2026年电力设备行业发电系列报告二：北美缺电持续演绎，燃气轮机产业链景气度有望看至2030年

燃气发电设备分类及发电原理

单循环燃气轮机

单循环燃气轮机主要运行焦耳循环（亦称为布雷顿循环）。燃气轮机在高压和高温下使压缩空气和烟气的混合物膨胀，进而产生机 械扭矩。在单循环中，排出气流被释放到环境中。该过程主要分为压缩、气体燃烧加热、气体膨胀做功三个步骤。 压缩：在运行过程中，环境空气被压缩机吸入机器并被加压到更高的压力水平。 通过气体燃烧加热：压缩空气进入燃烧室并与燃料（即天然气）混合。燃烧过程中释放的热能使气体温度和体积增加。  气体膨胀做功：热气体混合物在汽轮机中膨胀，从而在轴上施加扭矩。由于压缩机、汽轮机和发电机位于一个公共轴上，所以通过 汽轮机传递到轴的能量可以用于带动发电机和压缩机转动。

联合循环燃气轮机

联合循环燃气轮机采用焦耳和朗肯循环，使用燃气轮机废气的废热来驱动水-蒸汽回路。因此，联合循环燃气轮机是燃气轮机和蒸汽 轮机的结合。该过程主要分为单循环燃气轮机流程、热传导、蒸汽轮机流程三个步骤。 单循环燃气轮机流程：对于典型的联合循环燃气轮机来说，热量输入仅在焦耳循环期间通过燃料燃烧进行。燃气轮机的发电量通常 占联合循环燃气轮机总发电量的三分之二左右。  热传导：在单循环燃气轮机工艺流程中，废气直接被释放到环境空气中。在联合循环燃气轮机中，燃气轮机废气中的热能被继续传 导到余热锅炉（HRSG）中的水 - 蒸汽循环中。 蒸汽轮机流程：废气中的热能用于产生蒸汽以及运行水-蒸汽回路。联合循环燃气轮机的汽轮机可以具有单独的发电机，或驱动一个 共用发电机（即单轴配置）。蒸汽轮机通常提供联合循环燃气轮机发电厂总发电量中约三分之一的电量。

航改型燃气轮机

航改型燃气轮机（Aero-derivative Gas Turbine）是由成熟的航空喷气发动机（核心机）改装而来，用于地面发电或机械驱动的 燃气轮机。核心思路是移植航空发动机的高性能核心机作为可靠热力源，并通过移除飞行专用部件、加装工业动力涡轮，将其改造 为适用于地面快速部署与高效供能的紧凑动力系统。基本流程： 1.拆除风扇及外涵道，保留内涵道高压核心机（HP 压气机-燃烧室-HP 涡轮）负责把空气“压—燃—释能”，提供高温高压燃气。 2. 新增自由动力涡轮：与核心机解耦，专门用于吸收燃气流的剩余能量，将其转化为旋转机械功，并通过输出轴驱动发电机。 3. 减速与并网：动力涡轮的转速经齿轮箱匹配 50/60 Hz 发电机，再经励磁/变压并网。 4. 余热利用（可选）：改造后的燃气轮机排气温度依然很高（约400-550℃）。为了大幅提升能源综合利用效率，可以采用燃气-蒸 汽联合循环：排气接HRSG，利用其热量生产高温高压的蒸汽，这些蒸汽再驱动一台汽轮发电机组发电。 5. 控制/燃料系统适配：从航空A1切换为天然气/柴油/混合燃料，并配置干低排（DLE）或水喷雾等减排方案。

往复式燃气发动机（RICE）

往复式燃气发动机（Reciprocating Internal Combustion Engine）的核心原理可概括为：进气→压缩→燃烧膨胀→排气，这一 循环在气缸内由活塞的往复直线运动驱动，并通过曲柄连杆机构转化为曲轴的旋转动能，从而对外输出机械功。发电效率可达四成 以上，排出的高温烟气还能回收热水或蒸汽，实现“电热联供”。 进气行程：活塞由上止点下行，进气门开启，燃气（天然气、沼气等）与空气的预混气被吸入气缸。 压缩行程：进、排气门均关闭，活塞上行，将混合气压缩至高压，温度随之升高，为点火创造条件。 燃烧膨胀做功行程：当活塞接近上止点时，火花塞点燃混合气，燃气瞬间燃烧膨胀，压力推动活塞下行，对外做功。活塞往复运动 通过连杆驱动曲轴，得到旋转动力。曲轴直接拖动同步发电机，把机械能变成电能，输出到电网。 排气行程：排气门开启，活塞上行，燃烧后的废气经排气管、消声器、催化器降噪减排后排出气缸。随后立即进入下一轮进气。

燃气轮机零部件及供应链梳理

燃气轮机核心零部件

叶片：成本占比约 35%。燃机核心零部件，技术壁垒高，技术迭代慢，全球产能不足。叶片包括压气机叶片和涡轮叶片，是燃气轮 机中将热能转化为机械能的关键部件，其中涡轮叶片是核心，也是燃气轮机中技术壁垒最高、附加值最大的部件，其毛利率显著高 于其他零部件。压气机：成本占比一般在 15%-20% 左右。压气机的作用是提高空气压力，为燃烧提供高压空气。涉及多级轴向设计和高精度加工。 燃烧室：成本占比大约 10%-15%。燃烧室是燃料与压缩空气混合燃烧的场所，产生高温高压气体推动涡轮做功。燃烧室需承受高温 高压，制造工艺复杂且材料成本高。 涡轮：成本占比约 10%-15%。涡轮与叶片配合，将高温高压气体的能量转化为机械能。 高温合金材料及其他关键材料：成本占比约 20%-30%。这些材料是制造燃气轮机核心零部件的基础，其性能直接影响燃气轮机的使 用寿命和性能。

燃气轮机叶片

压气机叶片（冷端）：压气机叶片负责逐级压缩进气，把空气压力和温度提升到燃烧室所需工况。叶片材料按温度-应力梯度分段选 用：1～3 级采用 Ti-6Al-4V 或 Ti-17 钛合金锻件以满足强度与抗盐雾腐蚀要求；4～9 级改用 17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）沉淀硬 化马氏体不锈钢，末级高压段过渡至 GH4169（Inconel 718）变形镍基合金。

涡轮叶片（热端）：涡轮叶片是航空发动机的核心热端部件，负责将高温高压燃气的热能转化为转子机械功。其采用单晶镍基高温 合金、复合气冷结构及热障涂层，可在高于材料熔点的燃气环境中可靠工作。