大国重器那些事(番外之三),由天然气说到燃气轮机

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前面关于煤、石油、天然气三大化石能源的分析
网页链接得出了未来天然气在一次能源中占比快速上升的推论。

业界预测:
截至2013年年底,全球天然气发电装机1388 GW,占全球总发电装机的22%,发电量约5300TW˙h,占全球总发电量的23%。

西门子预计,到2030年,天然气发电在全球电力结构中将占据非常重要的地位。届时,全球天然气发电装机将达2555 GW,占全球总发电装机的25%,发电量将达9300 TW˙h,占全球总发电量的25%。

前景看上去不错,使用天然气的设备大约分为两种,燃气内燃机和燃气轮机,前者一般作为车船发动机,而后者才是发电机。


单看发电机这一块:
作为西门子发电集团的首席执行官,Roland Fischer在西门子出版的《能源前言》一书中甚至用“黄金时代”来形容目前天然气发电所面临的绝佳的发展形势。在他看来,天然气是最灵活的一种电力能源,用它来带动燃气轮机发电,可以根据需要快速控制燃气发电厂的输出量;同时,建设燃气电厂也相当经济,其成本大约只有燃煤电厂的1/3,建设速度也很快,“一般一个天然气发电厂的建设时间为1年半,但相同规模的燃煤电厂则需要4年左右的时间才能完工。”

Roland Fischer表示,与燃煤电厂相比,最大的优势还不仅在于此,燃气电厂在温室气体排放方面的优势更加显著,“一个装配了西门子H级燃气轮机的燃气电厂,每千瓦时排放的CO2大约只有300g,与此相比,即使一个最高效、先进的火电厂,每千瓦时的排放量都会超过800g,而旧式机组则会高达1000g。”


燃气轮机相比传统火电机组优势很明显,其发展情况(尤其是在我国)如下:
由于不同的历史背景,燃气轮机有着不同技术道路发展,一条以罗罗、普惠、GE为代表的航空发动机公司用航空发动机改型而形成的工业和船用航改轻型燃气轮机(俗称“航改机”);一条是以西门子、ABB、GE公司为代表,遵循传统的蒸汽轮机理念发展起来的工业重型燃气轮机(俗称“工业机”),主要用于机械驱动和大型电站。世界范围内市场主要被$通用电气(GE)$ 公司、$西门子(SI)$ /西屋、阿尔斯通/$ABB(ABB)$ 、索拉公司、罗罗公司、三菱和俄罗斯的企业瓜分。

我国燃气轮机行业的发展经过三个阶段。五十年代末发展重型燃气轮机,七十年代中期在南京组建科研生产基地,组织了“2万3千千瓦燃机”大会战,奠定重型燃气轮机研制基础。1980年代以后是失去的20年,由于油气供应严重短缺,不允许燃油、燃气发电,仅保留南京汽轮机厂,其他制造企业全部落马。哈汽、上汽、东汽、南汽联合研制的17.8兆瓦川沪输气管线燃气轮机,就因为能源政策调整而未能投产。在这期间,人才培养和国家研发投入基本停止,人员和技术流失。南汽和美国GE公司合作生产MS6001B型燃气轮机,核心部件由美国GE公司,取得一些成果。2001年起,随着西气东输和进口液化天然气的增加,启动了重型燃气轮机国内市场需求,发改委和国家能源局在2001年至2007年的六年间主持三次共50台机组、约1800万千瓦的以市场换技术的燃气轮机“打捆招标”,引进GE、西门子、三菱的E/F级重型燃气轮机制造技术。上海电气与西门子、南京汽轮电机和哈尔滨电气各自单独与GE、东方电气与三菱分别合资合作。通过以市场换技术,推动燃气轮机国产化。



至今快十年了,成果如何呢?
首先是现状:
中航黎明的R0110虽然前几年就搞出来并开卖了,但是那发动机。国内现在具备了年产40套左右燃用天然气的F和E级重型燃气轮机联合循环成套发电设备的能力。但燃气轮机最核心的高温部件的材料和制造(燃烧室喷嘴、叶片、轴承)以及自动控制技术,这部分我们一直没掌握,当然,还有设计能力缺失,外方不转让任何的设计技术,用某业内人士的话来说,现在是能按外方给的图纸做出来,但为什么用这种工艺做成这个形状就不太清楚了。


其次来看看人才情况:
2014年2月27日上午,清华大学燃气轮机研究院成立大会暨2014清华燃气轮机国际论坛在清华大学主楼接待厅举行。成立大会上,清华大学与上海交通大学、西安交通大学、东方电器集团公司、哈尔滨电机集团公司、上海电气集团公司、南京汽轮电机(集团)公司、广东粤电集团公司共同签署了燃气轮机国家重大科技基础设施共建协议。相比十年前连相应专业都没有,好歹是有成体系成规模的人才储备了。

再具体到相关企业,始终还是制造厂的南京汽轮就不提了。


来看三大电气集团:

$哈尔滨电气(01133)$ 这边:
(之前没赶上趟的)阿尔斯通,在2013年6月与哈尔滨汽轮机厂有限责任公司(以下简称“哈汽”)签署了一项在华进行GT13E2燃气轮机许可生产、销售和组装的长期协议。根据协议,哈汽将在华生产并组装GT13E2燃气轮机,同时一些关键部件将继续由阿尔斯通来提供。

至于现今手握全球最先进燃气轮机技术的GE,为了在销售和服务环节给客户提供一站式服务,同时及时响应客户的需求,GE在中国市场成立了发电事业部,在这一事业部中涵盖了生产和服务两大部门,这也是GE在全球唯一一个将生产与服务两大业务合并在一起的地区。

在生产环节,GE与南汽、哈电等合作伙伴的合作经过多年的磨合,相互之间的配合已变得十分默契。为了更好地与合作伙伴开拓中国燃气轮机市场,2014年3月,GE在哈尔滨建立了创新中心,这是继成都(重点研发基层医疗解决方案和页岩气开发勘探技术)和西安(致力于LED照明、航空、能源等行业的创新解决方案)之后,GE在中国的第三个以本土化和协同创新为目标的创新中心。

2014年7月10日,GE与哈尔滨电气集团在2014年度“中美绿色合作伙伴计划” 签字仪式上签署“高效、灵活、低排放重型燃气轮机联合循环发电机组设计和制造示范项目”合作意向书,根据意向书,GE公司向哈电转让制造技术,并展开相关培训和人才培养,为9HA燃机技术的本地化提供支持。

08年还声称要摘下皇冠上的明珠实现燃机完全自主知识产权的哈电现在看来也基本上是心安理得的接受各国外厂商“长期、广泛、深入”的技术授权合作了。


$上海电气(SH601727)$ 这边:
    2004年下半年,上海电气承接了9台燃机项目合同,专门建造了装备一流的生产F级和E级重型燃机的生产基地和总装车间。仅用了10个月,就与西门子合作生产了首台F级重型燃气轮机,这一当今世界顶尖产品的国产化程度达20%。

    2014年5月8日,上海电气和意大利安萨尔多公司签署一系列协议,上海电气计划出资4亿欧元参股后者40%股权。

   “30年差距!从GE在上世纪80年代研发出F级燃机到现在,我们有30年差距。”上海电气集团股份有限公司总裁郑建华直言国内与世界第一梯队的距离,包括上海电气在内的国内燃机制造商,都只拥有制造技术,没有研发能力。“我们只能按图制造,却不知道为什么这样设计。”郑建华说,由于缺乏技术,制造过程中任何一点修改都要听外方的。

  十多年来,中国企业和跨国公司合作共赢,可双方关系再好,拥有燃机核心技术的跨国公司都有一个共同的默契,那就是外方绝对不会把燃机核心技术向中国合作伙伴转让。对西门子、GE、三菱“三巨头”而言,燃机是“命门”,也是其能源装备领域利润最高的业务。4月底西门子宣布和GE竞购阿尔斯通,5月初西门子收购了罗罗燃机,此前三菱还吃下了普惠燃机,都有加紧行业整合之意以进一步加强垄断。行业里流传着这样的名言:要想拥有GE燃机技术,你得买下整个GE公司;要想得到西门子燃机技术,除非“跨过他们的身体”。这次收购之前,国内燃机行业几乎已经断了向国外买技术的念头。

  跨国公司的技术垄断不仅带来定价权,还使其牢牢控制了服务领域。国内燃气发电行业普遍存在“买得起、用不起”的现象,燃机中的高温热部件每四年要更换一次,一台燃机多年日常维护维修的成本远超过燃机的购买成本。由于国内制造商没有研发设计能力,导致做不了任何维护服务,这块市场也被外方垄断,中方无计可施。

    世界上完全拥有重型燃机研制能力的,除了第一梯队的“三巨头”,还有法国阿尔斯通和意大利安萨尔多两家组成的第二梯队。1991年西门子与安萨尔多进行燃机技术合作,但到了2000年左右西门子意识到燃机技术的重要性,向对方规定了技术使用年限和范围并收回了技术转让许可。

  这反而促使安萨尔多转向自主研发,10多年后,它拥有了独立技术。目前该公司主要聚焦欧洲市场,每年有10多亿欧元销售额,2000多万欧元利润。虽然规模不能和“三巨头”相比,但它的燃机产品和技术齐全,并拥有完整的知识产权。(安萨尔多能源旗下的安萨尔多核能是欧洲领先的核能服务商,和上海电气刚刚签署协议之后就收购了英国最大的核能工程服务商之一。收购后的安萨尔多核能在核电站的设计,部分设备生产,施工,建造,售后服务以及核电站关闭之后的专业处置都是世界一流水平。我们的第一座三代AP1000核电厂,安萨尔多是主要服务商。)

  安萨尔多虽然盈利,但其母公司却受欧洲经济环境影响,陷入债务泥潭。此前欧洲的一家企业提出以13亿欧元收购,但在意大利管理层和工会坚决反对下失败。去年得知安萨尔多母公司回绝该公司之后,上海电气看准机会,迅速向其伸出橄榄枝。

    最终,参股完成之后意大利总共持股60%,其中意国家战略基金44.55%,意Finmeccanica公司15%(安萨尔多母公司),安萨尔多能源管理层0.45%。参股安萨尔多后,要在上海成立生产基地和研发中心,上海电气分别占比60%和40%。研发中心将共同研发并推出新的燃气轮机技术,合同条款明确规定我国要在意大利的研发中心派人长期学习,并全程参与产品的设计研发。(费老大劲也只是个参股的,不过好歹有个旁听的位置算是开了道门,而且依国产山寨精神,未来未尝不能反客为主)


貌似上电最得实惠,但是且慢,再来看看最后的$东方电气(SH600875)$
2005年,东汽第一台F级重型燃机试车成功。5年后,福建莆田电厂3号机组投运,这台由东汽制造的35万千瓦燃机,达到世界领先水平。它是东汽多年来的“集大成之作”,其国产化率达到79%,创下国内燃机国产化率的最高纪录。这个数据值得所有东汽人骄傲,但也是我国整个燃机行业的痛。因为79%,已是燃机行业国产化率的极限。“燃机里的涡轮叶片要承受超过1400℃的超高温,国内没有人能做,与此类似的核心部件占了21%,被老外紧紧抓在手里。”

    2014年03月,四川省燃气轮机产业联盟在中国东方电气集团有限公司核心企业东方汽轮机有限公司成立。该联盟由东方汽轮机牵头,整合包括中科院成都分院、中国第二重型机械集团公司、四川成发航空科技股份有限公司等23家燃气轮机产业联盟成员单位资源,致力于燃气轮机产品研发、燃机材料研制、燃机零件高端制造、燃机辅助系统高端配套件、控制系统研发,促进产学研合作,实现共同发展。

外国人已能做35万千瓦燃机,自主研发为什么选5万千瓦燃机?

“选择这个机型,因为它‘能上能下’。”方宇介绍,5万千瓦燃机的涡轮叶片、燃烧室等关键技术基本与更大功率的燃机处于同一级别,研发成功后,“向上走”可以生产大功率燃机,并不存在技术屏障。而“向下走”可以造体量较小的燃机,广泛运用于船舶动力、分布式能源等诸多领域,市场前景广阔。

无论是加强现有重型燃机市场的话语权,还是未来拓展千亿级新市场,5万千瓦燃机的研发都起着决定性作用。

无论是出于技术、企业、政策原因还是兼而有之,东电选择的是自主研发这条路。未来不可知,或许成功或许失败。


无论如何,无论选了哪条道路,我们当年有能力让GE退出水火电,如今能吃透全球最先进的核电技术,至于未来的燃气轮机,要市场有市场(页岩气,煤制气,中亚和俄远东),要人有人,要政策有政策,还有什么办不到的呢?

全部讨论

2023-03-17 08:53

就是军舰用的发动机。世界上大多数常规动力军舰的发动机,无非是采用柴油机、蒸汽轮机和燃气轮机这三种方式,为军舰提供庞大的动力。燃气轮机是当今世界各国主力战舰大多采用的发动机,它虽然的比较贵,但是单机功率比较大,体积还小,并且还具有启动快的优点。中国海军的在新世纪到来之前,绝大多数军舰都是用苏式的蒸汽轮机,它发动时间长(毕竟把锅炉里的水烧开了才会有蒸气),比起西方的军舰来,明显准备时间太长,并且动力不足。不过,中国很快就在乌克兰获得了一款足以满足需求的燃气轮机,这就是著名的UGT-25000。这款燃气轮机是当前世界上唯一能够和英美燃气轮机比肩的同类产品。1993年,中国和乌克兰签订了购买十台燃气轮机的协议,而且乌克兰的还同意转让生产许可,附带相关的技术文件,很多乌克兰的技术人员也来到了中国来发财。到货后,UGT-25000立刻就被用到驱逐舰“广州”号和“武汉”号的身上,后来的机器又装在了“兰州”舰,“郑州”舰,“海口”舰和“长春”舰这四艘052C型驱逐舰上了。052C型是中国海军第一款真正的盾舰,中国在引进了UGT-25000之后,中船重工就在这个基础上开展了国产化,因为中国就善于看一眼就可仿。现在,我们中国海军的052C、052D,还有著名的055型大驱,都在使用UGT-25000血统的燃气轮机。自此,中国海军驱逐舰也逐步实现了从5000吨到万吨的这种蜕变。可以说,乌克兰这款燃气轮机对中国海军的强大,立下了汗马功劳。

2015-02-13 12:39

2014-10-29 05:05

字字珠玑

2014-09-25 13:38

现在燃气发电国家不鼓励,因为资源首先要替代燃煤锅炉,而且地方财政也没有动力补贴发电。

2014-09-25 12:28

为什么现在才看到这样的好文?

2014-09-25 08:05

干货

2014-09-24 22:20

好文,转发

2014-09-24 21:43

上海真的有不少的好企业,改革开放的前言,让不少上海企业从一开始就走在了行业的领头者的地位。不过可能也是与生俱来的优越感,使得上海的不少企业又缺乏勇气创新或是突破,这也是投资上海股票你想在主业上有所惊喜,真的不容易,炒作倒是机会很多。

2014-09-24 21:34

实在是雪碧太少,兄弟已经关注你的微博和博客。多指教!