12月26日，科技日報一則報道引起廣泛關注：由中國聯合重燃牽頭研製的我國首件自主化300兆瓦級F級重型燃氣輪機渦輪第一級靜葉鑄件，於25日順利通過鑑定。這是我國在重型燃機熱端核心部件上取得的第一個重要突破，也是國家科技重大專項“航空發動機和燃氣輪機”迄今最重要的里程碑式的成果。
這裡有必要說明一下，由於現代艦船大量採用燃氣輪機作為動力裝置，因此很多人看到這條新聞後，很容易將其用途往軍事上聯想。其實，中小型燃氣輪機，包括船用燃氣輪機和分佈式發電使用的中小型燃氣輪機，與重型燃氣輪機，在結構上是有很大區別的。
二者最大的差異在於：中小型燃氣輪機在結構上分為燃氣發生器和動力渦輪兩個部分，燃氣發生器在結構上相當於一臺完整的渦噴發動機，動力渦輪所在轉子與燃氣發生器內驅動壓氣機的轉子不相連，它接在燃氣發生器的噴口後面，由燃氣發生器產生的高溫、高壓燃氣驅動，將燃氣的能量轉換為機械功，用來驅動外部負載。
因此，中小型燃氣輪機都是多轉子的，至少是兩個轉子（單轉子燃氣發生器+動力渦輪），比如國產的DC-70；還有很多是三轉子（雙轉子燃氣發生器+動力渦輪），比如用於052/055系列驅逐艦的GT-25000燃氣輪機。
而重型燃機沒有動力渦輪這一部件，從結構上說，整個重型燃機就是一臺單轉子渦噴發動機，渦輪既用來驅動壓氣機，也用來輸出功率，驅動外部負載。採用這種結構的重型燃機，顯然不如採用多轉子結構的中小型燃氣輪機結構緊湊。因此，重型燃氣輪機不適合上艦充當艦船動力，它的用途只有一個，就是發電。
應用於052/055系列驅逐艦的GT-25000型三轉子燃氣輪機。可以看出，它的動力渦輪的軸和前面燃氣發生器部分的軸是分開的
CGT-60F重型燃氣輪機模型。可以看出，它沒有獨立的動力渦輪。這是重型燃氣輪機和中小型燃氣輪機在結構上的最大區別。
提起燃氣輪機電廠，人們就會想起天然氣。其實，燃氣輪機可以使用的燃料範圍很廣泛，除了天然氣，還可以使用其它液態或氣態燃料。比如，由煤炭氣化製得的煤氣，就可以作為燃氣輪機的燃料。整體煤氣化聯合循環發電系統（Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC），就是一種將煤氣化技術和高效的燃氣輪機聯合循環發電技術相結合的先進發電技術。
從結構上來說，IGCC系統包括兩部分，即煤氣化與淨化部分，和燃氣──蒸汽聯合循環發電部分。它的工作原理是：煤炭經氣化成為中低熱值煤氣，再經由淨化系統淨化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等汙染物後，變為清潔的氣體燃料，供給燃氣——蒸汽聯合循環發電系統。因此，IGCC電廠又被稱為“燒煤的燃氣電廠”。
另外，在IGCC系統中，通過煤氣淨化，煤炭燃燒產生的硫化物、氮化物、粉煤灰等都可以得到回收利用，而不再被作為汙染物被排放。IGCC發電技術所具備的這一優越的環保特性，使之成為現有發電技術減排二氧化碳溫室氣體最可行、最經濟的方法，為規模化、經濟化減排二氧化碳創造了條件。因此，IGCC技術被認為是突破煤電發展瓶頸的重要技術途徑。
IGCC發電工藝流程圖：煤炭在氣化爐中氣化成為中低熱值煤氣，經脫硫、除塵後成為清潔的氣體燃料，供給燃氣——蒸汽聯合循環發電系統。脫硫和除塵的產物都可以成為化工原料，從而實現煤炭資源的綜合利用。
由於以上原因，IGCC是國際能源領域必爭的戰略核心技術，美、歐、日均投入大量人力物力進行開發和應用。從1984年美國冷水電廠10萬千瓦的IGCC技術驗證成功開始算起，IGCC的發展已有三十多年的歷史。目前世界範圍內有18座IGCC電廠，約4200兆瓦機組在運，供電效率已達到設計值43%，可用率達到85%。
眾所周知，我國的自然資源特點是“富煤、缺油、少氣”。這一特點決定了我國發展IGCC對能源可持續發展、保障能源安全、治理大氣汙染和應對氣候變化具有重要戰略意義。
為此，早在2006年，自主發展IGCC技術就被列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》、《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》、《我國應掌握自主知識產權的關鍵技術和產品目錄》等。
作為“十一五”863重大項目“200MW級IGCC關鍵技術研究開發與工業示範”的依託工程，華能天津IGCC電站示範工程（簡稱“天津IGCC電站”）於2009年正式開工建設，2012年11月投入商業運行，成為世界第六座、中國第一座投入商業運行的IGCC電站。
天津IGCC電站鳥瞰圖。圖中的高大建築裡就是煤炭氣化爐。
但是，作為中國自主發展IGCC技術的首次實踐，天津IGCC電站在2012年11月投入商業運行之後，在相當長一段時間裡，表現並不理想，主要問題就是運行不穩定。導致這一問題的一個重要原因就是：它沒有實現完全國產化。
如前所述，IGCC電站可分為兩部分，即煤氣化系統和燃氣─蒸汽聯合循環發電系統。天津IGCC電站的煤氣化系統採用的是華能西安熱工研究院自主研發自行研製的2000噸/天級兩段式幹煤粉加壓氣化爐，但在燃氣—蒸汽聯合循環發電系統中，採用的是西門子公司的西門子SGT5-2000E(LC)型燃氣輪機，該機型是在V94.2基礎上專門針對LGCC應用的改進型，軸功率為175MW。
因為氣化爐和燃氣輪機這兩大核心設備在運轉中會互相牽制，這樣的“土洋結合”必然導致系統匹配問題。由匹配問題導致的系統穩定性問題，成為天津IGCC電站投入運行初期最為嚴峻的問題。
天津IGCC電站在運行初期，花費了大量的時間和人力用於這兩大設備的逐步摸索調試，由此導致了電站運行成本的上升——到2013年時，天津IGCC電站的上網電價每度約5毛，但電價成本接近9毛。直到2015年3月，天津IGCC電站完成72小時滿負荷試驗，才算初步走上正軌。
天津IGCC電站採用的西門子SGT5-2000E(LC)型燃氣輪機是在V94.2基礎上專門針對LGCC應用的改進型
走上正軌後，IGCC技術的優勢就立刻體現了出來——據報道，截止2018年9月23日0時18分，華能天津IGCC電站連續運行3918小時，打破了日本勿來IGCC電站連續運行3917小時的世界紀錄，並持續處於穩定運行狀態，成為全世界連續運行時間最長的IGCC機組。運行期間，機組汙染物排放水平達到天然氣排放水平，粉塵和二氧化硫的排放量只相當於國家燃煤標準排放量的3%以內，累計向社會提供了58億度綠色電能。IGCC技術的優越性，由此可見。
可以想見，如果中國擁有自主的重型燃氣輪機技術，就可以在設計之初，做好燃氣輪機和氣化爐的匹配，由此可以在後續的運行調試中省去很多麻煩，從而大大降低IGCC電站的建設和運行成本。中國是富煤國，煤炭資源不受控於人，如果中國推廣IGCC技術的應用，不但一樣可以降低汙染，還可以保證能源安全。
同時，這種“以煤代氣”還可以降低中國對天然氣的需求，使油氣價保持在低位運行，這對中國經濟也是有利的。
從這個角度來說，我對這次中國聯合重燃在F級重型燃氣輪機領域取得的突破及其未來的後續成果充滿期待。【文/ 觀察者網專欄作者 鐳射】
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