重型燃氣輪機是發電設備的高端裝備，其技術含量和設計制造難度居所有機械設備之首，是機械制造行業的金字塔頂端，在國民經濟和能源電力工業中有重要的戰略地位。

目前燃氣輪機聯合循環發電已經達到全球發電總量的五分之一（歐美國家已超過三分之一），最先進的H/J級燃氣輪機單循環和聯合循環效率已經達到40%~41%和60%~61%，為所有發電方式之冠。

燃用天然氣的燃機電站污染排放極低，二氧化碳比排放量是超臨界燃煤電站的約一半，大力發展天然氣發電是包括我國在內的世界各國保護環境和落實《巴黎協定》減少溫室氣體排放的主要措施之一。

| 什么是燃氣輪機

燃氣輪機是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。

燃氣輪機全稱為燃氣渦輪發動機（Gas turbine engine或Combustion turbine engine）燃氣輪機可以是一個廣泛的稱呼，基本原理大同小異，包括渦輪噴射引擎等。而一般所指的燃氣渦輪引擎，通常是指用于船舶（以軍用作戰艦艇為主）、車輛（通常是體積龐大可以容納得下燃氣渦輪機的車種，例如坦克、工程車輛等）、發電機組等的。與推進用的渦輪發動機不同之處，在于其渦輪機除了要帶動壓縮機外，還會另外帶動傳動軸，傳動軸再連上車輛的傳動系統、船舶的螺旋槳或發電機等。

重型燃氣輪機是一種能源高效轉換、潔凈利用、多領域應用的核心裝備，是工業強國的一個重要標志。因其極高的設計、制造、試驗難度和極大的經濟、科技和軍事價值，是世界各國競相發展的重大裝備。

▏我國燃氣輪機的發歷程

燃氣輪機被譽為裝備制造業的皇冠，一個國家的燃氣輪機技術如何，直接決定著這個國家的工業實力跟設計制造能力，在這一技術領域，西方國家在早期占有絕對的領先地位，在2008年以前，美俄英德等國不僅掌握著燃氣輪機市場的大部分份額，同時還握有生產燃氣輪機的所有關鍵技術，而作為后發國家，我國此前如果想要制造燃氣輪機，除了要從西方國家手里進口核心零件，每年還得交錢買周邊技術跟技術許可。

進入21世紀，隨著西氣東輸等項目的進行，再加上液化天然氣的大量進口，我國重新獲得了發展重型燃氣輪機的動力，但是，這時的中國，也遭到了外國企業嚴密的技術封鎖，為了在最短時間內彌補技術差距，我國采用了市場換技術的模式，進口了一批比較先進的重型燃氣輪機，但是這并沒有改變受制于人的局面，而外國工程師全程拒絕我國技術人員靠近設備，國產的整機成品不僅只準在國內銷售，還必須雇請外國工程師維護，這無疑刺傷了相關行業人員的自尊。

在此之后，我國通過兩種辦法，成功獲得了E，F，H（按燃燒溫度或出力劃分）三級重型燃機國產化的能力。一方面，我國與一些歐洲企業進行聯合與重組，入股了安薩爾多，阿爾斯通這兩家意大利與法國的工業巨頭，成功得到了一批至關重要的技術；另一方面，我國始終堅持自主研發，已于2019年成功研制出了F級300兆瓦的重型燃氣輪機，同時新的400兆瓦重型燃氣輪機，也就是H級燃氣輪機的研發也已開始，而在小型燃氣輪機領域，我國也早已研制出了一整套50兆瓦燃氣輪機系列產品。

▏“太行110”重型燃氣輪機

中國航發“太行110”重型燃氣輪機（代號AGT-110）在深圳通過72小時滿負荷連續運行產品驗證鑒定，標志著我國重型燃氣輪機走完自主研制全過程，填補了國內該功率等級產品空白，也為下一步走向商業成功奠定了堅實基礎。

“太行110”重型燃氣輪機是我國首臺110兆瓦級的重型燃氣輪機，具有啟動迅速、綜合熱效率高、維護簡便等優點，可使用燃油、天然氣及中低熱值氣等多種燃料發電，可應用熱電聯產、天然氣調峰電站、聯合循環發電等多個領域，還可配合風電、光伏、水電等多種能源耦合供電。與同功率火力發電機組相比，110兆瓦級重型燃氣輪機一年可減少碳排放超過100萬噸，聯合循環一小時發電量超過15萬千瓦時，可以滿足15000個家庭一天的用電需求。

“太行110”重型燃氣輪機改進、改型研制中，集合了國內航空、機械、石油、電力等多行業力量，取得了102項國家專利，突破了重型燃氣輪機設計、先進材料制備、整機制造、試驗及調試等一系列關鍵核心技術，建立了具有自主知識產權的重型燃氣輪機設計、研制、試驗、調試等一批先進研究平臺，培養了一支高度專業化的重型燃氣輪機設計研發和制造生產人才隊伍。對于實現“雙碳”目標、保障國家能源安全、助力高質量發展具有重要戰略意義。

“太行110”重型燃氣輪機已累計運行突破14000當量小時，其中單臺運行時數超過7000當量小時。

▏燃氣輪機的應用

燃氣輪機作為一種戰略性設備，最主要的應用領域有兩個，第一個是能源，這部分應用與民生的關系非常緊密，最主要的產品，是用于大型火電站的發電燃氣輪機，還有一些中小型的工業驅動燃氣輪機，用于給工廠提供動力。

另一個領域，不必多說肯定是軍工，覆蓋了艦用燃氣輪機，和航空發動機改造燃氣輪機等領域，總體來說，軍工領域的燃氣輪機，都是中小型產品，體積相比發電廠中的大型燃氣輪機要小得多。

▏燃氣輪機的優缺點

燃氣輪機較少用于一般汽車和個人用機械上，與其優缺點相關。事實上曾有汽車公司開發過燃氣輪機家用汽車，例如1950年，羅浮汽車制造的JET 1.0或是克萊斯勒的Chrysler Turbine Car 前后努力過數十年，但最后都因為種種弊大于利還是放棄了計劃。最終還是軍用車輛與飛機、船舶較適合使用，21世紀后捷豹汽車推出 C-X75概念車，嘗試將燃氣輪機當成發電裝置給電池充電后驅動電動車，成為一種新概念嘗試，但依然沒解決價格和排放標準問題。

優點

1、直接輸出旋轉運動，所以噴射機和船舶很適合，但一般人使用的發電機或汽車則不是最佳適用選擇。

2、不需要暖機也沒有那么多冷啟動問題，在冷天候地區不需要加防凍液之類。

3、支持多種燃料：汽油，柴油，煤油，花生油，幾乎任何可燃性液體甚至混合液體都適用。

缺點

1、適合高速穩定運轉情境，怠速或者加速時效率相對要低很多，并且怠速時油耗費用極高。這可以算是家用汽車最不適用的成因。

2、運轉時發動機內持續高溫，對材料抗高溫和耐久性要求很高，造價昂貴。

3、噪聲大，有一種獨特的尖銳噪音。就算分貝降低對許多人來說仍難以忍受。

4、瞬時響應并不好，對汽車在城市環境下使用有影響。

5、排放與溫度成指數相關，高溫的輪機就有高排放，這可算是排放標準趨嚴的態勢下最致命缺點。

（圖片來源于網絡）

作者 | 顧俊哲

計算機科學與技術碩士，畢業后從事網絡信息收集與整理工作，關注大眾科普知識，探索前沿科技。

來源: 顧俊哲