高溫合金在燃氣輪機領域的應用及發展狀況

燃氣輪機裝置是一種以空氣及燃氣為介質的旋轉式熱力發動機，結構與航空發動機相似。燃氣輪機主要由壓氣機、燃燒室和渦輪三大部件組成，機組啟動成功后，壓氣機連續不斷從外界大氣中吸入大氣并增壓，噴入燃燒室的燃料與空氣混合后點火燃燒，高溫高壓燃氣在渦輪中膨脹做功，2/3左右被用來帶動壓氣機，其余通過機組的傳輸軸帶動外界的各種負荷，如發電機、壓縮機、螺旋槳、泵等。燃氣輪機可以看作由燃氣發生器和動力渦輪兩大部分組成，用來帶動壓氣機和附件的稱為燃氣發生器渦輪，用來帶動減速器、螺旋槳或其他外負荷—專做功率輸出的稱為動力渦輪。

燃氣輪機具有多種優點，例如效率高、功率大、體積小、投資省、運行成本低和壽命周期較長等。它可用于發電、交通和工業動力等領域。按照輸出功率來劃分，燃氣輪機可分為微型、輕型和重型三類。微型和輕型燃氣輪機功率通常在50MW以內，可由航空發動機改制而成，能用于工業發電、船舶動力、管道增壓、坦克機車、分布式發電及熱電聯供等場景；重型燃氣輪機功率在50MW以上，主要用作陸地上固定的發電機組，如城市電網。

燃氣輪機的發展方向包括提高裝置的熱效率、增加單機功率、發展聯合循環系統、余熱利用回熱、燃用多種燃料以降低成本等。為了實現這些目標，需要不斷改進燃氣輪機的各個部件和循環系統，提高材料性能和制造工藝，以及探索新的技術和應用場景。

在我國，燃氣輪機的研究和發展具有重要意義。它可以應用于“西氣東輸”等大型工程，以及船舶制造業等領域。例如，在“西氣東輸”工程中，需要使用燃氣輪機驅動的壓縮機來保證天然氣的長距離輸送。高效低碳燃氣輪機試驗裝置的建設，也有助于我國在燃氣輪機領域的技術研發和產業發展。但我國在燃氣輪機技術方面，尤其是重型燃氣輪機，曾面臨國外的技術封鎖，經過長期努力，目前已取得了一定的突破和成果。

目前燃氣輪機廣泛應用于發電、船舶動力、機車動力、管道增壓等領域，全世界1/5發電量來自于燃氣輪機，燃氣輪機循環熱效率可以到達60%，遠遠超過一般火電站使用的超臨界燃煤系統的40%；在船舶動力方面，歐美艦艇燃氣輪機裝配率在50%以上。燃氣輪機熱端部件燃燒室、連接導管、導向葉片、工作葉片和渦輪盤大多采用高溫合金材料制備，這一點與航空發動機類似，此外燃氣輪機工作環境還需要承受高硫燃氣和海水鹽分的腐蝕，設備通常工作壽命要求達到50,000-100,000小時、渦輪盤工轉數接近10,000轉分鐘、材料耐用溫度超過600℃，為滿足上述設備要求，部件材料必須使用具備耐高溫、高蠕變強度特性的高溫合金材料，目前國內外燃氣輪機制造普遍采用鎳基高溫合金，相關需求難以替代。

圖表：2019-2021年中國燃氣輪機需求量

數據來源：中國機械業協會、中研普華產業研究院

根據中國機械業協會相關資料顯示，在2019到2021年中國燃氣輪機需求量呈快速上漲趨勢，2019-2021年復合年增長率達40.84%，2021年中國燃氣輪機需求量達789.6萬千瓦時，較2020年增長了237.5萬千瓦時。燃氣輪機是能源系統的關鍵組成部分，是先進的動力機械裝備，屬于高新技術密集型產品。作為高科技的載體，燃氣輪機是國家高技術水平和科技實力的重要代表，具有十分突出的戰略地位。目前，僅有英、美、俄等少數發達國家具有完全獨立研制燃氣輪機的能力，我國燃氣輪機早期受經濟和工業水平影響發展較為緩慢，近年來國內燃氣輪機發展有所突破，已經實現某型號燃氣輪機的國產化。未來，通過“兩機專項”重大戰略的實施，我國將在重型燃氣輪機設計技術、高溫部件制造技術和運行維護技術等關鍵技術上力爭實現突破，在國內基本形成完整的重型燃氣輪機產業體系，國產燃氣輪機的市場有著廣闊的增長空間，并將促進高溫合金材料需求的增長。

船舶作為燃氣輪機的主要應用場景之一，對高溫合金有極大的需求空間。軍用艦船方面，由于近期地緣關系急劇緊張，亞太局勢日趨復雜，臺海、南海局勢不斷緊張，海軍將成為未來國防發展的重中之重；我國不斷部署新型艦船列裝部隊，目前已具備了較強的軍用船舶研發和多艦艇建造的能力。從未來發展方向上看，美國現有11艘航母服役，中國目前僅2艘服役，仍有極大發展空間，航母編隊需配置相應的護衛艦、驅逐艦、登陸艦和補給艦等艦船，將帶來較大的艦隊購置投入。高溫合金材料作為軍用艦船燃氣輪機的重要部件原材料，市場空間拓展可期。

民用艦船方面，“十四五規劃”提出，要立足產業規模優勢、配套優勢和部分領域先發優勢，鞏固提升船舶等領域全產業鏈競爭力，從符合未來產業變革方向的整機產品入手打造戰略性全局性產業鏈。交通運輸部和科學技術部聯合印發的《交通領域科技創新中長期發展規劃綱要（2021-2035年）》提出，要強化船舶等裝備動力傳動系統攻關，突破高效率、大推力/大功率發動機關鍵技術，研發大功率船舶渦輪增壓器等核心零部件，到2035年交通運輸科技創新水平總體邁入世界前列。

2023年，我國造船三大指標：造船完工量、新接訂單量、手持訂單量，以載重噸計分別占世界總量的50.20%、66.60%和55.00%。我國造船完工量長期保持高位，2021年、2022年及2023年，我國手持船舶訂單量較去年同期分別增長34.78%、10.15%及32.00%。

數據來源：工信部、中國船舶工業協會

在海洋強國和制造強國戰略的引領下，民用船艦市場的發展有著強有力的政策支撐。高溫合金材料作為民用艦船中燃氣輪機的重要原材料，超高強合金、耐蝕合金、精密合金等也是艦船的緊固件、軸、連桿等部件的重要原材料，擁有廣闊的市場空間。

想了解更多高溫合金發展趨勢和發展前景等相關內容，可關注中研網《2024-2029年中國高溫合金市場深度調查研究報告》。