“七问”林左鸣：关于燃气轮机，你想知道的都在这里

“七问”林左鸣：关于燃气轮机，你想知道的都在这里

孟彦

2021年9月6日，国家主席习近平向第32届国际航空科学大会致贺信指出：航空科技是20世纪以来发展最为迅速、对人类生产生活影响最大的科技领域之一。

燃气轮机和航空发动机是航空科技的重要组成部分，是涉及国家能源和国防安全的战略性产业，被誉为制造工业“皇冠上的明珠”。

国家“十四五”规划强调，要进一步推进燃气轮机技术向高端化、专业化发展，推进燃气轮机国产化进程。随着国家“两碳战略”（碳达峰、碳中和）的实施，燃气轮机制造将迎来新的发展机遇期。为深入做好燃气轮机的科学普及工作，笔者拜访了中国航空学会林左鸣理事长。

林左鸣，福建漳州人，中国航空学会理事长。曾任中航工业集团董事长、党组书记。北京航空航天大学管理学博士，研究员级高级工程师。连续多年入选《财富》中国最具影响力的50位商界领袖排行榜。2013年获得CCTV中国经济年度人物奖。

问：燃气轮机与航空发动机有什么区别？

林左鸣：人类发动机的历史进程，主要可分为蒸汽机——内燃机——燃气轮机三个阶段。

燃气轮机，全称燃气涡轮发动机，是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转换为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。

燃气轮机按结构为分重型、轻型两种；按功率可为分大、中、小、微型；按用途分为电力燃气轮机、机械驱动（船舶）燃气轮机和航空燃气轮机。

航空发动机与燃气轮机工作原理基本相同，其核心技术也有相似之处。航空发动机主要包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。

燃气轮机主要用于发电、分布式能源、电网调峰、机动电源、舰船驱动、长距离管输增压等，通常可以由航空发动机加自由涡轮衍生出来的，更加注重热效比。

中科院热物理研究所曾把燃气轮机与航空发动机比喻为“血浓于水与龙生九子”，这很形象。现在人们通常把它们并称“两机”。

问：中国实施“两机专项”有什么战略意义？

林左鸣：2012年，为进一步提升我国航空发动机和燃气轮机行业的自主创新能力，党中央、国务院批准设立“航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项（“两机专项”），成立专家委员会开展论证。2014年7月，“两机专项”实施方案正式上报国务院。此后，国家专门了成立中国联合重型燃气轮机技术有限公司，对300MW燃气轮机实施技术攻关。

国家设立“两机专项”目的是通过重点型号自主研制，建立我国“两机”动力行业的自主创新能力体系，把我国航空发动机和燃气轮机行业打造成具有国际竞争力的战略性高技术产业，以满足我国航空、能源和电力工业对高性能动力装备的需求。

问：为什么说燃气轮机是工业制造“皇冠上的明珠”？

林左鸣：燃气轮机和航空发动机号称“世界上最难制造的机械设备”，它除了量子力学理论之外，其它的力学理论几乎全部用上，其制造技术和材料试验难度，丝毫不亚于其它尖端技术，这话有一定道理。据悉国外曾把燃气轮机技术，作为对我国进行限制的十大技术之首。

比如，重型燃机分E级、F级、H级，燃烧室温度分别在1200度、1400度、1600度。就材料而言，经过如此温度长时间的烘烤之后，大部分金属都会融化，连号称航空金属之王的镍铼高温合金也不能幸免。而且燃烧室中的气体经过高强度压缩、燃烧后，会以堪比龙卷风的速度向外冲击，要求燃烧室和涡轮叶片必须具有抵抗强大冲击力的能力，其工作条件之严酷，远超过火箭发动机。燃烧室内点火，不亚于在十级飓风中点燃一根蜡烛，还要保证稳定的燃烧。单凭这些，就把大部分国家和企业拒之门外。

燃气轮机压气机气动性掌握，燃烧室高温零部件的冷却防护，涡轮冷却气流的流道设计等，都是尖端技术。一台燃气轮机有数万个零部件，每个零部件的选材、加工制造、实验测试，其技术都要完全掌握，需要克服困难一个接着一个。因此，说燃气轮机是工业制造“皇冠上的明珠”，一点也不为过。

问：为什么说燃气轮机的国产替代刻不容缓？

林左鸣：燃气轮机俗称“动力的心脏”，事关国家能源安全、国防安全，事关国计民生和科技创新，这样的大国重器，其关键技术“等不来，要不来，讨不来”，必须打破西方“卡脖子”垄断局面，切实掌握自主可控技术。

当前，全世界从事燃气轮机研究、设计、生产、销售的知名企业只有20多家，头部企业主要集中在欧美日西方国家，全球燃机市场几乎被他们垄断。比如，能够研究舰用燃气轮机的只有美国的GE、英国的罗罗和乌克兰的曙光三家公司。西方专家断言，要想拥有美国GE燃气轮机技术，需要买下整个GE公司；要想得到西门子的燃气轮机技术，除非“跨过他们的身体。”妄评中国想要掌握燃机核心技术，“几乎是天方夜谭。”

长期以来，由于西方对我实施严格的技术封锁，我国一直处于无核心技术、无验证手段、无系统基础研究的状况。目前，我国燃气轮机在先进制造工艺和技术方面，总体落于欧美国家，尚没有一款能和国外“同台竞技”同类产品。

我国曾通过“市场换技术”，与欧美企业进行技术合作和交流，但仅局限于周边技术、加工零部件和组装产品，核心技术仍掌握在外国的手中。乌克兰马达西奇公司曾与中企合作，我方占股56%，但乌克兰宁愿支付巨额违约金也要强行收回。

对出口我国的燃气轮机，西方凭借着技术垄断，随意加价，没有商量的余地。如果产品出了问题，还要“高价请保姆”，从国外高价聘请工程师技术人员来维修，让人气愤的是，有些外国工程师严禁中国技术人员在场，防止“偷学技艺”。业界人士无奈表示,买一台国外的重型燃机，就相当于给他们开了一座银行，他们随时都可以从我们这里提款。

大力发展我国燃气轮机技术、实施国产替代，从战略上讲，有利于我国在国际竞争中掌握主动权、打好主动仗；从技术上讲，有利于掌握自主自强的核心技术；从经济上讲，有利于降低综合运行成本。

随着我国“两碳战略”实施、西气东输、天然气进口等项目落地，我国燃气轮机迎来了蓬勃发展的历史机遇，同时也面临着西方对我国封锁更加苛刻的严峻挑战，国产替代任务任重而道远。

问：为什么说轻型燃气轮机具有巨大的市场空间？

林左鸣：轻型燃气轮机大多采用成熟的航空发动机改造而成，具备体积小、重量轻、启动快、维修方便、运行可靠、自动化程度高、造价低等优点，在各个领域中得到广泛的应用。特别在能源利用和能量转换中占有非常重要的位置，从发电、供热、能源勘采，到海、陆、空运载工具的驱动等领域应用广泛。

根据Statista统计数据，2015-2020年全球燃气轮机市场规模呈现上涨趋势。2020年全球燃气轮机市场规模为225.4亿美元，同比增长3.47%，我国的市场规模为500亿元人民币。

从不同功率的燃气轮机市场来看，根据ReleaseWire数据，2020年全球燃气轮机中1-40兆瓦级燃气轮机市场占比最大约为40%。2025年前，全球对燃气轮机的总需求约为9000台套，并且大多集中在3至50WM功率范围。

由于燃气轮机能够取代煤炭、石油等热动力设施，并且由于天然气的碳密度低于其他传统燃料，在世界各国减少碳排放的大背景下，未来全球燃气轮机市场规模将保持增长，预计到2026年全球燃气轮机市场的规模预计将达到283亿美元。

据悉，单台40WM燃气轮机作为分布式能源机组，每小时可提供4万度电力，同时满足3万小镇居民冬季采暖和夏季制冷需求，与传统能源供应方式相比，二氧化碳减排54%，节能36%。

此外，根据前瞻产业研究院预测，2035年我国燃气发电装机容量规模2.4亿千瓦，相当于未来15年约新增1.4亿千瓦，即需要布局约4667台30MW级燃气轮机。以每台价值1000万美元进行计算，仅此项，未来15年发电用燃气轮机的市场规模将达到466.7亿美元。

问：发展轻型燃气轮机对带动重型燃机发展有什么作用？

林左鸣：轻型燃机是发展航空发动机和重型燃机的重要基础。掌握了轻型燃机技术，向下衍生到重型燃机就可以势如破竹，技术难度大为降低。向上可促进航空发动机发展，意义十分重大。

目前，我国重型燃气轮机的现状不容乐观。我国在运的重型燃机超过100台，主要由美国GE、德国西门子、日本三菱与国内厂商合作生产。但压气机、燃烧室、高温透平叶片等需要定期更换的核心部件技术，欧美日不予转让，极大制约了我国重型燃机的可靠性和经济性。

2014年，我国具有自主知识产权的第一台重型燃气轮机R0110设计与研究项目取得突破性进展。2019年，我国首台F级50MW重型燃气轮机原型机整机点火试验成功,顺利实现满负荷稳定运行，一举打破欧美国家长达70年的技术封锁，但距国产替代的路还有很远，需要依托轻型燃机发展，积累的人才和技术优势，加快重型燃机创新发展的步伐。

问：发展燃气轮机对当地经济社会发展有什么引领作用？

林左鸣：燃气轮机产业链长，产品附加值高，涉及机械、冶金、材料、化工、能源、电子、信息等诸多领域，学科涵盖气动力学、工程热力学、燃烧学、结构力学、控制理论、材料学、制造工艺等基础学科和工程技术领域，对学科建设和科技创新具有巨大促进和引领作用。

国家“十四五”规划强调，未来五年乃至十五年，要把科技自主自强发展上升到国家发展战略支撑地位，加强高端制造，培育先进制造业群体。发展燃气轮机产业，非常契合国家发展战略，可大幅度提高高端装备制造业发展和产业规模扩大，促进产业结构升级，形成高端制造业群体，促进经济社会高质量发展。

（作者系中国航空学会科技咨询工作委员会副主任）