镭射：引进H-25型燃气轮机——中国重型燃气轮机研制又一个新起点
【文/ 观察者网专栏作者 镭射】
据媒体报道，3月28日，中国船舶重工集团重工有限公司和三菱日立电力系统株式会社举行H-25型燃气轮机技术转让签约协议。中船重工副总经理何纪武和三菱日立电力系统株式会社副社长、首席技术官六山亮昌共同出席见证签约仪式。
在签约仪式上，何纪武表示，中船重工七〇三所在燃气轮机产品自主研发等方面为推动集团燃气轮机产业快速发展打下了坚实基础。三菱日立是世界燃气轮机行业的佼佼者，拥有从中小型燃气轮机到大型燃气轮机完整的产品线，取得了令人瞩目的发展成绩。双方在相关业务领域有着良好的合作基础，树立了良好的口碑和品牌形象，希望以此次签约为契机，进一步加强交流合作，不断拓展中国及“一带一路”市场，实现共赢发展。
日立H-25型燃气轮机
何纪武在这里提到的“中船重工七〇三所”，是中船重工从事蒸汽、燃气动力装置和相关技术应用研究的国内顶级研究所。中船重工七〇三所组建于1961年，主要从事船舶和工业用蒸汽、燃气动力装置，和锅炉、汽轮机、燃气轮机、机械传动、自动控制以及电站、热能工程等应用研究、设计、生产和成套供货。
2013年5月，中国船舶重工集团公司、黑龙江省及哈尔滨市人民政府、中国船舶重工集团公司第七〇三研究所共同投入组建中船重工龙江广瀚燃气轮机有限公司，专门从事燃气轮机研发、生产和市场销售业务。看来，中船重工这次引进日立H-25型燃气轮机技术，是以中船重工七〇三所和广瀚燃气轮机有限公司作为项目负责单位。
不过，这里有一个问题：日立的H-25型燃气轮机研制于20世纪80年代，1989年研制成功。以现在乃至21世纪的燃气轮机技术标准衡量，它绝对不能说是最先进的。而且，H-25是一款最大输出功率25MW的燃气轮机，这个功率级别的燃气轮机，中船重工七〇三所和广瀚燃气轮机有限公司已经有了，就是大名鼎鼎的GT-25000。既然已有GT-25000，中船重工为什么还要引进一款同等功率级别的燃气轮机呢？
要回答这个问题，我们得从H-25的前世今生谈起。
日立的燃气轮机技术最初来自美国的通用电气公司（GE）。GE生产发电用工业燃气轮机始于40年代末，以40年代中期研制的TG180航空发动机为基础，研制出了第一代用于机械驱动的工业燃气轮机：MS3002，最大输出功率为5000马力。
1955年，在MS3002的基础上，GE开始了新一代的MS5000系列燃气轮机的设计，1957年开始生产。该燃气轮机最大输出功率25MW，能实现原油、天然气、柴油等三种燃料的切换，具有良好的燃料适应性，性能可靠，是日后GE公司MS系列工业重型燃气轮机的发展基础型号。
1964年，日立制作所同美国GE公司签署合同，引进生产GE公司研制的各型燃气轮机，其中以25MW的MS5001型燃气轮机为主要机型。MS5001型燃气轮机燃烧室温度为980℃，热效率27%，到20世纪80年代，其性能已经明显落后。日立认为，将来会需要在热效率方面更具竞争力的机型，决定开发与MS5001同等出力，但热效率更高的燃气轮机，这就是H-25。
H-25是日立结合多年制造MS5001的经验，又吸收了日立研究所和机械研究所新开发的新材料、新工艺，特别是新型耐热合金和叶片冷却技术而研制的产品。该燃气轮机最大输出功率与MS5001相同，但燃烧室温度为1260℃，热效率32%，达到了F级燃气轮机的水平，明显优于MS5001。该机的外部尺寸与MS5001相同，因此原来使用MS5001的电厂可以直接换用这种燃气轮机，更换后燃料费用可以降低约20%，经济效益明显。
从以上介绍可以看出，H-25是日立在GE的MS5001的基础上研制的一款专用的工业重型燃气轮机。而中船重工七〇三所目前拥有的GT-25000燃气轮机，其原型是乌克兰曙光设计局研制的UGT-25000燃气轮机。两者虽然最大输出功率相当，但在结构上有着相当大的不同。
乌克兰曙光设计局作为苏联时期专门设计舰船用燃气轮机的设计部门，它所研制的UGT-25000燃气轮机，是一款专用的船用燃气轮机。由于装船的应用环境对燃机的体积和重量有限制，UGT-25000燃气轮机采用的是类似航改型燃气轮机的燃气发生器+动力涡轮的结构，其中燃气发生器采用的是类似航空涡喷发动机的双转子设计，通过让高低压压气机分别在不同的转速上运转，获得比体积和重量相当的单转子压气机更高的增压比，从而在体积和重量相当的情况下，获得更大的输出功率。
UGT-25000的这个设计虽然达到了目的，但也造成了一个后果：难以通过对压气机和燃烧室的简单放大，来达到功率提升的目的，发展潜力有限。
目前来看，因为结构的原因，30MW可能就是GT-25000功率提升的极限了
H-25则不同。作为一款陆地发电专用工业燃气轮机，它不需要考虑体积和重量问题，它更多需要考虑的，是工作寿命长，能长期安全运行，并在满足前两者的基础上，尽量少用贵重金属材料以降低制造成本。
因此在结构上，H-25继承了MS5001的特点，采用的是单转子设计，比GT-25000简单。虽然由此导致H-25在重量和体积上比GT-25000要大得多，但这种设计给H-25带来了一个很重要的优点：可以通过对压气机和燃烧室的简单放大，来获得功率更大的燃气轮机。
这不只是理论设想，日立已经这样做过了。它的H-80型燃气轮机，就是从H-25型燃气轮机放大设计而来的。该燃气轮机的压气机为H-25型的压气机放大设计，压比从H-25的14提高到了17；通过提高空气流量，将燃烧室温度提高到了1300℃。通过这些措施，H-80的最大输出功率达到了89MW，总体性能与西门子公司的小F级燃机V64.3A相当。
GT-25000型燃气轮机和H-25型燃气轮机性能参数对比。可以看出，H-25比GT-25000重得多
H-25的这一特点，正好是GT-25000所没有的，也是中船重工七〇三所急需的。长期以来，中船重工七〇三所一直从事的是中小型船用燃气轮机的研制工作，对于发电用重型燃气轮机缺少研制经验。
虽然从理论上来说，七〇三所也可以通过类似GE当年从TG180航空发动机到MS3002再到MS5001的路径，从GT-25000的核心机发展出专用重燃，但这需要很长时间。引进H-25，可以让中船重工七〇三所节省几十年的时间，一举掌握F级重型燃气轮机的完整技术，尽快进入重型燃气轮机市场。
另外，还有一个背景值得注意：中船重工七〇三所和哈尔滨电气集团有长期的合作关系。在国家计划重型燃气轮机重大项目中，哈尔滨电气集团下属的哈尔滨汽轮机厂承担的是与GE公司对接，合作生产MS9001FA型重型燃气轮机的任务。但到目前为止，由于GE的技术封锁，哈汽轮尚未完全掌握MS9001FA的全部制造技术。
H-25型燃气轮机的技术源自GE的MS5001，而MS5001是后来GE发展MS6000/7000/9000系列重型燃气轮机的基础。如果哈汽轮能够获得中船重工七〇三所的H-25型燃气轮机技术共享，将会对哈汽轮完全突破F级重型燃气轮机的核心技术产生极大的助益。
H-25型燃气轮机和GE的MS5001型燃气轮机的对比，两者的相似之处显而易见
2014年，原中国电力投资集团公司（2015年与国家核电技术公司重组为国家电投）与哈尔滨电气集团、东方电气集团、上海电气集团、大唐集团等，在上海合作组建了联合体企业——中电联合重型燃气轮机技术有限公司（简称“中国重燃”），主要从事主要从事燃气轮机设计、研发、试验验证考核，燃气轮机相关技术开发、技术转让、技术咨询和技术服务等，目标就是“攻克关键瓶颈技术，形成自主知识产权的燃气轮机核心技术”。
目前来看，中国重燃已经有了两个比较可靠的重型燃气轮机技术来源：一是上海电气通过收购意大利安萨尔多股份获得的安萨尔多燃气轮机技术，二是东方电气从2009年开始的50MW燃气轮机自主研制项目。如果哈电能够通过与中船重工七〇三所的技术共享，实现重型燃气轮机核心技术突破，就将成为中国重燃内部的第三个独立核心技术来源。如果中国重燃规划得当，中国在高铁发展上的成功经验，完全可能在重型燃气轮机领域得到复制。
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