燃气轮机工作原理及市场表现如何？

大国重器，技术壁垒较高。

燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动 力机械，包括压气机、燃烧室、透平三大核心设备。其工作原理为：压气机从外部吸入 空气，空气从燃气轮机进气口进入，通过压气机叶片升压，压缩后送入燃烧室，同时燃 料(气体或液体燃料)也通过燃料喷嘴喷入燃烧室,与高压空气进行混合后燃烧。燃烧生成 的高温、高压烟气受热后膨胀,经过导流后与透平叶片接触,气体在接触过程中逐渐膨胀, 推动透平叶片带动主轴旋转，实现热能转化为机械能。 燃气轮机在电力、能源开采与输送、舰船以及分布式能源系统方面应用广泛，是关系国 家安全和国民经济持续增长的重大动力装备，被誉为工业制造领域“皇冠上的明珠”，是 展现一个国家先进科技水平、强大军事实力和综合国力的重要标志。

涡轮叶片是燃气轮机的核心部件，价值量占比较高，制造难度大。我们以用于航空领域 的燃气轮机（航空发动机）为例，根据前瞻产业研究院，从航空发动机种类来看，涡扇 发动机广泛应用于战斗机、运输机、客机等，占比 95%以上。涡扇发动机里，叶片价值 占比 35%，占比最大。此外，在发动机叶片中，涡轮叶片的价值量最大，占比达 63%制造 方面，燃气轮机涡轮叶片由于工作环境处在高温高压、高负荷、高震动、高腐蚀的极端 状态,因而需要具备较好的高温性能、力学性能和耐腐蚀性能，技术壁垒较高。

AI 数据中心建设加剧全球电力消耗，催化燃气轮机需求上行。（1）根据高德纳预测，目 前全球为实现生成式 AI 而新建的大型数据中心数量高速增长，导致电力需求高增。 2023-2027 年全球 AI 服务器用电量将从 195 太瓦时提升到 500 太瓦时，2027 年现有 AI 数 据中心的 40%将因电力供应问题而受到运营限制。（2）数据中心的高商业价值要求其有 长期稳定、充裕的备用电源，相比风电和太阳能发电的波动性和随机性，燃气轮机凭借 启动速度快、发电效率高、调峰能力强等优势，未来有望成为调峰发电的重要选择方案，看好燃气轮机长期需求上行。 根据 Gas Turbine World 和三菱重工预测，2019-2023 年全球燃气轮机销量从 39.98GW 提 升到 44.1GW，CAGR 为 2.49%，预计 2024-2026 年全球燃机年均销量为 60GW，较 23 年的 44.1GW 提升 36%，增长加速。

全球燃机市场有望长期持续增长，亚太地区为当前最大区域市场。根据燃气轮机聚焦， 2023 年全球燃气轮机服务市场规模 376.4 亿美元，预计到 2033 年将达到约 868.4 亿美 元，2024 年至 2033 年 CAGR 为 8.72%。从市场分布来看，根据 MMR，2023 年中国、日本、 印度等亚太地区占据全球 41%份额，为最大区域市场。北美地区占比 22%，未来随着美国 AI 数据中心建设的迅速推进，预计美国市场占比有望进一步提升。

燃气轮机性能优越，广泛应用于发电、工业驱动、舰船动力等领域。相比柴油机和蒸汽 轮机，燃气轮机具有体积小，结构紧凑；声低，运动平稳，振动小；单机功率大，功率 重量比大，起动加速性好；润滑油消耗低，保养量小，管理人员少；可靠性高，可利用 率高等特点和优势，广泛应用于发电、石油化工、天然气输送及航空、舰船、铁路运输 等领域。具体从下游应用情况来看，根据观研天下，目前发电为燃气轮机主要应用领域， 下游应用达到了 32%；其次是油气领域，占比为 29%，舰船等其他领域占比 39%。

燃气轮机的分类方式多样。按照使用对象可以分为航空发动机、舰船用燃气轮机、工业 用燃气轮机。按照功率范围可以分成重型燃气轮机、中型燃气轮机和轻型燃气轮机。其 中重型燃气轮机主要用作于城市电网，中型燃气轮机主要用作于工业发电、船舶发电、 管道增压、坦克机车等，轻型燃气轮机主要用作于分布式发电。此外，重型燃气轮机可 以按燃烧温度分级，E级、F级、G/H、J级燃气轮机的透平转子进口温度分别在1200℃、 1300℃、1400℃、1600℃。

目前全球燃气轮机市场主要为三菱、西门子能源、GE 等公司垄断，根据 straits research，2023 年上述三家公司全球份额合计达 76.3%。（1）根据 McCoy Power Reports， 三菱重工 2023 年的全球燃气轮机市场份额 36%，连续两年位居世界第一，并且在高级燃 机市场（G、H 和 J 级别）中占据了 56%市场份额。此外，在建规模方面，根据 Global Energy Monitor 在 24 年 8 月份的文章，全球三大燃气轮机制造商通用电气、西门子能源 和三菱重工占据全球在建燃气发电厂燃气轮机市场份额的三分之二。其中，GE Vernova 以近 55GW 在建容量位居世界第一。