燃气轮机优势、结构、分类、产业链及市场空间如何？

具有高响应、高效率等优势的发电设备。

1.燃气轮机：轻量高效节能环保，赋能电力、油气等多个高端领域

燃气轮机在工业发电、机械驱动、油气生产等领域有广泛应用。首先，相对于传统 的锅炉、蒸汽轮机等，燃气轮机在运输和安装过程中更加便捷，降低了工程投资和 施工周期。其次，燃气轮机拥有大功率输出能力，可以为各类设备提供稳定而强劲 的动力，确保设备能够高效运行。另外，燃气轮机具有启动快的优势。在紧急情况 下，燃气轮机能够迅速启动并投入运行，为设备提供及时的动力支持。此外，燃气轮 机还具备燃料适应性强、环保节能等优势，凭借轻量化设计、高效的动力输出、快速 响应能力以及环保节能特性，燃气轮机在工业发电、机械驱动、油气生产等多个领 域扮演着重要的角色。

2.燃气轮机：旋转叶轮式结构，实现化学能到机械能的高效转换

燃气轮机是一种旋转叶轮式热力发动机，其核心部件包括压气机、燃烧室和燃气涡 轮，这三者共同构成了燃气轮机的简单循环，这也是大多数燃气轮机所采用的基本 方案。简单来说，其工作原理在于通过连续流动的气体作为工质，驱动叶轮高速旋 转，从而将燃料的能量高效地转化为有用功。 根据华天航空动力官网的相关说明，在燃气轮机的工作流程中，压气机首先负责从 外界大气环境中吸入空气，并通过轴流式压气机的逐级压缩，使空气增压且温度相 应提高。随后，压缩空气被送往燃烧室，与喷入的燃料混合并进行充分燃烧，产生高 温高压的气体。这些气体随后进入燃气涡轮中，通过膨胀做功，推动涡轮旋转，进而 带动压气机和外负荷转子高速旋转。这一过程不仅实现了气体或液体燃料的化学能 部分转化为机械功，同时也输出了电功。在燃气轮机中，压气机是由燃气涡轮膨胀 做功来带动的，它扮演着涡轮负载的重要角色。

在简单循环中，涡轮发出的机械功有相当一部分（大约1/2到2/3）用于带动压气机运 转，而剩余的机械功（约1/3）则用于驱动发电机。在燃气轮机启动的初始阶段，通 常需要外界动力源（如起动机）来带动压气机旋转，直到燃气涡轮发出的机械功超 过压气机消耗的机械功时，外界起动机才会脱扣，燃气轮机才能独立运行。这一精 巧的设计确保了燃气轮机在启动和运行过程中的高效与稳定。

3.燃气轮机：一般按照工作温度进行分类，F 级是目前的主流机型

按照燃气工作温度，燃气轮机可以分为E级、F级、G/H级、J/HA/HL级，这也是主要 的分类方式。根据工信微报和《Gas Turbines Past, Present & Future》(S.C. (John) Gülen，2021年)说明，燃气工作温度约1200℃-1300℃为E级燃气轮机，燃气工作温 度约1400℃为F级燃气轮机，燃气工作温度约1500℃为G/H级燃气轮机，燃气工作温 度约1600℃为J/HA/HL级燃气轮机，其中F级是目前在役的主流机型。第一代F级燃 气轮机始于20世纪90年代，此后又推出了G/H级燃气轮机，步入2010年后研制出了 效率更高的J/HA/HL级燃气轮机，目前F级以上燃气轮机效率均大于40%。

按照功率大小，燃气轮机可以分为重型燃气轮机、中型燃气轮机、小型燃气轮机、微 型燃气轮机、超微型燃气轮机。根据华天航空动力官网说明：重型燃气轮机功率范 围在100MW以上；中型燃气轮机功率范围在10MW～100MW；小型燃气轮机功率范 围在1MW～10MW；微型燃气轮机功率范围在100KW～1MW；超微型燃气轮机功率 范围在100KW以下。其中，微型燃气轮机可由航空发动机改制而成，称为“航改燃”。 按照设计初衷和用途，燃气轮机可以分为工业型燃气轮机和航改型燃气轮机。根据 航空产业网、西门子能源官网说明，工业型燃气轮机设计紧凑、可靠，注重长时间运 行的经济性和可靠性，主要用于发电、工业驱动和船舶推进；航改型燃气轮机设计 灵活、紧凑、重量轻，注重高功率输出和轻量化，最初开发应用于航空领域，后经过 改造用于地面或工业应用（如油气行业的发电和机械驱动应用等）。

4.从前端材料研发、精密制造，到全生命周期运维的高附加值产业

在技术与材料的双重考验下，燃气轮机产业链各环节壁垒相对较高，制造过程涉及 气动力学、固体力学、燃烧学、机械学、材料学、自动控制等多学科交叉。 燃气轮机的上游产业链主要聚焦在材料研发生产。燃气轮机部件的关键材料，主要 包括多种高温合金、铝合金、钛合金，以及高性能的复合材料和热障涂层等。燃气轮 机作为一种能够将热能转化为机械功的旋转动力机械，其正常运作基于连续流动的 高温气体，因此需要能够承受较高的温度。例如在工业和船用领域，根据华天航空 动力官网相关说明，燃气轮机需承受高达1200摄氏度的极端温度。因此，燃气轮机 的主要材料以高温合金、钛合金等为主。随着技术的进步和研究的深入，合金材料 也经历了较为漫长的发展历程。以高温合金为例，根据《Gas Turbines Past, Present & Future》(S.C. (John) Gülen，2021年)资料显示，合金材料经历了由锻造合金到等 轴熔模铸造合金再到定向凝固铸造合金的发展历程，并于20世纪80年代研发了单晶 铸造合金。同时，热障涂层的运用显著提升了零部件的抗腐蚀和耐高温性能，确保 了其在极端工况下的稳定运行。

燃气轮机的中游产业链以零部件的精密制造为核心。涡轮叶片、压气机叶片、燃烧 室以及涡轮轮盘，为燃气轮机的四大核心热端部件。这些部件的制造难度较高，需 要铸造、锻造、焊接、热处理、无损检测、精加工以及性能评价等多个学科和专业的 深度融合。

燃气轮机的下游产业链主要涉及整机制造、维护保养、维修及升级。整机制造企业 对各零部件进行筛选和设计，将零部件整合成高效、可靠、能够安全运行的燃气轮 机。此外，为了确保燃气轮机的稳定性并且延长其使用寿命，下游环节还包括了定 期的维护、修理及可能的升级。

5.市场空间：驱动电力绿色转型，未来十年全球空间或超千亿美金

燃气轮机行业下游应用广泛，主要涵盖电力、油气运输、船舶制造、重型机车等多 个关键领域。随着天然气作为一种高效、优质、清洁的能源和理想的化工原料，近年 来逐渐被世界各国重视，燃气轮机及其联合循环技术较适合于燃用天然气的动力装 置，因其具有高效能源转换能力和环保排放特性，天然气能够得到更加充分的利用。 据Grand View Research 网站统计，目前全球燃气轮机的主要用途集中在电力生产 上，占比超67.0%，其高效稳定的性能使其成为电力行业的首选动力源。同时，也有 部分燃气轮机被应用于工业如为舰船和坦克提供动力支持等。随着技术的不断进步 和市场的不断扩大，新的燃气轮机产品型号不断出现，机组性能不断改善提高。

电力公用行业以重型燃气轮机为主，过去七年内重型燃气装机量占比近95%。重型 燃气轮机由于其功率高，稳定性较好，且长期运行的经济性更好等原因，在公用发 电行业上具备较强优势。据Gas Turbine World杂志，2017-2023年全球燃气轮机用 于电力公用行业的台数为1445台，发电装机容量达229.25GW。按装机台数划分，重 型燃气轮机安装台数为1020台，占比约70%；按装机兆瓦数划分，重型燃气轮机装 机约217.01GW，占比达95%。

油气行业重型燃气轮机与航改型燃气轮机平分秋色。据Gas Turbine World网站， 2017-2023年全球燃气轮机用于油气行业的台数为1585台，发电装机容量达 45.91GW。按照装机容量划分，航改型、重型、轻型燃气轮机占比分别为42%、44%、 14%。

燃气轮机近五年销售量较平稳，技术迭代或可激发下游更新需求。据Gas Turbine World网站预计，燃气轮机销售量从2019年的389台逐步攀升至2023年的453台，而 按兆瓦数统计则由39975MW波动上升至44101GW。2023年按兆瓦数口径统计的销 售量较2022年略有下滑，主要是因为2022年电力公司对新一代H级与J级燃气轮机技 术的更新需求激增，导致2022年销售量基数较高，达50479WM。

未来十年全球订单总额超1370亿美元，市场前景较为广阔。据Gas Turbine World网 站杂志，预计2024年全年销售按兆瓦数统计将达到45805MW，同比增长3.9%；按 台数统计将达到502台，同比增加10.9%，其中发电公用行业将增长17%，油气行业 将增长5%。此外，预计未来十年燃气轮机仅新增订单额（不包含辅助系统以及安装 费用）就将超过1370亿美元，售后与维修市场规模或将超过2610亿美元。据蓝色碳 能公众号测算，亚太地区作为全球燃气轮机市场增长最快地区，2023年燃气轮机市 场规模约94.45亿美元，预计到2033年将达到199.6亿美元，年复合增长率达7.8%。

全球燃机市场景气度持续，龙头企业如GE Vernova 相关订单及营收快速增长。据 GE Vernova 公司公众号，公司公布2024年财报，强劲财务表现表明当前全球能源 变革、低碳转型发展势头足。2024年第二季度，GEV 公司发电业务板块，订单方面， 实现订单总额50亿美元，有机同比增长30%，主要得益于燃气发电和水电订单的增 长，其中服务订单（售后维修及备件）也实现双位数增长；营收层面，发电业务板块 第二季度实现总营收45亿美元，增长8%、有机增长10%，其中燃气发电设备及服务 业务对该增长贡献最大；利润率第二季度增长1.8%，得益于燃气发电服务量的增长、 生产力的提高以及价格的积极走势。