先問大家一個問題：中國人想要過上歐美那樣的壕氣生活需要什么？

第一個蹦出來的答案肯定是“錢”，但這等于什么都沒說，因為如果鈔票可以解決一切問題，我們只需要開動印鈔機就可以了。

【資料圖】

想過上歐美生活，我們所需要的最本質的東西，其實是Energy（可以理解為能量，也可以理解為能源）——設想一下，如果人人都有汽車、空調、暖氣、烤箱、大冰箱、微波爐、洗衣機……那么生活品質大概率是差不到哪里去的。

看一看中國和美國的人均能源消耗就知道了——2014年，美國人平均消耗6960kg的油當量（你可以理解為消耗了近7噸汽油），而中國只有2224.35kg——連日韓的人均能源消耗都比我們高。

高能耗說明啥？說明人家享受的東西多唄，說明人家空調24小時不關唄。

其實不僅是這些家用電器，糧食和肉蛋奶的背后其實也是能源在支撐——美國大農場的背后是重型拖拉機、重型收割機、重載列車和卡車、農藥飛機，而不是美國農民面朝黃土背朝天的體力勞動。

對我們來說，工業產品倒是足夠多了，但能源，我們的確還有相當大的差距——畢竟如果單純靠石油來讓中國十幾億人也過上“大牛排、大house、大皮卡”的生活，估計半個地球的石油都不太夠。

但好在，我們已經有了不一樣的發展方向。

中國能源的未來發展藍圖實際上早就已經確定好了——2021年3月15日的中央財經委員會第九次會議上，我們提出了構建“以新能源為主體的新型電力系統”。

而在這個“新型電力系統”之中，占據核心位置的就是燃氣輪機。

根據新華社的描述：在“雙碳”目標下，高效、靈活、低排放的燃氣輪機發電將在支持新型電力系統建設中扮演重要角色，在構建低碳產業鏈、滿足“雙碳”發展需求方面發揮重要作用。

而更令人激動的是，燃氣輪機實際上也是包括航空母艦、大型驅逐艦在內很多國產大型水面艦艇的“心臟”。

今天，我們就來好好聊聊“燃氣輪機”這個“大國重器”。

燃氣輪機是什么？

燃氣輪機=燃氣+輪機

這個等式看上去簡單到有點像一句廢話，但從分類上來說，所謂“Turbine（輪機）”本質就是利用工質（比如高溫高壓空氣/蒸汽）來帶動葉片運動做工的機器——不嚴謹地說，很多人裝在汽車空調出風口的那種螺旋槳裝飾品也是“輪機”。

而今天我們要說的“燃氣輪機”只是輪機家族里的一個成員而已，這個家族里還有像諸如“蒸汽輪機”之類的老大哥。

從結構上講，燃氣輪機的核心部件包括三部分：壓氣機、燃燒室、渦輪（透平）。

以重型燃氣輪機常用的軸流式構型為例，進氣道吸入新鮮空氣后，壓氣機里的十幾級葉片將會把空氣加壓成為高壓氣體。

這些高壓空氣隨后就進入了燃燒室，在這里，噴射出來的燃油和高壓空氣混合并被點燃，形成了高溫高壓氣體。

然后，劇烈膨脹的高溫高壓氣體便射向了位于后端的渦輪，帶動渦輪旋轉最后輸出機械能——這些機械能一部分用來驅動壓氣機，一部分則對外輸出，可以帶動發電機發電，也可以帶動艦船主軸和螺旋槳轉動。

另外我們需要知道的是燃氣輪機的等級：

燃氣輪機靠透平來做功，而透平的動力則來自于高溫高壓的空氣。燃燒室加工過的空氣溫度和壓力越大，傳導給透平的動力就越強悍。

早期燃氣輪機初溫只有700度，壓縮比也不超過10；但隨著技術發展，主流燃氣輪機（F級）的初溫已經達到了1300度，壓縮比也到到了15～17；更先進的H級燃氣輪機的初溫現在已經發展到了1500度，基本和戰斗機航空發動機一個級別，壓縮比也接近30。

燃氣輪機噴射出的高溫尾氣實際上也是“寶貝”——現在人們會利用這些600度左右的尾氣余熱來”燒開水”產生蒸汽，驅動蒸汽輪機來發電，形成一個“燃氣-蒸汽聯合循環發電”，最終使得發電效率顯著提升（聯合循環效率可達60%）。

而且，燃氣輪機還有一個其他引擎都沒有的優勢：它提升功率的速度極快，從冷啟動點火到滿功率運轉只要幾十分鐘就可以——不論是在軍事領域還是在電力調控，這個特性都太重要了。

不過，這也很好理解。畢竟從工作原理上來說，燃氣輪機的工作原理和航空發動機幾乎是一模一樣的，甚至有直接把航發改成燃氣輪機的案例——它的響應速度不能快嗎？

也正因為如此，世界上的航空發動機大廠往往也是燃氣輪機大廠：美國的GE（通用電氣），英國的羅羅，中國的航發燃氣……都是燃氣輪機和航發兩開花的。

當然了，也有一些玩家雖然沒有什么太出名的航發產品，但憑借超級深厚的技術積累依舊可以在這個領域里叱咤風云的，比如三菱、西門子、安薩爾多。

燃氣輪機的難點何在？

從這些GE、羅羅、西門子這些玩家的地位，我們可以得到一個判斷：燃氣輪機絕對是高級工業品，甚至是老牌工業強國的專屬領域。

“燃氣輪機”上價值最高的領域，都寫在了合資協議上了——中國這些年來從GE、西門子、三菱獲得了多種型號的燃氣輪機生產許可，從許可協議上，我們可以輕松看出燃氣輪機上哪些東西是困難而高價值的，哪些東西是簡單且價值偏低的。

根據許可協議，外商死抓不放的技術包括：高溫部件制造技術、系統控制軟硬件、設計技術、試驗驗證技術等技術。

這些技術為什么外商死活要抓住不放呢？因為就是這些技術構成了外商的“技術壁壘”，這是人家吃飯的本事——自然是最高端的。

我們來仔細分析一下這些技術吧。

先是高溫部件制造技術，它考察的是工程設計能力和材料能力。突破高溫部件制造，意味著燃氣輪機可以有更高的初溫，進而動力也越強——這是燃氣輪機市場競爭力的關鍵。

燃氣輪機的葉片和航空發動機一樣，都要在高溫高壓的環境中高速旋轉運動——如果我們用不銹鋼做渦輪葉片，那么葉片將在高溫下迅速軟化乃至融化，然后被高速甩出，整個效果就像打鐵花一樣燦爛。

為了避免這種災難情況出現，就需要能經受超高溫的合金以及隔熱涂層，這都是非常高級的材料技術。同時還要在葉片上做出氣膜孔來通風散熱——這就很考驗工程設計能力和加工能力。

以GE的9F.06燃氣輪機為例，它的壓氣機直接繼承自GE90航空發動機，它的透平葉片用的是航空發動機葉片上的單晶技術。

由此可見，航發和燃氣輪機真的是“血緣兄弟”關系。

再看看系統控制軟硬件，這個考察的是工業軟件、傳感器和工業知識。突破了燃氣輪機的控制系統，意味著這款燃氣輪機更“溫順聽話”，別看動不動就幾百MW的功率、上千度的高溫，但實際上每一個指標都清清楚楚，稍微有一點異常就能提前警告，從而避免故障帶來的損失。

這也是燃氣輪機市場競爭力的一部分。

同樣是拿GE的9F.06為例：

硬件上，9F.06全身上下超過6000個測量元件，包含1800多個壓力傳感器，160多個加速度傳感器，以及上千枚探頭——其中絕大多數都是歐美產品。

軟件上，市場上主流的燃氣輪機控制軟件廠商是美國的Emerson，從GE到西門子到安薩爾多等等國際知名燃氣輪機廠商都有用過他們的系統。而這種燃氣輪機控制系統，正屬于“工業軟件”的大類中。

更煩人的是，不論是“傳感器”之類的硬件還是“控制系統”這樣的工業軟件……這些玩意兒多少都有些“強者恒強”的意思——越多客戶用你的產品，你積累的數據就越多，你未來開發的新軟件就更強大，就會有越多的客戶。

焊死了后來者上車的門是吧？

最后就是試驗和驗證技術，這關系到未來研發更先進燃氣輪機的能力。

在燃氣輪機的研發過程中，設計經驗固然重要，但實驗也不可或缺，甚至一款成功的燃氣輪機根本就是在一次次試驗里燒出來、試出來的——想開發好的燃氣輪機，前提是得有一個足夠優秀的試驗平臺，特別是要有針對壓氣機、燃燒室、透平的試驗平臺。

畢竟，不做試驗，你的數據怎么來呢？沒有數據，怎么改進呢？

由此可見，中國想做好燃氣輪機的國產化，絕不是單純靠某種或某幾種技術突破就可以搞定的，它需要的是從材料到工業軟件到科研的全鏈條進步。

技術之外，商業上外企也給中國企業設下了絆子。

同樣根據許可協議，中國廠商可以在國內自主銷售，但若想在海外出售就要得到外商批準，售后服務要么和外商聯合進行，要么只能交給外商。

這意思就很明白了，有點像歐盟、美國不給919大飛機發適航證的味道了——你在中國市場上賣我不管，但是你如果要往國外賣，那是萬萬不可以的。

引進技術的合作尚且如此，單純購買外國產品就更別提了。

歐美廠商的套路我們應該都很熟悉了——知道你造不出來又有需要，那就死命割你韭菜，出一點故障就派幾個技術員來，然后要你五星級酒店好吃好喝招待完了再要你打一大筆錢。

《人民日報》曾經采訪過國內燃氣輪機生產商東方電氣集團的首席技術專家趙世全，趙老師在采訪里坦言：買了外國燃氣輪機就像給別人開了家銀行，對方想什么時候提款就什么時候提款。

技術上牢牢把持核心地段，商業上給你束手束腳，隔三差五再來撈一筆——看到了吧，值錢的東西別人可都死死地攥在手里吶！核心關鍵技術和全球業務怎么可能那么輕易給我們呢？

中國燃氣輪機的國產化

面對這種局面，我們是不可能滿意的。中國燃氣輪機的國產化，實際上一直在堅持，從來沒放棄過。令人欣慰的是：發展到了今天，我們已經取得了相當不錯的成績。

還是挨個看看高溫部件、控制系統和試驗平臺的國產化奮斗吧。

高溫部件層面，國內已經成功研制出了F級的燃氣輪機——這意味著我們的高溫部件已經可以經受住1300～1400度的高溫，已經達到了世界主流市場的水平。

雖然說距離歐美H級乃至更高的HA級還有一定的差距，但是已經足以在保證自己能源安全的基礎上同時兼顧海外市場爭奪了——畢竟和外國同等功率的燃機產品相比，我們的制造、運維成本都很低，這又是熟悉的“發達國家粉碎機”劇情了。

控制系統層面，我們也在快速追趕——中國在信息技術上的發展很大程度上幫助我們的燃氣輪機控制系統完成了國產替代。

中國華電自己研發的“華電睿藍”自主可控系統不僅可以用在國產燃機上，而且還可以覆蓋在進口的E/F級輪機上，等于是形成了一個像安卓系統那樣可以部署在不同品牌上的通用控制系統。

試驗平臺層面，我們也開始布局——由中國科學院工程熱物理研究所承建的高效低碳燃氣輪機試驗裝置國家重大科技基礎設施項目（上海浦東新區）在上海自貿區臨港新片區開工。項目投資估算超6.5億元，建設周期為4年，已列入2019年上海市重大工程。

除此之外，中國在激光熔覆、增材制造領域的水平也已經位居世界前列——這也都是可以廣泛應用在航空發動機和燃氣輪機領域的新技術。

最近，“太行110”（AGT-110）重型燃氣輪機也已經成功在深圳通過產品驗證鑒定，標志著擁有自主知識產權的110兆瓦級重型燃氣輪機通過整機驗證，填補了國內該功率等級產品空白。

最后，不要忘了我們的老傳統：我們從來都是謙虛而低調的，當我們公開宣布AGT-110的時候，意味著它已經是一個成熟的產品了。

我相信，中國更新型更強悍的燃氣輪機，應該已經在路上了。

參考文獻：

重型燃氣輪機國產化和自主化現狀，燃氣輪機發電專業委員會

干貨丨GE 9F.05和9F.06型燃氣輪機技術概覽，GT-union 兩機動力先行

國家重大科技基礎設施“高效低碳燃氣輪機試驗裝置”臨港開工，澎湃新聞

“太行110”重型燃氣輪機通過產品驗證鑒定，新華每日電訊

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