燃气轮机竞争格局、发展前途、市场空间

  燃气轮机（Gas Turbine）是一种以连续流动的气体为介质、把热能转换为机械功的非常快速地旋转叶轮式动力机械设备。燃气轮机被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”，体现了一个国家的工业水平，在能源供给方面发挥着举足轻重的作用。燃气轮机凭借其污染小、热效率高、调峰性能好、启动快捷、建设周期短、占地少、投资省等优点，日益受到大家的青睐，慢慢的变成为能源行业的主力选手。

  燃气轮机的工作原理是基于布雷顿循环，包括压缩、燃烧和膨胀 3 个主要过程。首先，空气通过压气机被压缩后进入燃烧室，与燃料混合并燃烧，产生高温度高压力的燃气；然后，高温度高压力的燃气通过透平膨胀做功，带动透平旋转，驱动发电机或别的机械设备运转，将热能转换为机械能。与传统的蒸汽轮机和内燃机相比，燃气轮机展现出诸多优势，包括启动快速、效率高、污染排放较低及维护便捷。这些特性使燃气轮机在航空、发电和船舶推进、工业发电及油气管道增压输送等多个领域得到普遍应用。

  燃气轮机性能优越，大范围的应用于发电、工业驱动、舰船动力等领域。相比柴油机和蒸汽轮机，燃气轮机具有体积小，结构紧密相连；声低，运动平稳，振动小；单机功率大，功率重量比大，起动加速性好；润滑油消耗低，保养量小，管理人员少；可靠性高，可利用率高等特点和优势，大范围的应用于发电、石油化学工业、天然气输送及航空、舰船、铁路运输等领域。具体从下游应用情况去看，根据观研天下，目前发电为燃气轮机主要应用领域，下游应用达到了 32%；其次是油气领域，占比为 29%，舰船等其他领域占比39%。

  燃气轮机结构较为复杂，压气机、燃烧室和透平是三大核心部件。燃气轮机由压气机、燃烧室、透平（涡轮）、滑油系统、燃料系统、进气系统、排气系统、通风系统、控制管理系统等部分所组成，其中压气机、燃烧室和透平是燃气轮机的核心组件。

  压气机通过吸入外界空气并经过逐级加速和增压，最终产生高压气体。压气机大致上可以分为三种，分别是轴流式压气机、离心式压气机和活塞式压气机。在大中型燃气轮机中常用的是轴流式压气机，其特点为级压比小但级数多、流量大、效率高。轴流式压气机会有许多叶片，形状类似于螺旋桨，分为“动叶”和“静叶”两种，其中“动叶”在旋转的过程中将气流向后推，此时气流的温度和压力都会升高，“静叶”的最大的作用是将因“动叶”的作用而产生旋转的气流导引回轴内，使之以正确的角度进入下一组转子，通常一组“动叶”和一组“静叶”被称为一级，每级通常的级压比在 1.15-1.35 之间，即每级可增压 1.15-1.35。

  燃烧室最基本功能是使燃料与压气机送来的一部分高压气体在燃烧室进行相对有效的燃烧，另一部分压缩气体与燃烧后形成的燃烧产物均匀地掺混，将其温度降低到燃气透平进口的初温水平，以便送到燃气透平中做功，同时燃烧室能控制 NOx 的生成，使燃气透平的排气符合环保标准的要求。燃烧室按照气流流动可分为逆流式和顺流式，按总体结构划分则可分为圆管型、分管型、环型和环管型。燃烧室主要由燃料喷嘴、燃烧端盖组件、燃料喷嘴外缸、火焰筒、过渡段、导流衬套、后缸、联焰管等组件构成。

  透平的作用是使燃烧室的高温度高压力气体驱动叶轮和转子转动，将储存在高温度高压力燃气中的能量转化为机械功，其中一部分用来带动压气机工作压缩空气，多余的部分才作为燃气轮机的有效功输出，带动外界负荷。大概有将近 2/3 的能量都用来带动压气机做功。根据通过转子流道的流体路径可将透平分为轴流式和径流式两种，轴流式透平的气流方向是轴向的，而当流体路径整体上处于一个垂直于旋转轴的平面上时，则称为径流式透平。

  燃气轮机的分类方式多样。按照使用对象可大致分为航空发动机、舰船用燃气轮机、工业用燃气轮机。按照功率范围可以分成重型燃气轮机、中型燃气轮机和轻型燃气轮机。其中重型燃气轮机主要用作于城市电网，中型燃气轮机主要用作于工业发电、船舶发电、管道增压、坦克机车等，轻型燃气轮机主要用作于分布式发电。此外，重型燃气轮机可以按燃烧温度分级，E 级、F 级、G/H、J 级燃气轮机的透平转子进口温度分别在 1200℃、1300℃、1400℃、1600℃。

  外资垄断整机市场，国内配套商崛起中。目前全球燃气轮机市场主要为三菱、西门子能源、GE 等公司垄断。中国燃气轮机发电量占全国总发电量的比例稳步提升，但是相比国外仍有较大差距。

  燃气轮机市场高度集中，三菱、西门子、GE 把控全球约 80%份额。燃气轮机的全球龙头最重要的包含三菱重工、西门子能源、通用（GEVernova）等，根据 straitsresearch，以上三家占据全球 76%的份额。三菱的燃气轮机以日本为主要市场，GE、西门子、索拉（卡特彼勒子公司）在北美市场占据主流。

  重型燃气轮机的国产化仍在路上。国内燃气轮机厂商目前仍以轻型燃气轮机为主，重型燃机的国产化率较低，当前能够商业化的国产最大机型为 110MW，而外资最大机型能做到 600-700MW。国产主要厂商包括东方电气、联合重燃（上海电气参股）、航发动力等。

  亚太地区主导燃气轮机市场，全球制造商竞逐高潜力区域。亚太地区已成为全世界燃气轮机市场的核心增长引擎，展现出强劲的需求潜力和扩张态势。亚太地区的能源结构调整和环保政策推动了对天然气发电的依赖，尤其是在中国、印度等新兴经济体，对低碳高效能源的需求持续攀升。其次，人口增长与工业化进程加剧了对电力可靠性和可持续性的需求，这为燃气轮机市场创造了巨大的发展空间。此外，亚太国家政府全力支持天然气基础设施的建设，为燃气轮机的部署扫清了障碍。从竞争格局来看，GEVernova 凭借强大的技术领先性和品牌认知度占据主导地位，但本土制造商如东方电气正迅速崛起，抢占重要的区域性市场占有率。相比之下，非洲和大洋洲市场虽体量较小，但其未来的高增长潜力使其成为国际厂商新的战略布局重点。燃气轮机市场之间的竞争正在从技术驱动转向综合战略，包括成本优势、区域适应性以及与清洁能源的融合发展能力，这将决定厂商在未来的市场地位。

  全球燃气轮机市场展现出巨大的发展的潜在能力，不一样的区域的多元需求进一步拓宽了市场空间。中国市场以庞大的需求体量和迅速增加的装机容量，成为燃气轮机制造商的核心竞争地，GEVernova、西门子等国际巨头通过与本地企业合作，强化了在华布局。中东地区在能源转型推动下需求强劲，沙特和伊朗等国的大规模投资为燃气轮机市场注入活力，同时强化了本地制造能力。美国等成熟市场在传统发电领域增量有限，但更注重高效、环保技术的升级，并且具有 AIDC 这一新增量。总的来看，燃气轮机市场正迈向区域差异化和技术升级并行的发展路径，广阔的市场空间为全球制造商提供了持续扩张的契机，同时也将加速市场之间的竞争格局的演变。

  国内叶片生产商在国际市场中的参与度不断的提高，风扇/压气机叶片市场出现分化：

  空心叶片、复材叶片市场由欧美企业主导，国际航空发动机巨头拥有直属工厂。涡扇发动机风扇叶片、压气机低压级叶片所用的空心叶片、复合材料叶片对材料及制造工艺的要求比较高，国内起步相对较晚，目前国际市场仍以欧美企业为主导。GE、赛峰、罗罗、普惠等国际航空发动机巨头均拥有直属工厂，或与合作企业成立合资工厂，如 Albany/Safran 合资工厂、CFAN 公司。

  中国公司锻造技术进步显著，锻造叶片产业正向中国转移。美国、德国、英国的锻造技术较强，在加工设施等方面也拥有优势，但随着中国锻造技术的不断的提高，国产锻造叶片具备全球竞争力。从成本角度考虑，国际航空发动机巨头加大了对中国锻造叶片的采购力度，航发动力、航亚科技、无锡透平等公司先后获得锻造叶片大单，锻造叶片产业正向中国转移。

  动机的气道中，涡轮入口温度超过 1600℃，同时叶片需要承受发动机起动、停车循环的高温燃气冲刷、温度交变、高转速下的离心力等，这就要求合金材料在高温下具有一定蠕变强度、热机械疲劳强度、抗硫化介质腐蚀等。由于工作环境恶劣，对材料、工艺要求极高，涡轮叶片通常由高温合金材料精铸而成。

  高性能、长寿命的涡轮精铸叶片均由欧美公司可以提供，GE、赛峰、罗罗、普惠等国际航空发动机巨头均有直属涡轮叶片工厂，PCC 公司是最大的独立涡轮叶片供应商。俄罗斯的涡轮叶片可满足性能需求，但在常规使用的寿命和经济性上远不如欧美产品。

  国内企业进步显著，航发精铸、应流股份等多家公司涡轮叶片实现突破，发展空间较大。经过多年发展，国内涡轮叶片技术进步显著，其中，航发精铸实现涡轮叶片的稳定供应，叶片性能和寿命不断的提高，是国内最主要的涡轮叶片供应商；应流股份、江苏永瀚、万泽股份实现技术突破，成功进入中国航发的供应商序列。目前国内军品列装加速，民航需求较大，涡轮叶片具有较大发展空间。

  2015-2023 年我国燃气轮机市场规模稳健增长。我国燃气轮机行业发展受到国家政策全力支持，市场规模持续增长，2015-2023 年 CAGR 为 8.98%

  中国燃气轮机发电量占全国总发电量的比例稳步提升，但是相比国外仍有很大的差距。2013-2023 年，中国燃气发电量稳健增长，期间复合增长率为 9.85%。天然气发电量占全国总发电量比重从 2.1%逐步上升至 3.2%左右，始终没能突破 3.5%。与世界各国（地区）相比，远低于全球中等水准（23%），明显低于美国（43%），日本（32%），韩国（27%），未来我国燃气发电量仍有较大的提升空间。

  第一，我国燃气轮机需求较为旺盛，近年来在运营的燃气轮机较多，例如天津华电军粮城电厂项目、四川能投广元燃机工程建设项目等，供应商大多数来源于西门子、GE、上海电气、哈尔滨电气、东方汽轮机等等。未来随着国产化持续推进，有望支撑中国气电占比提升。

  第二，我国天然气产量持续提升，中国天然气价格维持在相比来说较低水平。根据国家统计局，2013-2023年我国天然气储量从 4.64 万亿 m³提升到 6.74 万亿 m³，增长 45%；年产量从 1209 亿 m³提升到 2324亿 m³，增长 92%，供给端较为丰富。截至 10M24，我国进口天然气价格指数为 102.5，保持在 2018年以来的相比来说较低水平，有望支撑中国未来天然气发电率进一步提升。

  我国燃气轮机产业经历了自主研制-合作生产-技术引进-核心技术突破四个阶段。

  我国自 20 世纪 50-70 年代开始做燃机研发，此阶段以苏联技术为基础走自主研发、设计和实验的技术路线 年，沈阳黎明航空发动机制造公司试制成功了我国首台国产涡轮喷气发动机，标志着我国燃气轮机工业的开端。

  20 世纪 80-90 年代，主要走仿制路线，合作生产，不再自主研制，国内燃机研发一度停滞。例如，1986 年，成都发动机公司与美国 PW 和 TPM 公司开展合作，将 JT8D 航空发动机改型为 FT-8 燃气轮机功率提升到 24MW，达到了当时的世界领先水平。

  2001-2007 年，我国三次“打捆招标”，以市场换技术，国内三大电气集团东方电气、上海电气和哈尔滨电气分别与三菱、西门子和 GE 合作，引进 F 级重型燃气轮机。根据 2021 年《中国战略性新兴起的产业研究与发展·燃气轮机》，经过多年发展，三家公司的引进机组国产化率逐步的提升，东方电气国产化率已达90%。然而国外企业向我国转让的燃机技术主要局限在冷端部件制造和整机装配等低附加值部分，对于燃气轮机设计、热端部件制造、控制管理系统等核心技术则进行严密封锁，国内燃机核心技术突破势在必行。

  为确保核心技术自主可控，东方电气自 2009 年开始做 50MW 燃气轮机的自主研制。其后，我国政策不断支持“两机”（航空发动机、燃气轮机）产业高质量发展。2012 年设立两机专项，2015 年“两机”项目首次被写入政府工作报告，同年国务院提出《中国制造 2025》，明白准确地提出组织实施航空发动机及燃气轮机等一批重大工程。在 2016 年公布的“十三五”规划纲要中，“两机”项目被列入“科学技术创新 2030——重点项目”。

  经过 10 余年核心技术突破，2022 年，东方电气完成全了国产化的 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机正式发运，标志国产重型燃机自主研制迈出关键一步。2023 年 3 月，我国首台全国产化 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机商业示范机组正式投入商业运行。2024 年 3 月，公司自主研制的 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机，在四川德阳经开区分布式能源站通过“72+24”小时运行考核，正式投入商运，标志全国产化 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机商业应用迈向成熟化。2024 年 10 月，我国自主研制的 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机在上海临港首次点火成功，是我国重型燃气轮机研发的又一重要里程碑成果。

  从燃气轮机零部件国产化程度上看，根据有关的资料，当前我国燃机多数零部件已实现国产化，在透平叶片、燃烧室气压机、燃烧室陶瓷片和燃烧气阀等部分零部件在量产时仍需要进口，未来随着应流股份、万泽股份等国产燃机零部件厂商技术提升和产能扩张，预计中国未来燃机国产化程度有望进一步提升。

  燃气轮机进出口差值缩小，国产化成效逐步显现。我国现已具备中小型燃气轮机自主生产能力，并实现部分产品出口。随着国内燃气轮机生产技术的提升，中国燃气轮机的出口规模逐渐扩大。受益于全球对清洁能源需求量开始上涨，特别是在一些新兴市场和发展中国家，燃气轮机需求持续增长，2022 年我国燃气轮机实现产品出口量爆发式增长。2023 年以来，我国燃气轮机出口量趋于稳定，出口范围持续扩大。1-10M24，我国燃气轮机进口金额降至 3.25 亿美元，出口金额提升至 0.92 亿美元，进出口差值缩小，国产化成效逐步显现。

  我国燃气轮机供应链有望受益于天然气供应量上升所带来的燃气发电需求量开始上涨。据中国石油报公众号2024 年 7 月推送，我国天然气产量已连续 4 年超过 2000 亿立方米，连续 7 年保持百亿立方米级别的增产态势，并预计到 2025 年将迎来天然气大发展时代，成为继美国、俄罗斯、伊朗之后，跻身年产量2500 亿立方米级的天然气大国。天然气供应量的增长将从需求端推动我们国家燃气轮机产业链发展。同时，我国燃气轮机的国产化趋势将从供给端支撑燃气发电需求的增长。

  燃气轮机作为“动力心脏”事关能源安全，政策支持力度持续加大。为增强我国在航空发动机和燃气轮机领域的自主创造新兴事物的能力，党中央、国务院于 2012 年设立了“航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项（简称“两机专项”），并成立了专家委员会进行深入论证，为我国燃气轮机的发展奠定了基础。2014 年7 月，“两机专项”的实施方案正式提交至国务院，这一专项的核心目标是通过自主研发重点型号，构建起我国“两机”动力行业的自主创造新兴事物的能力体系，致力于将我国的航空发动机和燃气轮机产业塑造为具有国际竞争力的战略性高技术产业，从而满足我国航空、能源和电力工业对高性能动力装备的迫切需求。随着“两机专项”的深入实施，在 2015 年，燃气轮机的发展被纳入了《中国制造 2025》的国家战略规划之中。

  系列利好政策助推我国燃气轮机行业的发展。根据《重型燃气轮机产业链创新链竞争力分析》（胡文龙，2021 年），2014 年，中国联合重型燃气轮机技术有限公司（简称“中国重燃”）在上海揭牌，作为国家级重型燃气轮机专项的科研先锋，该公司肩负起研制重型燃气轮机和工程验证机等重任；2017 年，为加速燃气轮机产业的创新步伐与核心技术的国产化进程，依托哈尔滨电气、东方电气、上海电气、中国航发、中国船舶重工集团等十大领军企业，启动了首批燃气轮机创新发展示范项目；2018 年，教育部正式批准清华大学携手中国重燃，共建“燃气轮机省部共建协同创新中心”，该中心紧密围绕国家“两机专项”中的燃气轮机研发需求，深耕科技攻关与应用基础研究；2020 年“中国燃气轮机产业创新联盟”正式成立，以中国重燃为理事长单位，汇聚了全国范围内 66 家顶尖高校、科研机构、创新中心、动力集团、制造企业及行业用户等核心成员。

  我国燃气轮机行业的发展离不开零部件制造领域的突破。根据中国东方电气集团有限公司官网、新华网、“工信微报”微信公众号等介绍，自 2016 年建立起国内首批压气机、燃烧器及透平部件级试验平台以来，我国燃气轮机技术持续突破。2018 年，自主研发的压气机与燃烧器问世，同时建成目前国内上限功率的燃气轮机整机试验台；2019 年，实现了所有高温部件的完全自主制造，整机点火试验一次成功；2020 年，F 级 50 兆瓦重型燃气轮机首次运行至满负荷状态；2022 年，实现 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机满负荷连续运行 24+72 小时，在华电清远再次一次点火成功；2023 年 3 月，东方电气集团成功推出了我国首台全国产化的 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机商业示范机组；同年 6 月，中国航发“太行 110”重型燃气轮机顺利通过产品验证鉴定，标志着我国在该领域已全面完成自主研制流程，填补了国内该功率等级产品的空白；2024 年 2 月，国内首台 300 兆瓦 F 级重型燃气轮机样机在上海临港顺利完成总装下线，这是我国在大功率重型燃气轮机自主设计制造领域的首次突破。

  目前，国内燃气轮机产业链正逐步完善。据 GasTurbineFocus 发布的《燃气轮机产业高质量发展白皮书（2023）》显示，国内燃气轮机零部件企业逐年增加，地位逐步提升；整机企业如中国重燃、东方电气等在重型燃气轮机国产化方面不断取得进展；无锡明阳氢燃公司在氢燃料燃气轮机领域取得较大突破。

  据东方电气 2023 年年报显示，公司燃机业务收入由 2022 年 18.31 亿元增长至 2023 年的 37.89 亿元，同比增长率达 106.94%，上涨的速度较快。

  长期以来，受制于燃气轮机技术的高门槛与复杂性，我国本土制造的燃气轮机在国际市场占有率则相比来说较低。据 Wind 数据统计，2017 年至 2024 年 5 月之间，进口燃气轮机金额在总进出易额中的比例从始至终保持在 30%以上的高位；从进出口结构来看，我国在 P≤5000kw 的轻型燃气轮机出口领域展现出一定竞争力，但面对 P5000kw 的重型燃气轮机市场，则大多依赖于进口。重型燃气轮机因其复杂的工艺技术和高的附加价值特性，导致了我国在燃气轮机整体贸易中处于逆差状况。随着国内燃气轮机在性能与质量上的不断的提高，有望减少对进口产品的依赖，推动燃气轮机行业的国产化进程，并在全球市场中逐步增强竞争力。

  尖端零部件技术的重大突破，有望驱动我国燃气轮机实现出海。目前，我国燃气轮机产品开始积极寻求海外市场拓展。根据央视新闻客户端报道，2021 年 6 月，中国船舶集团 703 所自主研发的 CGT25-D 型燃气轮机，在俄罗斯诺瓦泰克天然气增压站项目中成功完成了七十二小时的考核试验，并顺利通过交付验收，标志着我国燃气轮机产品首次迈入国际市场，实现了出口零的突破。2023 年，据 High NorthNews 报道，俄罗斯最大的独立天然气生产商诺瓦泰克公司计划与中国哈尔滨汽轮机厂有限责任公司签订采购合同，向其采购 20 台燃气轮机。

  1.燃气轮机是天然气发电核心设备，全球销售量约为 40-50GW，对应约1200-1500 亿元市场规模

  （1）为了通过未来燃气发电装机量计算所需燃机台数、进而计算燃机市场空间，第一步是要得知一台燃机的功率。据 GEVERNOVA 公司官网各型号燃机的功率参数可知，平均一台重型燃机的功率为212.08MW，平均一台航改型燃机的参数为 57.38MW。

  （2）我们基于 GEVERNOVA 的财务数据，通过燃机业务收入除以燃机台数进行计算特定功率的燃机平均单价。GEVERNOVA 售出的燃机中分为重型燃机和航改型燃机两类，两者输出功率相差较大，为此通过其占比进行赋权计算。

  在功率方面：据 GEVERNOVA 公司 2023 年年报，2023 年该公司售出的燃机中，重型燃机占比63.74%，航改型燃机占比为 36.26%，因此平均每售出一台燃机的功率为 155.98MW。

  在价格方面：2023 年燃机业务收入为 132.89 亿美元（含设备及服务收入），用燃机业务收入除以所售燃机数量可知平均售出一台 155.98MW 的燃机带来的营收为 146.03 百万美元（包含设备收入和服务收入），按照设备收入约占当年全部营收的 30%，计算可得单位设备价值为 43.49 百万美元。

  （3）根据中国能源报网站 2022 年 8 月新闻，截至 2023 年底，我国天然气发电装机容量已稳步攀升至12.6 万 MW，预计至 2025 年将跃升至 15 万 MW。

  （4）线 年增长 4.79 万 MW，约需 307台功率为 155.98MW 的燃气轮机，设备价值为 887.08 亿元，按照设备价值占全部营收 30%的比例计算可得：包含服务后总价值为 2978.53 亿元。据 GrandViewResearch 统计，目前全球燃气轮机用于发电比例约为 67.0%，还有 33%用于油气、机械等领域，我们假设该应用比例不变，预计 2028 年总体燃气轮机市场价值约为 4445.56 亿元。

  目前我国燃气轮机行业仍处于产业高质量发展初期，但从长期发展的新趋势、成长空间来看，燃气轮机应用场景丰富、市场空间广阔，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。

  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；零部件最重要的包含叶片、盘、轴等结构件的生产制造，以及分系统（控制管理系统）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。