林左鳴：“雙碳”目標下，輕型燃機發展大有可為

“雙碳”目標是一場“系統性變革”

人類的工業革命史，其實也是能源革命史。第一次工業革命，煤炭成為主要能源；第二次工業革命，石油成主要能源。但隨著經濟社會的發展，碳排放導致人類的極端天氣越來越多，全球氣候問題突出地擺在人們面前。

我國是世界上最大的能源生產國和消費國，也是最大的發展中國家，每年的碳排放量達60億噸，位列全球第一。中國明確提出力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和。中國的“雙碳”目標，受到際社會的高度關注。

習近平總書記3月15日在主持召開中央財經委員會第九次會議時強調指出：“實現碳達峰、碳中和，是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革”。

我國現有的能源結構以高碳的化石能源為主，能源消費仍然處于上升通道。實現“雙碳”目標，意味著必須轉變“以高排放換取經濟高增長”的發展模式，在思想觀念、能源結構、裝備制造、消費行為等方面進行深刻的系統性變革。

國家“十四五”規劃明確，我國單位GDP能源消耗降低13.5%、二氧化碳排放降低18%，作為經濟社會發展的重要目標之一。今后五年減排力度，決定著第一階段碳達峰目標能否實現，形勢緊迫，任務艱巨。

同時，世界航空科技發展正在經歷一場大的技術變革，包括燃氣輪機在內的綠色高效的動力裝備，將成為全球經濟和社會高效運行的強力支撐。

燃氣輪機與“雙碳”目標緊密相關

燃氣輪機是動力科技領域的重要部分，是20世紀以來對人類生產生活影響最大的科技領域之一。目前，全球燃氣輪機市場規模呈現增長形勢，并且將在電力、能源等行業的發展以及環保的帶動下保持增長。

燃氣輪機有重型和輕型兩種結構之分。遵循傳統汽輪機結構理念發展起來的是重型燃氣輪機，大型重型燃氣輪機僅用于聯合循環發電，中小型重型燃氣輪機主要用于發電和工藝流程設備（主要是壓縮機）的驅動。基于航空發動機結構理念設計的或從航空發動機改型而來的是輕型燃氣輪機，廣泛應用于簡單循環發電、聯合循環發電、分布式能源、油氣輸送，以及陸、海運載工具驅動領域。

燃氣輪機既是國家戰略性產業，又與國家“雙碳”目標緊密相關。根據Maximize Market Research統計，2020年全球燃氣輪機市場中，有約32%市值的燃氣輪機應用于發電行業，約29%市值的燃氣輪機應用于油氣行業，其余39%的燃氣輪機則應用于載具等其他工業領域。

燃氣輪機可以用多種燃料，船上一般用柴油；陸上發電用天然氣、輕柴油、重油以及一些非常規的氣體燃料（油田伴生氣、煤田瓦斯氣、焦爐煤氣、氫氣等）；飛機用航空煤油。天然氣因其碳排放較其它燃料少，被認為是最清潔的石化發電燃料。

我國從2006年開始進口液化天然氣LNG，之后從中亞進口管輸天然氣，燃氣發電量明顯呈上升趨勢。但從總體上看，我國天然氣在一次性能源和發電能源中的占比明顯低于世界平均水平，與美國、英國、日本等發達國家相距甚遠。

2020年，我國發電總量達7779.1TWh，發電依次排列為：燃煤發電占63.2%、水力發電占17.0%、再生能源發電占11%、核能發電占4.7%、燃氣發電占3.2%、原油發電僅占0.15%(數據來源可參考BP 2020報告)?？梢钥闯觯覈饕匀济喊l電為主，燃氣發電的份額不高。

隨著“兩碳目標”的推進實施，國內傳統能源行業亟需轉型，煤炭將加快退出主體能源地位，以天然氣發電作為清潔電力的輕型燃氣輪機，將迎來新的發展機遇和窗口期。

燃氣輪機可為能源轉型贏得“脫碳機遇”

據了解，我國正在建設以大規模可再生能源發電為主體，安全高效的新型電力系統，但風光發電有其靠天吃飯的不穩定性，燃氣輪機可以憑借其良好的功率爬坡能力與儲能系統形成優勢互補，為特定區域范圍內的新型電力系統提供“增量儲能”效果，在不棄光不棄風的情況下實現系統容量的穩定性和可調度性。

燃氣輪機效率高、可靠性強、操作靈活、排放低，可使用混氫/純氫燃料和其他脫碳燃料，這些屬性為其贏得了能源轉型過程中重要的脫碳機遇：可調峰的低碳/零碳能源科技應用。

隨著制氫、儲氫技術、燃氣輪機燃燒室技術和控制技術的進步，伴隨著產業化成熟，基于氫燃料的燃氣輪機將使氫能成為一種零碳排放的清潔能源、21世紀的終極能源！這使得能源轉型、能源“脫碳”的夢想不再遙遠。

另外，許多重工業城市的煉油廠、焦化廠等，會產生各種尾氣，燃燒值低，利用效率不高，甚至是污染源。燃氣輪機燃燒室可燃燒低至800大卡的這些氣體燃料，不但可解決非潔凈排放和化工尾氣處理的環境保護問題，而且有助于幫助能源密集型工業脫碳。

輕型燃氣輪機具有廣闊發展前景

全球燃氣輪機快速的技術進步和對分布式發電技術的日益關注將推動全球行業的增長。

根據Statista統計數據，2015-2020年全球燃氣輪機市場規模呈現上漲趨勢。2020年全球燃氣輪機市場規模為225.4億美元，同比增長3.47%。我國是最大的潛力市場。

從不同功率的燃氣輪機市場來看，根據ReleaseWire數據，2020年全球燃氣輪機中1-40兆瓦級燃氣輪機和120兆瓦以上重型燃氣輪機的市場占比最大，這兩種類機型的需求程度最高，幾乎均各占39%。

根據前瞻產業研究院預測，2035 年全國燃氣發電裝機容量規模2.4億千瓦，相當于未來15年約新增1.4億千瓦，即需要布局約4667臺30MW級燃氣輪機。以每臺價值1000萬美元進行計算，僅此項，未來15年發電用燃氣輪機的市場規模將達到466.7億美元。

燃氣輪機因具有功率密度大、啟動快、噪聲低頻分量低、低氮排放等特點，在軍事和商用艦船上應用將越來越廣泛。目前，我國艦船配置的是柴燃混合動力，平時巡航用柴油機，跑高速才用輕型燃氣輪機。而歐美、日本等大部分裝備由大小燃氣輪機組成的全燃動力系統，巡航開小的，跑高速用大的。今后，隨著我國經濟社會的發展，特別是隨著我國實施“走出去”戰略、維護海外利益，以及執行護航、撤僑、人道主義救援等非傳統軍事行動，都需要大力發展船舶燃氣輪機。

在管道增壓方面，近年來我國天然氣工業步入快車道，帶動了骨干管道的迅速發展，在過去5年以及未來10年內，我國的長輸天然氣將以年均6000公里的增速進行建設，用于管理壓縮機驅動的燃氣輪機也是迎來發展的春天。

在移動電源應用方面，我國是自然災害多發頻發的國家，大面積停電事故越來越多。燃氣輪機發電機組的體積小、重量輕、功率密度高等特點正好契合應急移動電源的技術需要，成為大功率移動電源的首先設備。今年7月，中國航發的1000千瓦燃氣輪機發電機等，在河南洪水應急救援中發揮了很重要作用。

此外，隨著我國數字技術經濟的發展，必將逐步發展起完整的“數字平行世界”體系。在這樣的體系中，必須建成網絡化布局的大數據“云中心”。為了保證大數據“云中心”運行的安全，一般都需要配備可靠、高效的備份電源，而輕型燃機是最佳的可選擇裝備，其市場需求也十分巨大。

據悉，單臺40WM燃氣輪機作為分布式能源機組，每小時可提供4萬度電力，同時滿足3萬小鎮居民冬季采暖和夏季制冷需求，與傳統能源供應方式相比，二氧化碳減排54%，節能36%。該型號的輕型燃氣輪機我國擁有自主可控技術，目前國內有關企業正在抓緊研發，市場空間巨大。

以燃氣輪機“大國重器”引領實體經濟發展

燃氣輪機是“大國重器”，事關國家能源安全、國防安全，其核心關鍵技術需要牢牢掌握在自己手中。當前，盡管我國已具備輕型燃機（功率5萬千瓦以下）自主化能力，但還存在著“扔拐棍難、提性能難、占市場難、民介入難”等問題，重型燃機基本靠進口，關鍵技術長期被美國、日本、德國等國際廠家壟斷。輕型燃機無論是航改燃機、船用燃機還是工業燃機，我國都還處在發展初期，需要抓住機遇，聚力發展。

“十四五”規劃強調指出，要堅持把發展經濟的著力點放在實體經濟上，加快推進制造強國、質量建國建設，促進先進制造和現代服務業深度融合，強化基礎設施支撐引領作用，構建實體經濟、科技創新、現代金融、人力資源協同發展的現代產業體系。

燃氣輪機是工業制造領域“皇冠上的明珠”，是高端制造的集合體。航空產業的投入產出比是1：10，就業拉動是1：12，燃氣輪機的投入產出比高達1：30。一臺燃氣輪機由數萬個零部件組成，需要上百家甚至上千家企業配套生產。投資建設一個型號的燃氣輪機，會有效引領當地材料技術、工藝技術、設計技術、成套技術發展，從而形成先進制造產業群，促進當地經濟社會高質量發展。（作者系中國航空學會科技咨詢工作委員會副主任孟彥）