林左鸣：“双碳”目标下，轻型燃机发展大有可为

“双碳”目标是一场“系统性变革”

人类的工业革命史，其实也是能源革命史。第一次工业革命，煤炭成为主要能源；第二次工业革命，石油成主要能源。但随着经济社会的发展，碳排放导致人类的极端天气越来越多，全球气候问题突出地摆在人们面前。

我国是世界上最大的能源生产国和消费国，也是最大的发展中国家，每年的碳排放量达60亿吨，位列全球第一。中国明确提出力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。中国的“双碳”目标，受到际社会的高度关注。

习近平总书记3月15日在主持召开中央财经委员会第九次会议时强调指出：“实现碳达峰、碳中和，是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革”。

我国现有的能源结构以高碳的化石能源为主，能源消费仍然处于上升通道。实现“双碳”目标，意味着必须转变“以高排放换取经济高增长”的发展模式，在思想观念、能源结构、装备制造、消费行为等方面进行深刻的系统性变革。

国家“十四五”规划明确，我国单位GDP能源消耗降低13.5%、二氧化碳排放降低18%，作为经济社会发展的重要目标之一。今后五年减排力度，决定着第一阶段碳达峰目标能否实现，形势紧迫，任务艰巨。

同时，世界航空科技发展正在经历一场大的技术变革，包括燃气轮机在内的绿色高效的动力装备，将成为全球经济和社会高效运行的强力支撑。

燃气轮机与“双碳”目标紧密相关

燃气轮机是动力科技领域的重要部分，是20世纪以来对人类生产生活影响最大的科技领域之一。目前，全球燃气轮机市场规模呈现增长形势，并且将在电力、能源等行业的发展以及环保的带动下保持增长。

燃气轮机有重型和轻型两种结构之分。遵循传统汽轮机结构理念发展起来的是重型燃气轮机，大型重型燃气轮机仅用于联合循环发电，中小型重型燃气轮机主要用于发电和工艺流程设备（主要是压缩机）的驱动。基于航空发动机结构理念设计的或从航空发动机改型而来的是轻型燃气轮机，广泛应用于简单循环发电、联合循环发电、分布式能源、油气输送，以及陆、海运载工具驱动领域。

燃气轮机既是国家战略性产业，又与国家“双碳”目标紧密相关。根据Maximize Market Research统计，2020年全球燃气轮机市场中，有约32%市值的燃气轮机应用于发电行业，约29%市值的燃气轮机应用于油气行业，其余39%的燃气轮机则应用于载具等其他工业领域。

燃气轮机可以用多种燃料，船上一般用柴油；陆上发电用天然气、轻柴油、重油以及一些非常规的气体燃料（油田伴生气、煤田瓦斯气、焦炉煤气、氢气等）；飞机用航空煤油。天然气因其碳排放较其它燃料少，被认为是最清洁的石化发电燃料。

我国从2006年开始进口液化天然气LNG，之后从中亚进口管输天然气，燃气发电量明显呈上升趋势。但从总体上看，我国天然气在一次性能源和发电能源中的占比明显低于世界平均水平，与美国、英国、日本等发达国家相距甚远。

2020年，我国发电总量达7779.1TWh，发电依次排列为：燃煤发电占63.2%、水力发电占17.0%、再生能源发电占11%、核能发电占4.7%、燃气发电占3.2%、原油发电仅占0.15%(数据来源可参考BP 2020报告)。可以看出，我国主要以燃煤发电为主，燃气发电的份额不高。

随着“两碳目标”的推进实施，国内传统能源行业亟需转型，煤炭将加快退出主体能源地位，以天然气发电作为清洁电力的轻型燃气轮机，将迎来新的发展机遇和窗口期。

燃气轮机可为能源转型赢得“脱碳机遇”

据了解，我国正在建设以大规模可再生能源发电为主体，安全高效的新型电力系统，但风光发电有其靠天吃饭的不稳定性，燃气轮机可以凭借其良好的功率爬坡能力与储能系统形成优势互补，为特定区域范围内的新型电力系统提供“增量储能”效果，在不弃光不弃风的情况下实现系统容量的稳定性和可调度性。

燃气轮机效率高、可靠性强、操作灵活、排放低，可使用混氢/纯氢燃料和其他脱碳燃料，这些属性为其赢得了能源转型过程中重要的脱碳机遇：可调峰的低碳/零碳能源科技应用。

随着制氢、储氢技术、燃气轮机燃烧室技术和控制技术的进步，伴随着产业化成熟，基于氢燃料的燃气轮机将使氢能成为一种零碳排放的清洁能源、21世纪的终极能源！这使得能源转型、能源“脱碳”的梦想不再遥远。

另外，许多重工业城市的炼油厂、焦化厂等，会产生各种尾气，燃烧值低，利用效率不高，甚至是污染源。燃气轮机燃烧室可燃烧低至800大卡的这些气体燃料，不但可解决非洁净排放和化工尾气处理的环境保护问题，而且有助于帮助能源密集型工业脱碳。

轻型燃气轮机具有广阔发展前景

全球燃气轮机快速的技术进步和对分布式发电技术的日益关注将推动全球行业的增长。

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%。我国是最大的潜力市场。

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和120兆瓦以上重型燃气轮机的市场占比最大，这两种类机型的需求程度最高，几乎均各占39%。

根据前瞻产业研究院预测，2035 年全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。

燃气轮机因具有功率密度大、启动快、噪声低频分量低、低氮排放等特点，在军事和商用舰船上应用将越来越广泛。目前，我国舰船配置的是柴燃混合动力，平时巡航用柴油机，跑高速才用轻型燃气轮机。而欧美、日本等大部分装备由大小燃气轮机组成的全燃动力系统，巡航开小的，跑高速用大的。今后，随着我国经济社会的发展，特别是随着我国实施“走出去”战略、维护海外利益，以及执行护航、撤侨、人道主义救援等非传统军事行动，都需要大力发展船舶燃气轮机。

在管道增压方面，近年来我国天然气工业步入快车道，带动了骨干管道的迅速发展，在过去5年以及未来10年内，我国的长输天然气将以年均6000公里的增速进行建设，用于管理压缩机驱动的燃气轮机也是迎来发展的春天。

在移动电源应用方面，我国是自然灾害多发频发的国家，大面积停电事故越来越多。燃气轮机发电机组的体积小、重量轻、功率密度高等特点正好契合应急移动电源的技术需要，成为大功率移动电源的首先设备。今年7月，中国航发的1000千瓦燃气轮机发电机等，在河南洪水应急救援中发挥了很重要作用。

此外，随着我国数字技术经济的发展，必将逐步发展起完整的“数字平行世界”体系。在这样的体系中，必须建成网络化布局的大数据“云中心”。为了保证大数据“云中心”运行的安全，一般都需要配备可靠、高效的备份电源，而轻型燃机是最佳的可选择装备，其市场需求也十分巨大。

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%。该型号的轻型燃气轮机我国拥有自主可控技术，目前国内有关企业正在抓紧研发，市场空间巨大。

以燃气轮机“大国重器”引领实体经济发展

燃气轮机是“大国重器”，事关国家能源安全、国防安全，其核心关键技术需要牢牢掌握在自己手中。当前，尽管我国已具备轻型燃机（功率5万千瓦以下）自主化能力，但还存在着“扔拐棍难、提性能难、占市场难、民介入难”等问题，重型燃机基本靠进口，关键技术长期被美国、日本、德国等国际厂家垄断。轻型燃机无论是航改燃机、船用燃机还是工业燃机，我国都还处在发展初期，需要抓住机遇，聚力发展。

“十四五”规划强调指出，要坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，加快推进制造强国、质量建国建设，促进先进制造和现代服务业深度融合，强化基础设施支撑引领作用，构建实体经济、科技创新、现代金融、人力资源协同发展的现代产业体系。

燃气轮机是工业制造领域“皇冠上的明珠”，是高端制造的集合体。航空产业的投入产出比是1：10，就业拉动是1：12，燃气轮机的投入产出比高达1：30。一台燃气轮机由数万个零部件组成，需要上百家甚至上千家企业配套生产。投资建设一个型号的燃气轮机，会有效引领当地材料技术、工艺技术、设计技术、成套技术发展，从而形成先进制造产业群，促进当地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孟彦）