(一)天然氣分布式能源動力裝備國產(chǎn)化發(fā)展現(xiàn)狀

天然氣分布式能源系統(tǒng)中原動機是主要設(shè)備之一《分布式能源》，根據(jù)所帶負荷的不同，一般選用微燃機、燃氣內(nèi)燃機或燃氣輪機。據(jù)中國城市燃氣協(xié)會分布式能源專業(yè)委員會不完全統(tǒng)計，截止2015年年底已建天然氣分布式能源項目中采用微燃機73臺、燃氣內(nèi)燃機133臺、燃氣輪機32臺。其中燃氣內(nèi)燃機數(shù)量占比最多，燃氣輪機裝機占比最高。

燃氣輪機發(fā)電形式占地面積小、發(fā)電效率高、余熱易于回收，比較適合于具有電、冷、蒸汽負荷綜合需求的工業(yè)園區(qū)等或需要電力調(diào)峰的地區(qū)。燃氣輪機分類方式很多，根據(jù)功率可大致分為微型、輕型、重型燃氣輪機。先進國家的燃氣輪機發(fā)電效率已經(jīng)超過40%，國內(nèi)目前不到30%，差距比較大。

燃氣內(nèi)燃機是一種傳統(tǒng)的能源利用設(shè)備，應(yīng)用非常普遍。當其規(guī)模較小時，發(fā)電效率明顯比燃氣輪機高，一般在30%以上，并且初投資較低，因而在一些小型的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中往往采用這種形式。但由于余熱回收復雜而品質(zhì)又不高，因此不適于供熱溫度要求高的場合。目前國外燃氣內(nèi)燃機的發(fā)電效率已經(jīng)達到43%，國產(chǎn)設(shè)備一般在32%左右。

微燃機是近幾才開發(fā)出來的，在美國首次用在汽車上，體積小、無污染、無噪音，并便于搬運和安裝，能提供質(zhì)優(yōu)的熱、電、冷能源。單獨發(fā)電效率一般不超過30%，但產(chǎn)生的余熱熱源較易得到利用，熱電聯(lián)產(chǎn)的整體效率仍可以達到75%以上。

表2將一般用于天然氣分布式能源系統(tǒng)的三種動力設(shè)備的主要參數(shù)列出，便于對比。

1、燃氣輪機國產(chǎn)化現(xiàn)狀

●重型燃氣輪機

目前國內(nèi)研制和生產(chǎn)燃氣輪機的廠家主要有哈爾濱動力設(shè)備股份有限公司、東方 汽輪機有限公司、上海電氣集團、南京汽輪機(集團)有限公司等。這些廠家通過與國外燃機輪機制造商成立合資公司引進技術(shù)裝備，以期逐步實現(xiàn)技術(shù)裝備的國產(chǎn)化。但目前我國只引進了燃氣輪機的制造技術(shù)，外方堅持不轉(zhuǎn)讓燃氣輪機任何設(shè)計技術(shù)、熱端部件制造技術(shù)，所以國內(nèi)燃氣輪機廠家對核心技術(shù)還不完全掌握，整機檢修維護依賴原廠商，維修費用昂貴。

哈爾濱動力設(shè)備股份有限公司自2003年以來與GE公司合作，生產(chǎn)PG9351(FA)型燃氣輪機，累計為中國用戶提供超過50臺份不同配置的先進燃機聯(lián)合循環(huán)機組。目前9FA實現(xiàn)國產(chǎn)化率70%，計劃于2020年實現(xiàn)80%的國產(chǎn)化率目標。

東方 電氣集團與三菱公司合作，引進生產(chǎn)M701D及M701F型燃氣輪機，三菱重工將67%的燃氣輪機制造技術(shù)轉(zhuǎn)讓給東汽，使產(chǎn)品水平能達到國際80年代末或90年代初的水平，其余33%制造技術(shù)則轉(zhuǎn)讓給東方和三菱組建的廣州南沙合資工廠，目前綜合國產(chǎn)化率達到78%。

2004年，上海汽輪機有限公司引進了西門子公司V94.3A和V94.2型燃氣輪機，上海汽輪機有限公司獲得除熱部件以外的全部圖紙資料，相關(guān)部件國產(chǎn)化率達到50%。上海電氣集團股份有限公司與西門子合資成立的燃機熱部件公司，專業(yè)生產(chǎn)F級和E級整套高溫部件，本地化比例為43%。2014年5月，上海電氣收購安薩爾多能源公司40%股權(quán)，截止2016年6月，上海電氣通過與安薩爾多合作，獲得了國內(nèi)8臺/套機組的長協(xié)服務(wù)，成功打破了跨國公司對于高附加值服務(wù)市場的壟斷。

南京汽輪機廠于上世紀80年代與GE開始合作，主要是重型燃機系列中的中、小型機組。2004年，南京汽輪機(集團)有限公司與GE公司簽訂了9E燃機技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，9E系列以價值量計算的國產(chǎn)化率在35-45%。

2012年12月，中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第一臺重型燃氣輪機—中航工業(yè)黎明R0110重型燃氣輪機完成72小時帶負荷試驗運行考核。R0110額定功率114500kW，熱效率36%，它的研制成功預(yù)示著我國將成為世界上第五個具備重型燃氣輪機研制能力的國家。一些應(yīng)急移動電源已經(jīng)小批進入市場，用于整體煤氣化工程(IGCC)的中低熱值重型燃氣輪機(E+、FA級級)、用于分布式能源的兆瓦級燃氣輪機正在研制中。

自2008年以來，北京華清燃機公司依托清華大學完成了燃氣輪機的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、核心技術(shù)開發(fā)和實驗室驗證，完成了國產(chǎn)F級300MW重型燃氣輪機技術(shù)驗證機CGT-60F。

●輕型燃氣輪機

華電通用輕型燃機設(shè)備有限公司主要從事LM2500+G4和LM6000 PD/PF兩種機型發(fā)電機組的成套組裝以及測試。2014年10月，華電首套航改型燃氣輪機發(fā)電機組宣告順利下線，目前，成套設(shè)備中有20%的部件已經(jīng)國產(chǎn)化。

中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司與中國航空研究院沈陽六O六所等單位研制生產(chǎn)出了QD-128燃氣輪機，輸出功率不小于11500KW，這是我國第一臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃氣輪機。

2015年4月28日，中科院協(xié)鑫金雞湖天然氣分布式能源項目正式投運，項目主設(shè)備燃氣輪機由中國科學院上海高等研究院牽頭自主研發(fā)和制造。該型燃氣輪機目前有1250kW、2000kW兩個型號，該型燃氣輪機在上?？萍即髮W分布式能源中心一期建設(shè)1.25MW國產(chǎn)燃氣輪機試驗平臺，并在上海浦東前灘建設(shè)一臺2000kW國產(chǎn)燃氣輪機示范驗證平臺。

國家能源局授牌成立國家能源燃氣輪機技術(shù)研發(fā)中心，已建成燃氣輪機大型綜合技術(shù)實驗室、關(guān)鍵部件實驗室、整機試驗臺等，基本滿足30MW級燃氣輪機部件和整機試驗的條件。研發(fā)中心開展了GT25000燃氣輪機第二階段國產(chǎn)化工作，綜合國產(chǎn)化率達到98.1%，技術(shù)性能指標達到了技術(shù)規(guī)格書規(guī)定的要求。目前正在進行第三階段國產(chǎn)化研制，主要目的是提高機組可靠性。

●微型燃氣輪機

微型燃氣輪機用于天然氣分布式能源系統(tǒng)的歷史較短，目前相關(guān)技術(shù)主要被歐美國家壟斷掌握。國內(nèi)對微型燃氣輪機發(fā)電機組及其設(shè)計、制造、應(yīng)用技術(shù)進行了大量的研究工作。

上海航天能源股份有限公司與美國Capstone公司長期合作，開展微型燃氣輪機發(fā)電機組零部件設(shè)計制造，研制完成了微型分布式熱電(冷)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)試驗臺架及具有商業(yè)化運營價值的樣板工程，實現(xiàn)國內(nèi)首個撬裝式可移動天然氣微型燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)裝置研發(fā)應(yīng)用。

上海交通大學長期從事微型燃氣輪機研究，同時與上海航天能源股份有限公司和澳大利亞聯(lián)邦研究院在低熱值燃氣穩(wěn)定燃燒技術(shù)研究上進行了長期合作，研制了30kW、50kW低熱值微型燃氣輪機發(fā)電裝置。

哈爾濱東安科技開發(fā)公司研制的國內(nèi)首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的WD18微型燃氣輪機發(fā)電機組于2015年4月完成滿載運行，研制取得成功，填補了國內(nèi)空白。

沈陽黎明公司微型燃機項目于2001年啟動，生產(chǎn)的WD095微型燃氣輪機應(yīng)用了大量高新技術(shù)，如：高速永磁電機技術(shù)、低污染燃燒技術(shù)、高效回熱技術(shù)等，這些高新技術(shù)的應(yīng)用極大優(yōu)化了機組的性能。

中國科學院工程熱物理研究所、哈爾濱東安集團、西安交通大學三家單位在國家“863計劃”的支持下組成產(chǎn)學研聯(lián)合體，已經(jīng)完成100kW級微型燃氣輪機的樣機設(shè)計并通過驗收。

總體而言，我國微型燃氣輪機研制與世界先進水平差距較大，還沒有商業(yè)化應(yīng)用。

2、燃氣內(nèi)燃機國產(chǎn)化現(xiàn)狀

目前1MW以上大功率燃氣內(nèi)燃機組幾乎完全依賴進口，設(shè)備投資和運維成本高，嚴重制約了我國天然氣分布式能源的發(fā)展。國內(nèi)制造的功率主要在1000kW以下，具有一定的設(shè)備制造工藝經(jīng)驗，主要采取與國外公司研制開發(fā)、自行研制開發(fā)、技術(shù)引進許可證生產(chǎn)等路徑。

中國船舶重工集團公司第七一一研究所和洋馬能源系統(tǒng)株式會社合作開發(fā)SMDERI SY350G天然氣熱電聯(lián)供機組，該機組按照天然氣熱電聯(lián)供要求采用了ALL-IN-ONE的高系統(tǒng)集成設(shè)計，適合于賓館、醫(yī)院等天然氣分布式能源項目。

河柴重工以引進的德國道依茨—曼海姆發(fā)動機制造技術(shù)和原動機為基礎(chǔ)，先后自主研發(fā)完成了CHG620系列燃氣發(fā)動機和雙燃料發(fā)動機，發(fā)電效率達到進口機組95%，發(fā)電效率最高達38%，綜合利用效率78%以上，運行、維護費用成本較進口機組大幅下降。

勝利油田勝利動力機械集團有限公司專門從事燃氣發(fā)電機組裝備研發(fā)制造，燃氣發(fā)電機組主要有6190、12V190、16V190和20V190四大系列，單機功率覆蓋200-1800kW，發(fā)電電壓有400V、6300V、10500V三種，主導產(chǎn)品是190系列。產(chǎn)品適用于天然氣、石油伴生氣、煤礦瓦斯、垃圾填埋氣等多種氣源。采用了自主知識產(chǎn)權(quán)的燃氣快速混合技術(shù)，可利用燃氣的最低熱值達4MJ/Nm 3，采用廢氣脈沖增壓技術(shù)實現(xiàn)燃氣稀薄燃燒，采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)。

廣州柴油機廠股份有限公司主要生產(chǎn)230SG天然氣發(fā)動機，功率范圍涵蓋580kW-1000kW。

濟南柴油機股份有限公司燃氣發(fā)動機功率范圍涵蓋110-1500kW。

濰柴燃氣發(fā)電機組功率范圍為30-800kW。

淄博柴油機總公司主導產(chǎn)品有Z170天然氣、沼氣發(fā)電機組。

目前，國產(chǎn)天然氣內(nèi)燃機還存在后燃、爆燃嚴重、排煙溫度高，核心部件熱負荷高，燃燒效率低、發(fā)電效率低等問題。在機組的長壽命可靠性、體積功率、機械精密加工、減震降噪、可變幾何渦輪增壓以及高增壓(米勒循環(huán))、多氣源適應(yīng)性、排放性能等方面還存在較大差距。

(二)天然氣分布式能源動力裝備國產(chǎn)化規(guī)劃及展望

《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》制定了天然氣分布式能源主要裝備的研制目標，當天然氣分布式能源項目裝機規(guī)模達到500萬千瓦時，解決分布式能源系統(tǒng)集成，裝備自主化率達到60%;當裝機規(guī)模達到1000萬千瓦時，基本解決中小型、微型燃氣輪機等核心裝備自主制造，裝備自主化率達到90%;到2020年，在全國規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機規(guī)模達到5000萬千瓦，初步實現(xiàn)分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)化。

《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》提出到2020年自主創(chuàng)新目標：突破熱端部件設(shè)計制造技術(shù)，具備高性能復合材料大規(guī)模制備技術(shù);建成微型、小型和中型燃氣輪機整機試驗平臺;實現(xiàn)1MW以下級微小型燃氣輪機及分布式供能系統(tǒng)、1-10MW級小型燃氣輪機和10-50MW級工業(yè)驅(qū)動用中型燃氣輪機的產(chǎn)業(yè)化。

《中國制造2025—能源裝備實施方案》確定了15個領(lǐng)域的能源裝備發(fā)展任務(wù)，在電力裝備領(lǐng)域，提出燃氣輪機的裝備技術(shù)實施方案。

百千瓦級微型燃氣輪機：突破整體插拔式單筒燃燒室和回流，燃燒室高效低污染設(shè)計技術(shù)、離心壓氣機和向心渦輪設(shè)計、加工與試驗驗證、高效回熱器設(shè)計與驗證、燃用多種燃料燃燒器關(guān)鍵技術(shù)、燃氣輪機與高速電機一體化設(shè)計、燃機-傳動系統(tǒng)軸承軸系的結(jié)構(gòu)完整性和動力穩(wěn)定性技術(shù)和氣浮軸承與磁懸浮軸承技術(shù)。

5MW級燃氣輪機：突破高性能壓氣機設(shè)計、低排放及雙燃料燃燒室設(shè)計、高性能渦輪設(shè)計、伴生氣和煤制氣等低熱值燃料燃燒室研制，完成 5MW級燃氣輪機整機設(shè)計、關(guān)鍵部件試驗、樣機制造與整機試驗驗證。

10MW級工業(yè)燃氣輪機：突破高性能壓氣機設(shè)計、高性能低排放及雙燃料燃燒室設(shè)計、高溫氣冷渦輪設(shè)計技術(shù)和數(shù)字式控制系統(tǒng)技術(shù)，完成10MW 級燃氣輪機整機設(shè)計、關(guān)鍵部件試驗、樣機制造與整機試驗驗證。

30MW級中型工業(yè)燃氣輪機：突破高性能高穩(wěn)定性軸流壓氣機技術(shù)、高穩(wěn)定性、干式、低排放燃燒室技術(shù)、中低熱值合成氣、生物質(zhì)等多種燃料燃(續(xù)表)燒室技術(shù)、高性能、長壽命渦輪技術(shù)、多軸系結(jié)構(gòu)渦輪系統(tǒng)設(shè)計，變載荷及頻繁起停工況下的系統(tǒng)控制技術(shù)、多余度數(shù)字控制及狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)，完成30MW級先進燃氣輪機整機設(shè)計、關(guān)鍵部件試驗、樣機制造與整機試驗驗證。

50-70MW等級燃氣輪機：突破高性能軸流壓氣機、低排放燃燒室、高性能渦輪等關(guān)鍵部件制造、高熱聲穩(wěn)定性、高預(yù)混度的斜向旋流通路設(shè)計優(yōu)化技術(shù)、基于預(yù)混值班的低排放多路燃料控制技術(shù);開展常壓和全壓燃燒試驗，掌握50-70MW等級燃氣輪機低排放、性能優(yōu)化、全生命周期管理、遠程監(jiān)控與診斷等技術(shù);開展二次空氣系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，掌握先進密封技術(shù)在燃氣輪機上的應(yīng)用技術(shù);開展先進TBC涂層及粘結(jié)層的新材料和新工藝研究，提高TBC涂層的抗高溫能力進一步降低熱導率，提高粘結(jié)層的抗氧化性能。建立基于產(chǎn)品生命周期管理的應(yīng)用技術(shù)、基于PDMS平臺的多學科跨專業(yè)一體化3D開發(fā)、燃氣輪機實時動態(tài)物理仿真數(shù)字平臺，完成整機關(guān)鍵部件試驗、樣機試驗及工業(yè)考核。

鼓勵后續(xù)所有分布式能源項目和燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目采用自主研制設(shè)備和相關(guān)控制系統(tǒng)。

(部分資料來源于國電科學技術(shù)研究院 郝洪亮李玉剛)

來源：本文刊登在中國城市燃氣協(xié)會分布式能源專業(yè)委員會主辦的刊物《分布式能源》總第16期，轉(zhuǎn)載請注明出處。