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燃气轮机 — 发电行业兼具清洁与高效的精灵
2020-09-15
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在当今世界，可靠又实惠的能源是经济增长和品质生活的关键推动力，国际能源署2019年发布的世界能源展望报告中提出，未来20年对电力的需求将会不断增加，其增长速度将会是整体能源需求的两倍。由此，发电企业面临巨大压力，他们不仅要满足日益增长的需求，还要为偏远地区供电。在满足监管部门的要求的同时，还要不断研发新技术。据IHS预测，综合考虑新增装机与现有电厂机组退役，未来25年内全球电网将增加7270GW的装机容量。
我国经济正处于高质量发展阶段，无论是工业用电还是居民生活用电，都使得国内电力市场有着较大的发展潜力。 基于我国煤炭资源较为丰富的国情，燃煤发电长期占据我国发电和火电领域的主导地位，但在当今经济、社会、环境考虑的大背景下，相关研究认为我国燃煤发电已经达到峰值，未来将呈下降趋势。从经济、环境及效率等的角度出发，以燃气轮机为驱动装置的联合循环电厂在我国发电行业中正在不断加速发展。
燃气轮机是以连续流动的气体为工质的旋转式热力发动机，联合循环发电厂是以燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成的循环发电系统。从诸多因素下考虑，联合循环发电厂成为了发电企业的天然选择：
物理因素：在受限环境中表现优异；单位占地面积的出力大。
经济因素：优秀的可用性和先进性，令其全生命周期平均度电成本（LCOE）与优质的太阳能和燃煤发电不相上下。
环境因素：相较煤炭或石油，污染物排放更少。
可持续性因素：能够以最快速度并网以及达到最大负荷，可帮助弥补可再生能源每日和季节性的需求波动。
燃机轮机结构
燃气轮机相比传统火电机组有着很明显的优势
2x9HA联合循环与2x660MW超超临界燃煤电厂初投资及单位千瓦造价比较：
数据来源：GE，9HA联合循环和660MW超超临界燃煤电厂比较
数据来源：GE，9HA联合循环和660MW超超临界燃煤电厂比较
2x9HA联合循环与2x660MW超超临界湿冷燃煤机组比较：厂区占地面积约为三分之一，主厂房体积约为三分之一，耗水量约为三分之一，厂用电消耗为三分之一。
2x9HA联合循环与2x660MW超超临界燃煤电厂超低排放比较：
数据来源：GE，9HA联合循环和660MW超超临界燃煤电厂比较
燃气轮机在我国的发展现状
由于不同的历史背景，燃气轮机有着不同技术道路发展，一条是以罗罗、普惠、GE为代表的航空发动机公司用航空发动机改型而形成的工业和船用航改轻型燃气轮机（俗称“航改机”）；一条是以西门子、ABB、GE公司为代表，遵循传统的蒸汽轮机理念发展起来的工业重型燃气轮机（俗称“工业机”），主要用于机械驱动和大型电站。在世界范围内，市场主要被通用电气（GE）公司、西门子西屋、阿尔斯通/ABB、索拉公司、罗罗公司、三菱和俄罗斯的企业占据。
在我国燃气轮机行业的发展主要经过三个阶段
五十年代末发展重型燃气轮机，七十年代中期在南京组建科研生产基地，组织了“2万3千千瓦燃机”大会战，奠定重型燃气轮机研制基础。
1980年代，由于油气供应严重短缺，不允许燃油、燃气发电，仅保留南京汽轮机厂，其他制造企业全部落马。哈汽、上汽、东汽、南汽联合研制的17.8兆瓦川沪输气管线燃气轮机，就因为能源政策调整而未能投产。在这期间，人才培养和国家研发投入基本停止，人员和技术流失。仅有南汽和美国GE公司合作生产的MS6001B型燃气轮机，核心部件由美国GE公司提供，取得一些成果。
2001年起，随着西气东输和进口液化天然气的增加，启动了重型燃气轮机国内市场需求，发改委和国家能源局在2001年至2007年的六年间主持三次共50台机组、约1800万千瓦的以市场换技术的燃气轮机“打捆招标”，引进GE、西门子、三菱的E/F级重型燃气轮机制造技术。上海电气与西门子、南京汽轮电机和哈尔滨电气各自单独与GE、东方电气与三菱分别合资合作，推动燃气轮机国产化。
三大电气集团
哈尔滨电气：
阿尔斯通在2013年6月与哈尔滨汽轮机厂有限责任公司（以下简称“哈汽”）签署了一项在华进行GT13E2燃气轮机许可生产、销售和组装的长期协议。根据协议，哈汽将在华生产并组装GT13E2燃气轮机，同时一些关键部件将继续由阿尔斯通来提供。
手握全球最先进燃气轮机技术的GE为了在销售和服务环节给客户提供一站式服务，同时及时响应客户的需求，GE在中国市场成立了发电事业部，在这一事业部中涵盖了生产和服务两大部门，这也成为GE在全球唯一一个将生产与服务两大业务合并在一起的地区。
在生产环节中，GE与南汽、哈电等合作伙伴的合作经过多年的磨合，相互之间的配合已变得十分默契。为了更好地与合作伙伴开拓中国燃气轮机市�。�2014年3月，GE在哈尔滨建立了创新中心，这是继成都（重点研发基层医疗解决方案和页岩气开发勘探技术）和西安（致力于LED照明、航空、能源等行业的创新解决方案）之后，GE在中国的第三个以本土化和协同创新为目标的创新中心。
2014年7月10日，GE与哈尔滨电气集团在2014年度“中美绿色合作伙伴计划” 签字仪式上签署“高效、灵活、低排放重型燃气轮机联合循环发电机组设计和制造示范项目”合作意向书，根据意向书，GE公司向哈电转让制造技术，并展开相关培训和人才培养，为9HA燃机技术的本地化提供支持。
上海电气：
2004年下半年，上海电气承接了9台燃机项目合同，专门建造了装备一流的生产F级和E级重型燃机的生产基地和总装车间。仅用了10个月，就与西门子合作生产了首台F级重型燃气轮机，这一当今世界顶尖产品的国产化程度达20%。
2014年5月8日，上海电气和意大利安萨尔多公司签署一系列协议，上海电气计划出资4亿欧元参股后者40%股权。
世界上完全拥有重型燃机研制能力的，除了第一梯队的“三巨头”，还有法国阿尔斯通和意大利安萨尔多两家组成的第二梯队。1991年西门子与安萨尔多进行燃机技术合作，但到了2000年左右西门子意识到燃机技术的重要性，向对方规定了技术使用年限和范围并收回了技术转让许可。这反而促使安萨尔多转向自主研发，10多年后，它拥有了独立技术。当时该公司主要聚焦欧洲市�。磕暧�10多亿欧元销售额，2000多万欧元利润。虽然规模不能和“三巨头”相比，但它的燃机产品和技术齐全，并拥有完整的知识产权。
安萨尔多虽然盈利，但其母公司（Finmeccanica）却受欧洲经济环境影响，陷入债务泥潭。此前欧洲的一家企业提出以13亿欧元收购，但在意大利管理层和工会坚决反对下失败。得知安萨尔多母公司回绝该公司之后，上海电气看准机会，迅速向其伸出橄榄枝，于2014年底完成了对其40%的股权的收购。
参股安萨尔多后，其在上海成立生产基地和研发中心，上海电气分别占比60%和40%。研发中心将共同研发并推出新的燃气轮机技术，合同条款明确规定我国要在意大利的研发中心派人长期学习，并全程参与产品的设计研发。
东方电气：
2005年，东汽第一台F级重型燃机试车成功。5年后，福建莆田电厂3号机组投运，这台由东汽制造的35万千瓦燃机，达到世界领先水平。它是东汽多年来的“集大成之作”，其国产化率达到79%，创下国内燃机国产化率的最高纪录。虽然这值得所有东汽人骄傲，但仍有占21%的核心部件被外国人紧紧攥住。
2014年03月，四川省燃气轮机产业联盟成立。该联盟由东方汽轮机有限公司牵头，整合包括中科院成都分院、中国第二重型机械集团公司、四川成发航空科技股份有限公司等23家燃气轮机产业联盟成员单位资源，致力于燃气轮机产品研发、燃机材料研制、燃机零件高端制造、燃机辅助系统高端配套件、控制系统研发，促进产学研合作，实现共同发展。
2019年9月，由东汽研发的我国首台自主研发、拥有自主知识产权的重型燃气轮机（F级50MW重型燃机）整机点火实验正式启动，标志着我国燃气轮机里程碑的又一进程。
保险承保中关注的要点
联合循环电厂最核心的设备为燃气轮机本体，其设备价值高、技术难度大，中大型机损事故也往往集中在这一部分。因此，燃气轮机技术的成熟度和稳定性是关注的重点。
成熟机组 Proven Technology – 连续无故障运行超过8000小时，且全球至少有两台机组投入营运。
不成熟机组 Unproven Technology – 测试阶段稳定运行时间未到8000小时，或在测试运行过程存在潜在缺陷，需要在设计和原材料方面加以改进。
原型机 Prototype – 通常涉及大量的设计变更，新型技术或者新型材料的运用，未进行足够测试和调试，对其特性、稳定性甚至缺陷缺乏了解，设备设计验证周期长，有待运行中进一步观察。
资料来源：
1. 美国通用电气公司中国发电事业部官网
2. 新浪网《大国重器那些事（番外之三）由天然气说到燃气轮机》
3. 华经情报网，2019年中国火力发电行业运行现状，煤炭资源决定火力发电的发展
4. 国际能源署最新报告：电力需求将以更快的速度增长 2040年中国仍将是世界最大能源消费国
5. 搜狐网《大国重器 我国自主研发的50MW级燃气轮机开始点火试验》
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