燃气轮机是一种高效动力机械，广泛用于航空、电力、工业、船舶和陆地交通等领域，较常规动力装置优势明显。自身技术制造要求和难度极高，全球只有少数国家掌握核心技术，被誉为动力机械领域“皇冠上的明珠”。目前国内外已形成清晰的主机竞争格局，由欧美等企业主导市场。当前我国已具备完整的燃气轮机产业链，其中原材料配套主要以钢厂、研究院所等国企为主，民企作为有效补充；零部件制造主要以航发、中航工业、国机等集团为主，部分民企共同参与；整机制造由上海电气、东方汽轮机、哈尔滨电气等负责。我国燃气轮机行业仍处于产业发展初期，但从长期发展趋势、成长空间来看，燃气轮机应用场景丰富、市场空间广阔，是和航空发动机产业一样，具有较好投资契机的赛道，产业链将孕育出大量优质配套企业。
　　▍高效动力机械，皇冠上的明珠。燃气轮机是一种依靠高温燃气推动涡轮机械连续做功的大功率、高性能热机，广泛用于航空、电力、工业、船舶和陆地交通等领域；相较其他常规动力装置，燃气轮机效率更高、启动更快、油耗更低、重量更轻，优势较为明显。燃气轮机按功率大小分成大中型、小型、微型燃机；按下游应用分为航空燃气轮机、舰船燃气轮机、工业燃气轮机等；按内部结构可分为重型燃气轮机、轻型燃气轮机、微型燃气轮机。燃气轮机的核心部分主要由压气机、燃烧室、涡轮组成，技术制造要求和难度极高，目前全球只有少数国家掌握其核心技术，被誉为动力机械领域“皇冠上的明珠”。
　　▍百年发展历程，燃气轮机正进入新阶段。全球燃气轮机的发展经历了萌芽阶段、工业试用阶段、广泛应用阶段，历时百年之久。我国的燃气轮机产业基础相对薄弱，发展经历了从测仿到合作与自主研发的过程，正处于国产化进程之中。对于燃气轮机来说，通过采用先进热力循环、多种燃料驱动等措施，以提升热能利用率和经济性是核心发展趋势。目前国内外机行业已形成清晰的主机竞争格局，由美国通用电气、日本三菱重工、德国西门子等公司主导市场；我国以上海电气、东方汽轮机、哈尔滨电气等公司为主。
　　▍前景无限，我国燃机孕育新机遇。当前我国已具备完整的燃气轮机产业链研发制造能力，包括最源头的基础研究设计、上游原材料制备、中游零部件制造（分类含分系统）、下游整机组装及应用等环节。其中上游原材料主要包括高温合金、特钢、铝合金、复合材料、普钢和热障涂层等，参与企业包括航材股份、钢研高纳、图南股份、宝武钢铁、抚顺特钢等。零部件主要包括叶片、盘、轴等结构件的生产制造，其中叶片生产企业包括航发动力、无锡透平、航亚科技、中航重机、应流股份、万泽股份等；盘、轴及其他结构件供应商包括中航重机、中国二重、钢研高纳、三角防务、航发科技、派克新材、航宇科技、图南股份等；分系统（控制系统）环节主要参与企业是航发控制。下游整机制造主要由上海电气、哈尔滨电气、东方汽轮机等公司负责。
　　▍风险因素：燃气轮机研发批产不及预期；市场竞争日益加剧风险；政策支持力度不达预期；燃气轮机市场需求不及预期。
　　▍盈利预测、估值及投资评级：燃气轮机与航空发动机一样，属于“两机专项”国家重点项目，在工业、舰船等领域具有广阔应用前景，是真正意义上的“大国重器”。目前我国燃气轮机行业仍处于产业发展初期，但从长期发展趋势、成长空间来看，燃气轮机应用场景丰富、市场空间广阔，是和航空发动机产业一样，具有较好投资契机的赛道，产业链将孕育出大量优质配套企业。燃气轮机产业链涉及从上游材料到下游总装多个环节，建议关注各细分领域核心供应商：
　　1）材料端：航材股份、钢研高纳、抚顺特钢、图南股份；
　　2）零部件：中航重机、派克新材、应流股份、航宇科技、航亚科技、万泽股份、航发科技；
　　3）分系统：航发控制；
　　4）总装：航发动力、上海电气、中国动力。

研究报告全文：蓄势待发向心而行燃气轮机系列报告一202396中信证券研究部核心观点燃气轮机是一种高效动力机械广泛用于航空电力工业船舶和陆地交通等领域较常规动力装置优势明显自身技术制造要求和难度极高全球只有少数国家掌握核心技术被誉为动力机械领域皇冠上的明珠目前国内外已形成清晰的主机竞争格局由欧美等企业主导市场当前我国已具备完整的燃气轮机产业链其中原材料配套主要以钢厂研究院所等国企为主民企作为有效补充零部件制造主要以航发中航工业国机等集团为主部分民企付宸硕共同参与整机制造由上海电气东方汽轮机哈尔滨电气等负责我国燃气国防与航空航天首轮机行业仍处于产业发展初期但从长期发展趋势成长空间来看燃气轮机席分析师应用场景丰富市场空间广阔是和航空发动机产业一样具有较好投资契机S1010520080005的赛道产业链将孕育出大量优质配套企业高效动力机械皇冠上的明珠燃气轮机是一种依靠高温燃气推动涡轮机械连续做功的大功率高性能热机广泛用于航空电力工业船舶和陆地交通等领域相较其他常规动力装置燃气轮机效率更高启动更快油耗更低重量更轻优势较为明显燃气轮机按功率大小分成大中型小型微型燃机按下游应用分为航空燃气轮机舰船燃气轮机工业燃气轮机等按内部结构可分为刘意重型燃气轮机轻型燃气轮机微型燃气轮机燃气轮机的核心部分主要由压气国防与航空航天分机燃烧室涡轮组成技术制造要求和难度极高目前全球只有少数国家掌握析师其核心技术被誉为动力机械领域皇冠上的明珠S1010522050004百年发展历程燃气轮机正进入新阶段全球燃气轮机的发展经历了萌芽阶段工业试用阶段广泛应用阶段历时百年之久我国的燃气轮机产业基础相对薄弱发展经历了从测仿到合作与自主研发的过程正处于国产化进程之中对于燃气轮机来说通过采用先进热力循环多种燃料驱动等措施以提升热能利用率和经济性是核心发展趋势目前国内外机行业已形成清晰的主机竞争格局由美国通用电气日本三菱重工德国西门子等公司主导市场我国以上海电气东方汽轮机哈尔滨电气等公司为主前景无限我国燃机孕育新机遇当前我国已具备完整的燃气轮机产业链研发制造能力包括最源头的基础研究设计上游原材料制备中游零部件制造分类含分系统下游整机组装及应用等环节其中上游原材料主要包括高温合金特钢铝合金复合材料普钢和热障涂层等参与企业包括航材股份钢研高纳图南股份宝武钢铁抚顺特钢等零部件主要包括叶片盘轴等结构件的生产制造其中叶片生产企业包括航发动力无锡透平航亚科技中航重机国防与航空航天行业应流股份万泽股份等盘轴及其他结构件供应商包括中航重机中国二重评级强于大市维持钢研高纳三角防务航发科技派克新材航宇科技图南股份等分系统控制系统环节主要参与企业是航发控制下游整机制造主要由上海电气哈尔滨电气东方汽轮机等公司负责风险因素燃气轮机研发批产不及预期市场竞争日益加剧风险政策支持力度不达预期燃气轮机市场需求不及预期盈利预测估值及投资评级燃气轮机与航空发动机一样属于两机专项国家重点项目在工业舰船等领域具有广阔应用前景是真正意义上的大国重器目前我国燃气轮机行业仍处于产业发展初期但从长期发展趋势成长空间来看燃气轮机应用场景丰富市场空间广阔是和航空发动机产业一样具有较好投资契机的赛道产业链将孕育出大量优质配套企业燃气轮机产业链涉及从上游材料到下游总装多个环节建议关注各细分领域核心供应商1材料端航材股份钢研高纳抚顺特钢图南股份证券研究报告请务必阅读正文之后第25页起的免责条款和声明燃气轮机系列报告一2023962零部件中航重机派克新材应流股份航宇科技航亚科技万泽股份航发科技3分系统航发控制4总装航发动力上海电气中国动力重点公司盈利预测及投资评级EPSPE简称代码收盘价评级2223E24E25E2223E24E25E航材股份688563SH615409812516020863493830无评级钢研高纳300034SZ250906505807810339433224买入抚顺特钢600399SH97301002303604497422722买入图南股份300855SZ345206408611916354402921买入中航重机600765SH268308210914720433251813买入应流股份603308SH1434078080100181814买入航发控制000738SZ221005207009512343322318买入资料来源Wind中信证券研究部预测注股价为2023年9月5日收盘价请务必阅读正文之后的免责条款和声明2燃气轮机系列报告一202396目录引言5高效动力机械皇冠上的明珠5百年发展历程燃气轮机正进入新阶段8燃气轮机的发展历程8提升热能利用率和经济性是燃气轮机的核心发展趋势10国内外燃机行业已形成清晰的主机竞争格局13舰船燃气轮机仿制到自研13工业燃气轮机任重而道远16前景无限我国燃机孕育新机遇19风险因素23投资建议24请务必阅读正文之后的免责条款和声明3燃气轮机系列报告一202396插图目录图1西门子SGT800燃气轮机5图2燃气轮机分类6图3燃气轮机的核心部分主要由压气机燃烧室涡轮组成7图4燃气轮机结构示意图8图5走马灯与燃气涡轮原理关系示意图8图6燃气轮机发展历程9图7燃气轮机联合循环10图8典型间冷回热燃机工作示意图11图92020年全球燃气轮机竞争格局13图10燃气轮机产业链19表格目录表1燃气轮机较其他常规动力装置优点明显7表2中国燃气轮机发展历程10表3不同型号燃机蒸汽回注方案效果对比11表4航空发动机与燃气轮机燃烧室及燃料要求12表5固体燃料燃气轮机循环方式12表6舰船燃气轮机发展历程14表7典型船用燃气轮机及参与企业15表8我国新研制典型船用燃机概况15表9中国海军长期船用燃机装备预测16表10重型燃气轮机发展历程17表11国外工业燃气轮机主要参与企业17表12国内燃气轮机主要参与企业18表13工业燃气轮机市场空间预测19表14燃气轮机零部件生产制造企业21表15燃气轮机控制系统生产制造企业22表16燃气轮机应用领域及相关企业23请务必阅读正文之后的免责条款和声明4燃气轮机系列报告一202396引言两机专项指航空发动机和燃气轮机是国家重点项目之一我们在过去的报告中对航空发动机产业的发展现状技术变革市场格局行业空间等进行了详细论述本系列报告将围绕两机中另一核心燃气轮机展开我们认为目前我国燃气轮机行业仍处于产业发展初期但从长期发展趋势成长空间来看燃气轮机应用场景丰富市场空间广阔是和航空发动机产业一样具有较好投资契机的赛道产业链将孕育出大量优质配套企业燃气轮机按下游应用场景主要包括舰船燃气轮机工业燃气轮机航空燃气轮机其中航空燃气轮机即航空发动机已在前期航空发动机行业系列报告中详细介绍此系列报告主要介绍除航空发动机外的舰船燃气轮机及工业燃气轮机的相关情况高效动力机械皇冠上的明珠燃气轮机在航空电力工业等领域广泛应用被誉为动力机械领域皇冠上的明珠燃气轮机是一种以空气为介质内部连续回转燃烧依靠高温燃气推动涡轮机械连续做功的大功率高性能热机可将燃料石油天然气等的能量转化为某种形式的有用功例如机械功或者高速喷气式动力装置的推力燃气轮机用途较为广泛在航空电力工业船舶和陆地交通等领域都有着不可撼动的重要地位燃气轮机的技术制造要求和难度极高目前全球只有少数国家掌握其核心技术被誉为动力机械领域皇冠上的明珠航空发动机本质上也是一种燃气轮机由于应用场景的特殊性导致其与其他的燃气轮机有着不同的性能追求常被单独区分而与燃气轮机并称为两机图1西门子SGT800燃气轮机资料来源西门子官网请务必阅读正文之后的免责条款和声明5燃气轮机系列报告一202396燃气轮机可以按功率大小下游应用内部结构涡轮转子进口温度等进行分类1根据功率大小划分可分为大中型小型微型燃机根据燃气轮机分类范晓月高性能航空燃气轮机燃烧技术侯晓春功率范围在20MW以上的燃气轮机称为大中型燃机特别是功率范围在50MW以上的也称为重型燃机功率范围在03MW20MW的燃气轮机称为小型燃机功率范围在30KW300KW或更小的燃气轮机称为微型燃机根据燃气轮机分类范晓月功率范围在几十至数百千瓦主要用于地面车辆如坦克等功率范围在1MW40MW主要用于石油及天然气管路的运输发电舰船等功率范围在40MW以上主要用于发电2根据下游应用划分可分为航空燃气轮机舰船燃气轮机工业燃气轮机等根据燃气轮机分类范晓月GE官网西门子官网航空燃气轮机用于大部分军机及民用客机主要包括涡扇涡喷等发动机舰船燃气轮机用于远洋船护卫舰驱逐舰巡洋舰等工业燃气轮机包括电站燃气轮机主要用于发电站的发电机械驱动燃气轮机主要用于驱动机械设备如泵压缩机等压缩空气用燃气轮机主要用于工业领域的压缩空气生产输气用燃气轮机主要用于输送天然气等3根据内部结构划分可分为重型燃气轮机轻型燃气轮机微型燃气轮机根据燃气轮机分类范晓月重型燃气轮机经过专用设计是遵循传统的蒸汽轮机理念完全利用原型机平台重新设计发展起来的工业重燃俗称工业机其不以减轻质量为主要目的而是以长期安全工作为目的单位功率质量25kgkw主要用于大型电站轻型燃气轮机俗称航改机由成熟的航空发动机进行工业化改型单位功率质量一般低于02kgkw主要用于调峰发电分布式能源海上动力天然气压缩等场景微型燃气轮机将燃机与发动机设计成整体体积较小质量较轻4根据涡轮转子进口温度划分可分为E级F级G级H级燃气轮机根据能源行业燃气轮机发展途径思考郭华璋燃气轮机按燃烧温度分级100为一级别其中E级F级G级H级燃气轮机的涡轮转子进口温度分别在1200130014001600图2燃气轮机分类资料来源燃气轮机分类范晓月高性能航空燃气轮机燃烧技术侯晓春能源行业燃气轮机发展途径思考郭华璋GE官网西门子官网中信证券研究部请务必阅读正文之后的免责条款和声明6燃气轮机系列报告一202396燃气轮机较其他常规动力装置优点明显根据燃气轮机涡轮叶片制造工艺现状及发展方向崔慧然冯相如任建伟和世界燃气轮机工业巡礼火心燃气轮机效率更高单循环效率最高可达40以上使用涡轮前进气温度超过1600的先进燃气轮机所能达到的联合循环电厂效率能达到62以上特别是随着涡轮部件材料工艺结构的发展使得涡轮前温度持续提高燃机效率亦不断提升燃气轮机启动更快全冷启动至全速状态最快仅需2分钟油耗更低只有同等功率蒸汽轮机的一半同时清洁环保重量更轻只有同等功率蒸汽轮机的三分之一且操作简单维护方便使用便捷表1燃气轮机较其他常规动力装置优点明显与内燃机相比与汽轮机相比单机功率较大装置简单重量轻体积小重量轻体积小启动快带负荷快优点启动快不需大量冷却水排气污染小油耗高单机功率较小缺点制造成本高效率较低运行寿命短资料来源内燃机与燃气轮机的差异对比伍赛特燃气轮机与汽轮机的对比研究及未来发展分析伍赛特中信证券研究部燃气轮机的核心部分主要由压气机燃烧室涡轮组成压气机是燃气轮机中利用高速旋转的叶片给空气做工以提高空气压力的部件即将进气口的空气压缩为高压空气从结构划分可分为离心式压气机和轴流式压气机燃烧室位于压气机和涡轮之间利用燃烧器将燃料和空气混合燃烧是一种用耐高温的合金材料制造的燃烧设备涡轮是燃气膨胀做功的部件将燃料的化学能最终转化为机械能位于燃气轮机温度最高应力最复杂环境最恶劣的部位是燃气轮机的心脏除此以外燃气轮机还包括控制调节系统进气过滤系统启动系统滑油系统辅助系统等图3燃气轮机的核心部分主要由压气机燃烧室涡轮组成资料来源高性能航空燃气轮机燃烧技术侯晓春中信证券研究部请务必阅读正文之后的免责条款和声明7燃气轮机系列报告一202396图4燃气轮机结构示意图资料来源NCMSpA官网中信证券研究部百年发展历程燃气轮机正进入新阶段燃气轮机的发展历程燃气轮机的雏形来自我国的走马灯走马灯兴于秦汉成熟于唐宋公元六七世纪是元宵节灯会的主角之一根据中国航发官方微信公众号走马灯的原理为灯内点上蜡烛烛产生的热力造成气流令轮轴转动轮轴上有剪纸烛光将剪纸的影子投射在灯罩上图象便不断走动依靠走马灯上有平放的叶轮下燃烛或灯热气上升带动叶轮旋转这正是现代燃气涡轮工作原理的原始应用图5走马灯与燃气涡轮原理关系示意图资料来源中国航发官方微信公众号请务必阅读正文之后的免责条款和声明8燃气轮机系列报告一202396全球燃气轮机的发展经历了萌芽阶段工业试用阶段广泛应用阶段1萌芽阶段根据中国航发官方微信公众号15世纪末意大利人达芬奇设计出烟气转动装置其原理与走马灯相同1791年英国人巴贝尔首次使用燃气轮机这一名词并描述了燃气轮机的工作过程同时提出了燃机的具体设计方案并申请登记了第一个燃气轮机设计专利2工业试用阶段根据中国航发官方微信公众号1872年德国人施托尔策制造了燃气轮机技术装置但装置始终未能脱离外界动力帮助宣告失败1905年法国人勒梅尔和阿芒戈制成了一台与现代型式相同的燃气轮机这也是世界上第一台输出有效功率的燃气轮机但输出功率只有34不具备实用价值1939年瑞士BBC公司制成了一台4000KW发电用燃气轮机并投入商业应用同年德国Heinkel工厂设计的第一台燃气涡轮喷气发动机通过地面试车并装机试飞成功后来人们把这一年视为燃气涡轮发动机获得成功之年标志着燃气轮机发展成熟进入了实用阶段3广泛应用阶段上世纪50年代至今燃气轮机不断运用新技术新材料及新设计使可靠性维护性更加完美技术经济性能不断提高在各领域的应用得到迅速发展上世纪60年代燃气轮机开始应用于军用舰船动力和发电领域上世纪70代年末期燃气轮机开始应用于美国主战坦克上世纪80年代以来燃气轮机在发达国家开始广泛应用于动力能源等领域图6燃气轮机发展历程资料来源中国航发官方微信公众号中信证券研究部中国燃机发展经历从测仿到合作与自主研发相对于世界各主要强国我国燃机产业基础十分薄弱是长期以来制约我国航空工业海军实力提升的关键因素根据重型燃气轮机的现状和发展趋势蒋洪德我国燃气轮机的发展大致分为三个阶段一是20世纪50年代末至20世纪80年代中期主要以苏联技术为基础进行自主研发设计二是20世纪80年代末至90年代末采用仿制合作的模式三是21世纪初至今我国以市场换技术通过引进通用GE西门子SIEMENS三菱重工MHI公司的请务必阅读正文之后的免责条款和声明9燃气轮机系列报告一202396EF级重型燃气轮机由哈气GE东气MHI上气SIEMENS进行国产化制造表2中国燃气轮机发展历程时间历史发展二十世纪50年代至80年代以前苏联技术为基础自主研发设计实验二十世纪80年代至90年代仿制合作生产不再自己研究设计实验我国以打捆招标市场换技术方式引进通用GE三菱重工MHI西21世纪初至今门子Siemens公司的FE级重型燃气轮机50多套由哈汽-GE东汽-MHI上汽-Siemens进行国产化制造资料来源重型燃气轮机的现状和发展趋势蒋洪德中信证券研究部提升热能利用率和经济性是燃气轮机的核心发展趋势采用先进热力循环提高热能利用率燃气轮机中燃气驱动涡轮后排出时仍含有较高能量使用燃气轮机按简单的布雷顿循环其排气温度一般都在600K以上高的在750K以上大量的热能未能利用即被排入大气如能充分利用这些热能则有可能大幅度地提高整机的热效率降低燃料消耗最简单易行的方案莫过于热电联供只要将排气通过余热锅炉或各种换热器即可生产热水或蒸汽向工业或生活部门供热其主要优点是结构简单热能利用率高图7燃气轮机联合循环资料来源三菱重工中国官网压气机中间冷却和回热循环方案间冷回热是在压气机的低压端和高压端加进中间冷却器并加入回收排气余热的回热器循环中间冷却器可以使低压压气机进入高压压气机的进口温度降低到接近环境温度从而显著降低驱动压气机的功率回热器可以将在空气进入燃烧室之前对其进行加热从而提高燃烧效率达到节省燃料的目的通过间冷回热技术不仅提高了热效率而且降低了排气温度噪声和红外辐射研究表明间冷回热燃机较之简单循环燃机具有提高压力比提高热效率增加输出功率的特点适用于低压比航改燃气轮机因为压比低压气机出口温度低可从排气中吸收更多热量请务必阅读正文之后的免责条款和声明10燃气轮机系列报告一202396图8典型间冷回热燃机工作示意图资料来源RR官网蒸汽回注方案原理是将热电联供中余热锅炉生产的蒸汽回输到涡轮前蒸汽和原来的燃气进行掺混在涡轮中膨胀做功蒸汽回注方案主要的优点是同一机组的功率增加效率提高但结构简单而且在热电联供中使用这种方案可根据不同季节或需要对供热供电进行调节可多供汽少供电或少供汽多供电蒸汽回注适用于高压比的发动机因为高压比发动机的涡轮落压比也大回注蒸汽更有利于发挥效能表3不同型号燃机蒸汽回注方案效果对比型号压气机压比输出功率MW热效率输出功率热效率提提升升初始蒸汽回注初始蒸汽回注LM2500182032504345538442335389LM50002736489374335836资料来源航改燃气轮机工作特点及先进循环技术研究伍赛特中信证券研究部蒸汽-燃气联合循环方案即在蒸汽回注的基础上在余热锅炉中继续加入燃料以增加汽轮机输出及整机效率如果不再向余热锅炉加燃料以WJ6G为例汽轮机能发出的功率仅占总功率的1520即400kW左右输出功率为主的仍是燃气轮机如果向余热锅炉喷入燃料并且不加入外界空气在提高蒸汽参数后将使汽轮机的功率提高基本上与燃气轮机持平即总功率增加1倍整机效率也得以大幅提高如果在向锅炉供给燃料的同时加入外界空气与排出燃气共同在余热锅炉中燃烧则蒸汽的产量大幅度提高这种装置将以汽轮机为主在采用这种方案的机组中汽轮机输出功率可比燃气轮机高出数倍请务必阅读正文之后的免责条款和声明11燃气轮机系列报告一202396多种燃料驱动提升经济性燃气涡轮发动机在地面装置上使用可利用多种燃料发挥经济性当前在燃气轮机上使用重油和天然气都已成为现实以煤为代表的固体燃料的蕴藏量极为丰富但相关研究进展较为缓慢离商业运行和推广尚有一定的差距开发不同燃料驱动的燃气轮机时必须考虑使用这种燃料的发动机与使用航空煤油的发动机两者工作的不同特点表4航空发动机与燃气轮机燃烧室及燃料要求燃机种类燃烧室及燃料要求航空发动机追求短环形燃烧室设计高温升高热容强度燃烧室设计技术高空再点火和高航空发动机空稳定燃烧技术对民用航空发动机还要求高效低排放燃烧室设计技术燃气轮机追求油气互换合成气中低热值气多燃料适应性干式低NOx燃烧技术资料来源中国科学院工程热物理研究所官网中信证券研究部重油包括原油柴油和渣油存在着下列问题1黏度高特别是在大气温度较低时尤为突出一般的离心喷嘴对重油的雾化效果差油珠的直径较大延长了燃烧室内的火焰长度并使燃烧完全系数下降起动则尤为困难2灰分和树脂含量高造成发动机热端部件积炭增加并增加了燃油系统附件堵塞的可能性和齿轮磨损3有机物包括硫和硫化物胺等和无机物包括金属氧化物和盐类等含量高促使燃油系统和涡轮叶片表面严重腐蚀目前以使用柴油为多为了解决起动问题可采取预热起动点火器壳体或向燃烧室供油前预热燃油或用汽油启动燃烧然后切换成柴油等方法天然气不同于液体燃料不要求预先雾化和汽化而后进入燃烧具有经济效益实践表明只要更换一下原供油管道和喷嘴适于供气的特点或在原系统旁另加一套供气系统即可实现在燃烧完全程度积炭腐蚀和温度场分布等方面有可能略优于使用液体燃料的水平在油田上或在输送天然气管线上使用天然气作为燃气轮机的燃料在经济上是合理的已得到广泛应用表5固体燃料燃气轮机循环方式方案名称技术路线特点不足作为主机的燃气轮机在全套装置中气化热效率有待提升庞大的设备装由其他装置将煤气化净化脱硫所占空间场地相对较小一般利用余煤气化联合循环置和能量消耗要求热端部件有高温后参与燃气轮机循环热锅炉吸收燃气轮机排气和煤气冷却抗磨的能力中的部分热量由汽轮机转换为电能将通常燃气轮机的燃烧室由锅炉代在一定的压力下燃烧称为加压沸腾燃气在进入涡轮前仍须进行除尘要沸腾床联合循环替煤颗粒在锅炉中被压气机输送床燃烧过程中加入石灰石起脱硫与汽轮机组成联合循环以提高热效率的空气吹动形似沸腾作用压气机输送的空气进入锅炉不直锅炉在常压下沸腾燃烧称为常压沸对换热装置要求较高需要一定量的间接燃烧联合循环接参与燃烧而是通过管道被加热腾床可在进入涡轮前供给气体或液气体液体燃料然后进入涡轮体燃料以补充燃烧资料来源航改燃气轮机工作特点及先进循环技术研究伍赛特中信证券研究部请务必阅读正文之后的免责条款和声明12燃气轮机系列报告一202396国内外燃机行业已形成清晰的主机竞争格局燃气轮机行业已形成美国通用电气日本三菱重工德国西门子等公司主导的竞争格局世界燃气轮机技术及其产业发展迅速目前重型燃气轮机主要由三菱重工MHI通用电气GE西门子Siemens-WH阿尔斯通Alstom-ABB等公司开发轻型燃气轮机方面世界主要航空发动机公司罗尔斯罗伊斯RR通用电气GE普拉特惠特尼PW等由航空发动机改型研制了3代轻型燃气轮机图92020年全球燃气轮机竞争格局912302228西门子GEMHPSAlstom其他资料来源Mccoypower官网中信证券研究部国内燃气轮机市场呈现31竞争格局目前我国燃气轮机领域主要的研制力量分别来自我国航发船舶机械等工业部门和科研院所在我国燃气轮机整机市场格局较为集中即上海电气东方汽轮机哈尔滨电气外加南京汽轮电机四家公司又在市场换技术的政策下各自与一家外资公司捆绑招标其中上海电气结对西门子东方汽轮机结对三菱哈电与南汽则与GE合作表1国内燃气轮机及参与单位工业部门场所中国航发中航动力黎明集团西航集团南方集团黎阳集团608所东安发动机兰翔机械厂船舶中船重工703所机械东方汽轮机哈尔滨汽轮机哈尔滨电气上海电气南京汽轮电机集团中科院工程热物理研究所资料来源各公司官网中信证券研究部舰船燃气轮机仿制到自研我国船用燃机研制经历三个阶段相对于世界各主要强国我国的船用燃机产业基础十分薄弱是长期以来制约我国海军战斗力提升的关键因素我国船用燃气轮机的研制大致分为三个阶段一是20世纪50年代末至20世纪80年代中期二是20世纪80年代末至90年代末三是21世纪初至今请务必阅读正文之后的免责条款和声明13燃气轮机系列报告一202396起步阶段20世纪50年代末至20世纪80年代中期1958年我国在国防科学技术十年规划中提出了开发燃气轮机的计划开启了燃机研发的序幕1959年苏联向我国提供了M-1型船用燃机的技术资料我国历经3年完成仿制工作1964年我国首台自主研制的4000kW燃机通过验收1978年我国首次研制出重型燃气轮机样机这些探索为我国船用燃机的进一步发展奠定了坚实基础锻炼了一支经验丰富的技术队伍引进提升阶段20世纪80年代末至90年代末冷战后期得益于与西方国家关系的缓和我国开始在燃机领域寻求国际合作1986年我国与美国普惠公司联合技术公司达成协议合作开发FT8燃气轮机1989年首台机下线1996年完成全部研制工作1981年我国上马轻型燃机项目以引进的英国斯贝发动机为基础研制9560kW船用燃机计划于1992年完成上述两型燃机的研制成功填补了我国在重型轻型航改船用燃机的空白使我国跟上了世界燃机发展的步伐加速追赶阶段21世纪初至今进入新世纪随着我国航空工业的突飞猛进多型先进航空发动机相继问世得益于航空动力的技术进步我国推出了一系列的船用燃机主要有QD70QD128QC185QC260QC280和R0110表6舰船燃气轮机发展历程技术路径时间发展历程M-1舰用燃气轮前苏联向我国转让了M-1舰用燃气轮机技术仿制成功后装备在一艘1959年底机高速炮艇上我国决定将轰涡喷8发动机改进为大功率舰载燃气轮机这是我国首次1967年轰涡喷8航改进行航改燃实践燃实践航改燃实践完成耐久试验但是最终因为英国同意出口奥林普斯1974年TM3B舰用燃气轮机受到冲击无果而终1993年引进乌克兰舰用燃气轮机GT25000GT25000国产1998年GT25000开始国产化国产型号QC280化QC2802003年QC280装备052B武汉驱逐舰试用开始研制太行涡扇发动机改型舰用燃气轮机QC70投入使用应1996年太行涡扇发用于国产气垫登陆艇上动机航改燃开始研制太行涡扇发动机改型舰用燃气轮机QC1852010年投入1998年使用资料来源21世纪的澎湃动力从新型水面舰艇看舰用燃气轮机的发展潘文林中信证券研究部全球市场三足鼎立国内尚以航改为主目前为止世界上只有英国美国前苏联俄罗斯乌克兰等的相关企业掌握了完整的船用燃机生产技术市场竞争呈现三分天下的态势其中美国通用电气公司研制的LM2500系列经久不衰发展为多型号产品广泛应用于工业领域舰船推进等列装多国军舰英国罗罗公司开发的多款燃气轮机投入多种舰船应用产品销往世界各国乌克兰曙光联合体在前苏联船舶技术基础上发展出的UGT系列如UGT25000具有相当的性能参数具有一定市占率请务必阅读正文之后的免责条款和声明14燃气轮机系列报告一202396表7典型船用燃气轮机及参与企业技术流派型号研制时间原型航机功率kW研制企业应用范围航机改造奥林巴斯1973奥林巴斯21500罗罗英护卫舰驱逐舰巡洋舰航空母TM3B舰斯贝SMIC1987斯贝18000罗罗英驱逐舰护卫舰WR-212004RB21125250罗罗英驱逐舰护卫舰气垫船巡逻艇水翼艇MT302001Trent80036000罗罗英驱逐舰濒海战斗舰航空母舰护卫舰LM25001970CF6-617900通用电气美驱逐舰护卫舰气垫船巡逻艇水翼艇LM16001987F40414920通用电气美轻型护卫舰巡逻艇LM2500G42006CF6-627600通用电气美驱逐舰护卫舰气垫船巡逻艇LM6000PC1992CF6-80C242750通用电气美航空母舰FT41962J7531000普惠美多种舰船推进NK-12PT1964NK-126300库兹涅佐夫俄气垫船水翼船NK-14PT1993NK-128000库兹涅佐夫俄气垫船水翼船专用设计UGT15000199820515曙光乌驱逐舰护卫舰UGT25000199328670曙光乌驱逐舰护卫舰巡洋舰航空母舰资料来源21世纪的澎湃动力从新型水面舰艇看舰用燃气轮机的发展潘文林中信证券研究部国内船用燃机以航改为主线中国航发集团旗下企业为核心参与企业随着我国两机专项的重点实施开展国内船用燃机产业迅速发展尤其得益于航空发动机技术的持续突破国产船用航改燃机持续涌现主要参与企业均为国资背景包括航发集团旗下的航发动力606608所东安发动机中船重工703所以及东方汽轮机哈尔滨汽轮机上海电气等表8我国新研制典型船用燃机概况型号使用时间类型功率kW效率原型机研制公司QD702003航改燃机800031太行航发黎明QD1282006航改燃机1280030昆仑航发黎明QC1852004航改燃机1778036太行航发黎明QC260间航改燃机26000航发黎明冷回热QC2802003专用设计2800037UGT-25000航发动力R01102008专业设计11450036航发黎明资料来源21世纪的澎湃动力从新型水面舰艇看舰用燃气轮机的发展潘文林中信证券研究部我国船用燃机空间巨大电推将带来未来增量目前燃气轮机已成为国外海军驱逐舰的主动力燃气轮机已成为全球各大国驱逐舰的动力系统美国的朱姆沃尔特俄罗斯的无畏和日本的金刚级驱逐舰均采用了燃气轮机作为主要动力根据人民网2017年6月29日报道2017年下水的某型驱逐舰首次使用了燃燃联合的动力方式晚于美国日本和俄罗斯20年以上请务必阅读正文之后的免责条款和声明15燃气轮机系列报告一202396与西方海军强国相比我国海军的船用燃机普及率极低短期成长空间较大主力舰艇中只有部分驱逐舰配备有柴燃混合动力其余舰艇均以柴油机蒸汽轮机作为主要动力燃机动力的短板曾长期制约主战舰艇舰体设计机动性续航力等关键指标的提升以致阻碍了整个舰队的战斗力生成我们认为从中短期来看随着中国多型船用燃机相继研制成功中短期内燃机普及有望提速为产业链相关企业打开成长新空间长期看好全电推进带来的增量空间我们认为在中国海军完成燃机普及之后未来10-15年全电推进可能成为舰船的主要动力方案基于全电推进的技术优势全球其他主要海军强国的技术路线选择和我国军事技术的提升我们认为全电推进在未来10-15年可能逐步成为我国海军舰艇的主要动力方案根据21世纪的澎湃动力从新型水面舰艇看舰用燃气轮机的发展潘文林新型40MW级大功率燃机和新型4MW级小功率燃机将成为全电推进时代的主要原动机前者作为综合电力推进系统的主力原动机后者作为备用原动机两者通过不同的搭配可以满足新型驱护舰的动力需求表9中国海军长期船用燃机装备预测燃机型号舰艇型号动力类型国外参考舰艇新型40MW级船用燃机新型驱逐舰全电推进DDG1000级驱逐舰新型4MW级船用燃机新型护卫舰全电推进自由级濒海战斗舰资料来源21世纪的澎湃动力从新型水面舰艇看舰用燃气轮机的发展潘文林中信证券研究部工业燃气轮机任重而道远我国重燃仍存在较大差距工业燃气轮机依据不同技术道路分为航改机和专业设计燃气轮机航改机由航空发动机改型而形成在轻型燃气轮机应用中占据主导地位主要应用于分布式能源系统输气输油管线动力海上采油平台现代化坦克动力等领域专业设计燃气轮机遵循传统的蒸汽轮机理念发展起来近年来也大量采用航空发动机的先进技术发展了一批大功率高效率重型燃气轮机主要应用于发电油田等领域重型燃气轮机是构成先进能源动力系统的核心装备是复杂的高技术集成也是国家装备制造水平的重要标志重型燃气轮机电站造价低调峰性能好用水少在复杂能源系统中占有重要地位对于能源系统的高效清洁和安全都具有重要意义我国的重型燃气轮机工业可以说至今未形成严格意义上的产业根据重型燃气轮机现状与发展趋势蒋洪德等分析我国重型燃气轮机工业发展经历了以下三个阶段1我国重型燃气轮机制造业的历史可以追溯到20世纪50年代末在早期阶段1950-1970年我国在消化吸收前苏联技术的基础上自主设计试验和制造燃气轮机开发出了20025000kw多种型号的燃气轮机包括车载燃气轮机机车燃气轮机和重型燃气轮机等培养了我国第一代燃气轮机核心技术自主研发试验制造和工程服务技术队伍整个行业的技术水平提升迅速2进入中期阶段1980-2000年由于全国油气供应严重不足缺国家禁止使用燃油燃气发电的重型燃机导致市场需求锐减整个行业陷入低谷全国仅剩南京汽轮机厂现南京汽轮电机集团一家重型燃机制造厂其余企业纷纷退出人员和技术流失严重请务必阅读正文之后的免责条款和声明16燃气轮机系列报告一202396大学燃机专业改行人才培养和国家研发投入基本停滞与国际水平的差距迅速拉大3在近期阶段从2002年开始随着西气东输和液化天然气LNG进口的增加我国重启了重型燃气轮机国内市场的需求通过引进国外先进的FE级重型燃机制造技术并成功实现国产化制造满足了我国电力工业的需要至2013年底全国燃机电站装机已超过34000MW约占全国发电总装机容量的3根据我国国民经济发展前景在未来长时期内我国发电总装机还需要大幅增加而电力工业面临的资源环境压力也在不断增长因此减少煤炭消耗增加绿色可再生低碳发电的比例最终达到大幅减少二氧化碳和污染排放构建可持续发展的能源电力系统已成为全民共识在这一阶段重型燃气轮机在我国迎来了前所未有的发展机遇表10重型燃气轮机发展历程时间技术发展1950-1970年以前苏联技术为基础自主设计试验和制造燃气轮1980-2000年重型燃机失去市场需求人员技术流失发展处于停滞状态引进西门子Siemens公司的FE级重型燃机制造技术成功实现国产化制造2013年底全国燃机电站装机超2002-2013年34000MW约全国发电总装机容量的3我国自主研发逐步深入在大型试验设施建设方面取得重大进展建成压气机燃烧室和透平等部件的大型试验设施近年来用于航空发动机部件试验资料来源重型燃气轮机现状与发展趋势蒋洪德等中信证券研究部工业燃机的全球市场已被国际巨头垄断全球工业燃气轮机市场基本被GE西门子等国际巨头所垄断世界重型燃气轮机制造业经过60多年的研制发展和竞争目前已形成了高度垄断的局面即以GE西门子ABB等主导公司为核心其它制造公司多数与主导公司结成伙伴关系合作生产或购买制造技术生产英美德日等国家通过在该领域长期的研发投入和技术积累掌握着燃气轮机研发制造的核心技术表11国外工业燃气轮机主要参与企业公司成立时间国家简介典型机型全球航空发动机与燃气轮机龙头企业在全球燃气轮机航空发动机和船用燃GE1892美国气轮机市场占有率全部保持第一可以向燃气轮机市场提供E级F级和H级9HA7HA9F7F等技术西门子能源是全球领先的燃气轮机制造商之一产品以其高可靠性和低维护性SGT5-9000HL西门1847德国而在客户中倍受青睐提供最高可达593MW的各种重型工业和航改燃气轮SGT5-8000HSGT-800子机应用包括油气工业以及发电等三菱重工MHI为美国西屋公司代工燃气轮机制造起家通过整合空气动力H-25系列H-100系列三菱学冷却设计和材料方面的最新技术开发了一系列高效可靠的重型燃气轮1870日本M701J系列M501J系列重工机并通过一系列的日本式微创新在市场上取得了很大的成功可提供等30560MW的各种燃气轮机J型技术实现涡轮进口温度1600意大利安萨尔多公司是重型燃气轮机的领先制造商之一早期曾是西门子燃气轮机产品的代工厂后随着自主研发投入和2016年对法国阿尔斯通燃气轮机AE643AAE943A安萨1853意大利资产位于瑞士巴登的收购使其成为全球最大的燃气轮机制造商之一逐AE942GT26GT36-S5尔多步形成一系列独居特色的重型燃气轮机产品提供E级F级和H级技术领域等的产品输出范围80538MW资料来源各公司官网中信证券研究部请务必阅读正文之后的免责条款和声明17燃气轮机系列报告一202396国内从事工业燃气轮机研制生产的单位则主要包括东方汽轮机有限公司上海汽轮机有限公司哈尔滨汽轮机厂有限公司西安航空发动机集团有限公司沈阳黎明航空发动机集团有限公司杭州汽轮机股份有限公司等我国工业燃气轮机整体水平和国际先进水平相差很大严格意义上的工业燃气轮机产业尚未形成总体水平落后20-30年表12国内燃气轮机主要参与企业公司成立时间简介典型型号肩负着加快实现航空发动机及燃气轮机自主研发和制造生产建设航空强国的重中国航QD70QD128QD1852016大责任拥有先进航空发动机资源产品广泛配装于大型舰艇中小型发电机组发集团R0110QDR20等客户涉及航空航天船舶能源等多个领域在重型燃气轮机发电行业表现卓越拥有最多国内市场份额及投运业绩300MW东方汽1966等级以上的F级机组市占率超过40致力于为客户提供先进可靠个性化设G50型M701D型M701F型轮机计的燃气轮机联合循环产品上海汽轮机厂同时拥有F级和E级燃气轮机技术其中SGT5-4000F型F级燃气轮机是目前公司的主力机型SGT5-2000E型E级燃气轮机是公司的重要机型上海汽适于燃烧低热值燃料可应用于IGCC项目该机型继承了原天然气燃机高效1953SGT5-4000FSGT5-2000E轮机可靠等优点又完全满足合成气运行时稳定低排放和可用率高的要求燃烧室为筒形每个燃烧室上装有专门针对燃用合成气设计的燃烧器并已在欧洲IGCC电厂中得到很好的实际商业应用是我国一五期间156项重点建设工程项目中的2项-电站汽轮机和舰船主动力装置的生产基地是以设计制造高效环保清洁能源为主的大型火电汽轮机哈尔滨1956核电汽轮机工业汽轮机重型燃气轮机及30MW燃压机组舰船主动力装置汽轮机太阳能发电系统设备汽轮机控制保护系统设备汽轮机主要本体辅机设备等系列主导产品的国有大型发电设备制造骨干企业产品性能参数居行业领先地位资料来源各公司官网中信证券研究部工业燃机将成为我国新型电力系统的主要支撑近年来燃气轮机在分布式能源管输增压煤化工风光互补生物质气化联合循环移动电源车领域应用广泛极大限度地利用燃气资源实现能源综合利用据中国能源报报道燃气轮机将成为我国新型电力系统的主要支撑我国目前正处于工业升级关键阶段中国制造2025提出推进制造业结构调整全面推动绿色制造强化工业基础能力提高制造业国际化水平及提高国家制造业创新能力推动我国传统制造业转型升级中国未来制造业将以创新发展取代以往的往粗放式高速增长方式由工业大国向工业强国转变制造业的总体水平将呈健康上升趋势燃气轮机行业是为我国工业生产提供基础能源的重要行业是产业结构调整和工业升级的先导产业新一轮的产业调整升级将为我国燃气轮机行业的发展提供强有力支撑预计2025年我国工业用燃气轮机市场规模可达220亿元根据Statista统计2020年全球燃气轮机市场规模达2254亿美元近三年平均增速约35根据MaximizeMarketResearch统计32市值的燃气轮机用于发电29市值的燃气轮机用于油气行业其余为载具等应用领域假设2020-2025年全球燃气轮机市场规模保持35的增速根据中国能源消费约占全球总量的20假设国内燃气轮机市场规模占全球的15-20我们预计至2025年我国工业用燃气轮机市场规模可达220亿元请务必阅读正文之后的免责条款和声明18燃气轮机系列报告一202396表13工业燃气轮机市场空间预测20202021E2022E2023E2024E2025E全球燃气轮机市场规模亿美元225402332924145249912586526770YoY347350350350350350工业用燃气轮机发电油气占比616161616161全球工业用燃气轮机市场规模亿美137491423114729152441577816330元中国工业用燃气轮机市场规模亿元139631541516951185772029522111资料来源StatistaMaximizeMarketResearch中信证券研究部预测前景无限我国燃机孕育新机遇我国目前已具备完整的燃气轮机产业链研发能力燃气轮机生产研制包括最源头的基础研究设计上游原材料制备中游零部件制造分类含分系统下游整机组装及应用等环节燃气轮机产业链主要由原材料供应商零部件生产商和整机制造商组成其中原材料供应商主要有高温合金特钢铝合金复合材料普钢和热障涂层等企业零部件主要包括叶片盘轴等结构件的生产制造以及分系统控制系统环节下游包括整机制造以及终端应用如天然气发电船舶动力油气运输等方面本文主要分析除航空燃气轮机外的产业链航空燃气轮机行业可参考军工行业航空发动机专题航空发动机的演变及国内产业格局2021-2-18图10燃气轮机产业链资料来源Wind各公司官网中国航发官方微信公众号中信证券研究部燃气轮机上游材料主要包括高温合金特钢普钢铝合金钛合金复合材料热障涂层材料等燃气轮机是以连续流动的气体作为工质把热能转化为机械功的旋转动力机械工业和船用的燃气轮机的温度高达1200摄氏度航空用则高达1350摄氏度因此燃气轮机材料以高温合金为主除此之外还应用到特钢普钢铝合金钛合金复合材料热障涂层材料等请务必阅读正文之后的免责条款和声明19燃气轮机系列报告一202396高温合金可分为变形高温合金铸造高温合金粉末高温合金其中变形高温合金主要供应企业有抚顺特钢和宝钢股份等用于燃气轮机压气机叶片盘等零部件铸造高温合金主要供应企业有航材股份钢研高纳图南股份隆达股份等用于燃气轮机涡轮叶片等零部件特钢铝合金及普钢由南山铝业中国宝武钢铁抚顺特钢图南股份等供应钛合金的供应企业包括宝钛股份西部超导等复合材料生产商包括光威复材火炬电子等为燃气轮机部分精密复合零部件提供研发设计制造生产和技术服务热障涂层可进一步提高零部件的抗腐蚀耐高温性能主要供应商包括有农机院下属企业等表2燃气轮机原材料生产制造企业材料企业名称企业简介高温合金抚顺特钢我国大型特殊钢重点企业和军工材料研发及生产基地高温合金研发生产主要以舰船汽轮机用石油石化用高温合金为主航材股份航材股份主要从事航空航天用部件及材料研发生产和销售钢研高纳民品高温合金母合金主要供应发动机厂其它精密铸造厂生产民用航空发动机燃气轮机图南股份图南股份是一家致力于为航空航天舰船能源等高端装备制造领域提供产品和服务的高新技术企业隆达股份公司主要从事高温合金合金材料研发生产和销售美特林科公司专注于先进高温合金特殊中间合金难熔高纯金属的生产和研发普钢特钢及铝图南股份图南股份是一家致力于为航空航天舰船能源等高端装备制造领域提供产品和服务的高新技术企业合金宝武钢铁中国宝武是世界一流的碳钢特钢不锈钢等为主体的综合材料解决方案供应商抚顺特钢我国大型特殊钢重点企业和军工材料研发及生产基地温合金研发生产主要以舰船汽轮机用石油石化用高温合金为主南山铝业公司涉及新能源制造业及石油后勤服务等业务中信特钢中信特钢主要从事钢铁冶炼钢材轧制金属改制压延加工钢铁材料检测业务钛合金宝钛股份公司代表了我国钛加工技术的最高水平其发展历程代表中国钛工业的发展历程是钛加工材国家标准和国军标的主要制订者可以生产国际上所有的钛合金牌号西部超导公司主要从事高端钛合金材料高性能高温合金材料超导材料的研发生产和销售西部材料公司主要从事稀有金属材料的研发生产和销售金天钛业公司主要致力于钛铸锭锻造坯棒线等钛加工材系列产品的研发生产和经营航材股份航材股份主要从事航空航天用部件及材料研发生产和销售双瑞股份双瑞股份是专业从事金属波纹管膨胀节特种金属材料压力容器桥梁附件特种钢铸锻件和特种金属材料部件高压气瓶及天然气储运设备研究与制造的国家火炬计划重点高新技术企业复合材料光威复材光威复材提供航空航天轨道交通兵器装备零部件碳纤维复合材料的研发设计制造生产和技术服务火炬电子火炬电子作为我国首批通过宇航级产品认证的企业之一产品广泛应用于航空航天船舶以及通讯电力轨道交通新能源等领域热障涂层矿冶科技集团矿冶科技集团有限公司在表面工程技术及相关材料等研究领域具备国家领先水平有限公司中国农机院中国农机院以农业装备研发和制造为主导产业是一家多元化的综合性科技型企业是国家首批创新型企业和高新技术企业资料来源各公司官网中信证券研究部燃气轮机中游零部件主要包括叶片盘燃烧室轴承等叶片分为压气机叶片涡轮叶片其中压气机叶片主要采用锻造工艺供应商为航发动力无锡透平航亚科技中航重机等涡轮叶片主要采用铸造工艺供应商为航发动力航材院钢研院应流股份万泽股份江苏永瀚成都航宇等盘主要供应商为中航重机中国二重钢研高纳三角防务等其他核心零部件供应商还包括航发科技派克新材航宇科技图南股份等请务必阅读正文之后的免责条款和声明20