微小型燃气轮机技术发展前景

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文/张丽 陈硕翼，科技部高技术研究发展中心，科技中国
本文对微小型燃气轮机技术国际发展现状与趋势，以及我国发展水平及国内外差距进行了系统梳理;并针对我国微小型燃气轮机技术发展存在的问题及面临的挑战，提出了相关对策建议。一、关于微小型燃气轮机燃气轮机是涉及国家能源和国防安全的战略性产业，是能源动力装备领域的最高端产品，代表装备制造业的最高技术水平。 按照功率等级，燃气轮机可分为微型、小型、中型和重型。其中：发电功率为1 MW以下的称微型燃气轮机，1~10 MW为小型燃气轮机，10~100 MW为中型燃气轮机，100 MW以上为重型燃气轮机;10 MW以下可统称为微小型燃气轮机，10 MW以上可统称为中重型燃气轮机。 与中重型燃气轮机相比，微小型燃气轮机应用面更广、需求量更大，是分布式供能、天然气发电、工业驱动、军用电源、直升机动力和车船动力等领域的核心装备，对提高能源利用效率、降低PM2.5、NOx及SO2等污染物的排放，以及提升武器装备技术水平与作战能力具有重要意义。 微小型燃气轮机的核心技术：一方面，是热端部件材料及制造工艺、低污染燃烧技术等与其他功率等级燃气轮机所面对的同样关键技术问题;另一方面，则是由于微小型燃气轮机具有尺寸小和转速高的特点，具备一些特有的技术难点，如紧凑式回热器、高速空气轴承和高速电机等。二、国际发展现状与趋势美国、日本、英国等先进国家微小型燃气轮机技术基础已经成熟，产业配套体系完善，已形成各自的微小型燃气轮机产品系列。未来向着低污染、高可靠性和多燃料适用性等方向发展。 目前国外生产和销售的微小型燃气轮机的厂商主要有Solar、Capstone、Allied Signal(已被Honeywell并购)等公司，GE和Siemens等公司也有部分小型燃气轮机产品型号。在微型燃气轮机技术与产品方面，Capstone公司处于绝对领先地位，占有世界微型燃气轮机市场80%以上的份额。Capstone公司成立于1988年，自1998年第一台微型燃气轮机成功投入商业用途，至今已有超过5000台机器在世界各地运行，累计运行时间已超过1500万小时。作为最早研发也是目前最成功的微型燃气轮机，Capstone微型燃气轮机集航空涡轮发动机技术、高效军用回热器技术、空气轴承技术、高速永磁发电技术、清洁的超低排放技术、高度集成的数字电力转换技术等核心技术于一体。整台机组只有一个运动部件，使得结构更加紧凑;机组采用空气冷却，无需润滑油和冷却液，几乎无运行维护费用;另外，机组能够适应多种燃料，排出的烟气具有较高的余热，可以回收利用;全部采用模块化设计，便于自由组合使用。Capstone微型燃气轮机功率范围覆盖30~1000 kW，有C30、C65、C200、C600、C800和C1000等系列。 Solar公司致力于小型燃气轮机研发生产，生产的10 MW以下机组占有世界60%以上的市场份额。Solar公司创建于1927年，现有13890多台燃气轮机机组在96个国家运转，是世界上最大的工业用燃气轮机(1~22 MW)生产厂商。Solar公司现已形成了Mercury(水星)、Centaur(人马座)、Taurus(金牛)、Saturn(土星)、Mars(火星)和Titan(大力神)等6个燃气轮机产品系列，主要用于备用电源、连续发电、热电联供及动力驱动产品。核心产品包括Mercury50(4.2 MW)、Centaur40(3.6 MW)、Centaur50(4.6 MW)、Saturn20(1.2 MW)和Taurus60(5.6 MW)等。三、我国发展现状与面临的主要问题我国微小型燃气轮机的研制起步较晚，从发展阶段来看，我国的微小型燃气轮机尚处于系统研发、产品研制与示范阶段，尚需关键技术研发、试验验证与市场认可。面临的主要问题有： 系统设计及关键技术有待提高。微小型燃气轮机的研发需要具备一套完整的设计、试验和制造体系。作为市场中的后来者，我国自主知识产权燃气轮机要在市场上有立足之地，既要规避国外燃机已有的专利及受保护技术成果，还要在性能上达到或接近国外新产品的水平。然而我国开展微小型燃气轮机研制时间较短，研制经验不足，基础研究还不充分，系统设计研发能力较薄弱。 装备制造基础有待提升。微小型燃气轮机的发展涉及多种学科，与国家基础工业的发展水平密切相关，受机械制造、材料工艺、冶金、电子信息和试验测试等技术发展的影响很大，我国需要继续加强相关材料及工程化基础研究。 产业配套能力有待完善。微小型燃气轮机属于高端动力装备，为满足微小型燃气轮机制造及产业化的需求，对相关的配套上下游产业要求较高。在上游微小型燃气轮机制造方面，拥有关键核心部件加工能力的航发加工企业不愿承担少批量的加工任务，而感兴趣的民企却缺乏相关加工能力，因而我国为微小型燃气轮机提供零部件加工配套的企业数量少、规模小、力量分散、技术成熟度低。在下游产业化方面，目前微小型燃气轮机的市场培育还不够，分布式供能等应用出口的需求还没有完全释放，国家对自主知识产权燃气轮机的优惠政策和扶持还较欠缺。四、对策建议加强战略研究。客观认识我国微小型燃机的研发能力及差距，坚定自主研发决心，加强战略研究，加速形成我国微小型燃气发展完整、明确、稳定的发展规划及思路。 积极发挥企业创新主体作用。微小型燃气轮机市场竞争激烈，应积极营造支持燃气轮机产业发展的政策环境，充分利用税收、金融等市场经济手段对燃气轮机给予必要的扶持。建议对燃气轮机研制项目和示范工程实行优先审批制度，利用税收及首台(套)设备等优惠政策，鼓励技术研发，积极推进示范工程建设。 以具有自主制造能力的企业为主体，建立团结协作、集智攻关、“产学研用”相结合的创新研制体制，充分发挥企业的主观能动性，把企业的发展目标和国家燃气轮机的发展目标紧密结合，形成可持续发展的能力。 国家给予支持。微小型燃气轮机是国家的战略性产业，国家应给予资金支持。建议两机专项高度跟踪关注微小型燃气轮机后续相关工作。建议科技成果转化引导基金予以支持，形成必需的试验验证条件，为微小型燃气轮机研制提供必要的技术支持。
加强人才队伍建设和国际技术合作。贯彻以人为本的理念，深入实施人才战略，加大对燃气轮机人才培养和引进的支持，加强国际技术合作。
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