(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，該型燃氣輪機在上海科技大學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、高預混度的斜向旋流通路設(shè)計優(yōu)化技術(shù)、基于預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。