基本被美、德等发达国家瓜分。国产中小型燃气轮机产品发展滞后，与国外先进水平存在差距，市场竞争力较弱。本文将详细分析国内外头部中小型燃机企业的主要产品发展历程。
近年来在全球燃气轮机市场中，大型燃气轮机市场从剧烈下降到开始平稳，中小型燃气轮机则继续以强劲而稳定的速度增长，不过，在燃气轮机制造厂商的排名中，前十位的燃气轮机制造商仍然是大型制造商。全球十大燃气轮机制造商主要有GE、西门子、三菱重工、安萨尔多、川崎重工、卡特彼勒、凯普斯通、MAN、OPRA燃气轮机公司、中央燃气轮机公司。国内主要有：中国重燃、航发燃机、上气、东气、哈气、杭汽、南汽等。
近十年来，中小型燃气轮机在全球市场中的占比高达66%以上，但国内市场基本被美、德等发达国家瓜分。国产中小型燃气轮机产品发展滞后，成熟自主产品较少，系列化、谱系化程度较低，部分技术指标与国外先进水平存在差距，从而造成市场竞争力较弱。
下面将针对国内外头部中小型燃机企业的主要产品发展历程进行说明。
国外中小型燃气轮机发展方面：
1. 美国索拉公司
美国索拉公司自1927年成立以来，已发展成为燃气轮机制造商之一。在二战期间，公司凭借其金属加工技术，赢得了美国海军的青睐，并自20世纪50年代起开始研发燃气轮机。目前，索拉公司提供包括Saturn、Centaur、Taurus、Mercury、Mars、Titan在内的6个系列燃气轮机。
1977年，索拉公司推出了Mars系列燃气轮机，经过多次升级，其发电功率达到了10685kW。1985年，Centaur系列燃气轮机问世，发电功率为4600kW，以其轻巧和紧凑的设计而闻名。这两款机型在全球的应用已超过4000台。
1997年，索拉公司研发了Titan130燃气轮机，这是一款基于简单循环的燃气轮机，具有双轴变速形式和单轴恒速形式，ISO功率达到15000kW。Titan130的设计重点在于提高机械部件的可维护性，目前已有300多台在全球范围内应用，特别是在海上油气田领域。
Titan130
2008年，索拉公司推出了升级版的Titan250燃气轮机，ISO功率为21.7MW，机组效率高达38.8%，比Titan130多提供50%的输出功率，排放减少30%。Titan250既可用于电力生产，也可用于压缩机站和机械驱动装置。Titan250采用工业型双轴设计，使用16级轴流压气机，具有进口可转导叶和5级可转导叶。压比为241。
Titan250
2.美国通用电气公司
美国通用电气公司（GE）在航空发动机的基础上，发展了LM系列燃气轮机，并研发了基于GE10系列和MS系列的重型工业燃气轮机。
LM2500是从GE公司的TF-39涡扇发动机派生而来，ISO功率为25MW，机组效率为37%。自1975年开始用于舰船以来，LM2500系列燃气轮机已超过1800台。
LM2500
LM2500+燃气透平的ISO功率为32MW，机组效率为39%。LM2500+G4燃气透平的ISO功率为35MW，机组效率为39%。GE公司还研发了基于GE10-1、GE10-2、MS5001、MS5002系列的重型工业燃气轮机。MS5000系列是GE公司自1952年起研制的单/双轴工业用燃气轮机，具有良好的燃料适应性，能实现原油、天然气、柴油等三种燃料的切换。目前，已生产了164台MS5001燃气轮机和492台MS5002燃气轮机。
MS5002D
3.德国西门子公司
德国西门子Siemens AG自1847年成立以来，已成为中小型燃气轮机（50MW以内）的完整产品系列的制造商。西门子生产的SGT系列燃气轮机已超过1600台。
SGT400燃气轮机的ISO额定功率为12.9MW。SGT500燃气轮机的ISO额定功率为17MW。SGT600燃气轮机的ISO功率为24.8MW，SGT700燃气轮机的ISO功率为29.1MW。这两款机型是由瑞士Sulzer-Escher Wyss公司生产的双轴工业燃气轮机，2004年起被西门子收购。
SGT700
4.德国MAN公司
德国MAN Turbo主要包括THM1300系列工业燃气轮机和用于工业及城市电力的FT8航改燃气轮机。
1988年，MAN接管了法国Hispano-Suiza公司的THM系列燃气轮机。THM1300系列燃气轮机的发电功率从8.6MW-11.5MW，目前已经交付188台。
THM燃气轮机
5.英国罗罗公司
英国罗尔斯 罗伊斯公司（Rolls-Royce）自1904年成立以来，已成为喷气式航空发动机的主导者。20世纪60年代，罗罗公司研发了RB211型发动机。RB211燃气轮机是从航空型RB211发动机发展而来。
航空型RB211用于波音747、波音757、波音767、洛克希德L-1011型飞机。RB211燃气轮机版移除了风扇，将原中压压气机变成了低压压气机，增压比为20~21.5;改进低压压气机第1级转子、静叶片、安装双向滚珠推力轴承。燃烧室采用镍合金制成火焰筒。高压涡轮和低压涡轮均为单级轴流式。RB211燃气轮机在加拿大魁北克省的蒙特利尔市加工制造，目前制造和安装工业型和舰船用燃机587台。
RB211燃气轮机版
6. 乌克兰曙光机械联合体
乌克兰曙光机械联合体自1946年成立以来，已成为前苏联时期唯一的燃气轮机大型生产企业。从1954年起，曙光机械已经交付了四代燃气轮机，功率从2.5MW至110MW，累计交付3000多台舰船用或工业用燃气轮机。
UGT10000是曙光机械研制的第四代高效单元体式燃气轮机，其ISO功率为10.7MW，效率高达36%。从1998年开始研制，2004年批量生产。
UGT15000是曙光机械研制的第三代燃气轮机，是苏联海军应用最多的燃气轮机。UGT15000的ISO功率为17.5MW，效率为34.2%。前苏联有50%以上的舰艇都以它作为动力装置，是世界上应用最广泛的舰用燃气轮机之一。1993年，曙光机械研制了该机型的升级版UGT1500+，ISO功率升级至20MW，效率提高至36%。
UGT25000是曙光机械最新研制的第四代燃气轮机，ISO功率为26.7MW，效率为35.6%。该机是在UGT15000的基础上进行升级，将原压气机加零级，涡轮的进口温度提高至1250度。UGT25000从1995年开始研制，2002年开始投运。
UGT25000
国内中小型燃气轮机发展方面：
1.中国航发燃气轮机有限公司
AGT系列燃机的研发历程始于上世纪90年代末，当时中国航发集团独立研发了第三代航空发动机。在此基础上，经过长期的技术积累和地面试验，中国航发先后开发了具有自主知识产权的燃气轮机系列产品。这些新一代燃气轮机的热效率超过30%，能源综合利用效率超过85%，可燃用多种气体和液体燃料，其主要性能指标均达到国际先进水平。
AGT-7系列燃气轮机：以先进航空发动机为基础系列发展的7MW级燃气轮机，可应用于船舶动力、工业发电和机械驱动等领域。其中AGT-7A用于分布式能源、AGT-7B用于海上平台、AGT-7C用于应急备用电源。
AGT-15燃气轮机：以先进航空发动机为基础派生发展的15MW级燃气轮机，可应用于船舶动力、工业发电、管道增压等领域，具有热效率高、结构紧凑、运营成本低等特点。
AGT-25燃气轮机：在舰用燃气轮机基础上发展的25MW级工业燃气轮机，可应用于分布式能源、管道增压、工业发电等领域，具有适用范围广、可靠性强等优点。
AGT-12燃气轮机：我国首型自主知识产权的航改轻型燃气轮机，2011年被评为“国家重点新产品”，可用于分布式能源、应急电源、中低热值燃料等领域，具有综合热效率高，运营成本低等特点。
AGT-2系列燃气轮机：以国产涡桨航空发动机派生发展的燃气轮机，可应用于中低热值气体燃料、富氢燃料热电联供领域，为国内外提供了超过300台套发电机组。
2023年4月7日，由航发燃机研制的首批两台国产燃气轮机机组AGT-7B，在前期完成出厂检验后顺利发运海上平台工程现场，为海洋钻井平台装上强劲“中国心”。中国航发燃机表示，该机组拥有自主知识产权的7MW级国产燃气轮机发电机组，实现核心零部件的100%自主制造，将为更多海上油气工业领域提供全链条式的“中国方案”。
AGT-7B
2.东方汽轮机有限公司
我国首台具有自主知识产权的F级50兆瓦重型燃气轮机（以下简称“G50”）的研发历程始于2009年，当时东方汽轮机组建了一个科研团队，正式启动了该项目的自主研制工作。在经过15年的不懈努力后，2024年3月16日， G50结束满负荷试运，正式在四川投入商业运营。这标志着G50的研制成功。G50的成功研发打破了70多年的技术封锁，成为中国首台完全正向自主设计、制造、试验的F级燃气轮机。
G50
在G50的研发过程中，东方汽轮机建立了自主的F级燃机设计体系，并获得了136项授权发明专利，具备了制造燃气轮机全部部件的能力。G50的研发成功不仅体现了中国在重型燃气轮机领域的突破，还为国家的能源安全和产业链的自主可控做出了重要贡献。
东方汽轮机依托自主研制F级50兆瓦重型燃气轮机，在解决“卡脖子”关键核心技术的同时，成功搭建F级燃机自主设计体系，掌握了燃气轮机整机与核心部件设计方法，启动了包括15兆瓦、80兆瓦、掺氢燃机等自主燃机系列化研制工作
不同功率等级系列化开发
掺氢技术研发规划
进入2024年4月中旬，G50的“小兄弟”G15的生产制造迎来了重要节点——三缸接配，这意味着G15的最终模样已初具雏形。G15燃气轮机是在G50燃气轮机的基础上，经多次迭代优化后模化设计而来。从结构上来看，G15相对于G50的5个缸少了1个缸。
3. 中国船舶重工集团公司第七〇三研究所与中船重工龙江广瀚燃气轮机有限公司
龙江广瀚燃机公司专注于中小型燃气轮机的研发、生产和全寿命周期服务，703所为其主要股东之一。
龙江广瀚燃机公司具备3-50MW工业燃气轮机核心部件加工能力，并已突破了压气机、双燃料燃烧、低排放、涡轮叶片冷却、涂层应用、减振、总体设计等关键核心技术。这些技术的突破使公司能够自主研制新型燃气轮机，并持续开展5-50MW等级燃气轮机的研制、应用和迭代升级。
GT25000燃气轮机,CGT25-D燃气轮机是由703所自主研发的工业型燃气轮机，该机型基于上世纪90年代由国外技术引进的母型机基础经自主研发及大量设计改进发展而成，目前已完全实现国产化，用于工业驱动领域。该机型的额定功率达到26.7MW，效率达36.5%，可使用柴油或天然气作为燃料，技术成熟，维护简单，变工况性能好。经过多年的发展和改进，GT25000燃气轮机已完全实现国产化，并在俄罗斯诺瓦泰克天然气增压站通过了72小时考核试验，展示了其极低温环境下的可靠性。
GT25000
2023年1月12日，龙江广瀚燃机公司试制的H-25型燃气轮机首台国产化机组，在公司试验台顺利通过全速满载试验验证，功能、性能等各项指标均满足预期要求，达到日本进口同型号机组的制造水平。
此外龙江广瀚燃机公司还生产有UGT6000、UGT15000、CGT25-E、H-25(32)、CGT30、H-25(42)、CGT40等型号燃机，限于篇幅就不一一列举。
本文燃机台数数据来源于论文《中小型燃气轮机应用发展概述》，作者马强、王文祥、王建丰、洪毅