中国突破重型燃气轮机技术封锁：历经80年挑战终获成功
历经80余载的封锁挑战，中国终于突破外国技术桎梏。01
被封锁近百年的尖端技术
重型燃气轮机技术封锁的历史背景，主要是因为它具有高技术门槛以及战略重要性。重型燃气轮机被称作机械工业的“皇冠上的明珠”，它有着极高的技术复杂性，同时也具备战略价值。
燃气轮机的全称是燃气涡轮发动机。燃气轮机可以是一个较为广泛的称呼，其基本原理大致相同，其中包含涡轮喷射引擎等。
一般所指的燃气涡轮引擎，通常用于船舶，主要是军用作战舰艇；还用于车辆，通常是体积庞大能够容纳燃气涡轮机的车种，像坦克、工程车辆等；也用于发电机组等。它与推进用的涡轮发动机的不同之处在于，其涡轮机既要带动压缩机，又要另外带动传动轴，传动轴再与车辆的传动系统、船舶的螺旋桨或发电机等相连。
燃气轮机按输出功率划分，可分为微型、轻型和重型三类。微型和轻型燃气轮机能由航空发动机改制而成，其功率通常在 50MW 以内，能用于工业发电等场景，还能用于船舶动力等；重型燃气轮机功率在 50MW 以上，主要用作陆地上固定的发电机组，像城市电网就会用到。
重型燃气轮机相较于微型、轻型两类燃气轮机而言，是一种能够实现能源高效转换、洁净利用且可在多领域应用的核心装备，也是工业强国的一个重要标志。由于它具有极高的设计、制造、试验难度，并且蕴含着极大的经济、科技和军事价值，所以是世界各国竞相发展的重大装备。
英国是世界上最早开始研发重型燃气轮机的国家。50 年代时，英国就已研发出了 G6 型燃气轮机。在随后的几十年里，像奥林普斯、海神这样闻名世界的重型燃气轮机也相继问世。即便如今英国国力逐渐衰弱，但其在重型燃气轮机领域仍保持着领先地位。目前英国 2 艘伊丽莎白女王级航母所用的 MT30 燃气轮机，是世界上最先进的重型燃气轮机，仅靠两台就能推动排水量达 6 万吨的伊丽莎白女王级航母。
美国通用电气（GE）在二战前后开始了燃气轮机技术的研发，并且一直走原始创新的技术路线，这种长期的技术积累使其在该领域形成了巨大的技术优势；德国西门子公司等公司在二战前后也开始了燃气轮机技术的研发，同样一直走原始创新的技术路线，这种长期的技术积累让它们在这一领域形成了巨大的技术优势。
长期以来，重型燃气轮机的设计、制造、试验等尖端技术，完全被德国西门子、美国通用电气、日本三菱等少数公司所垄断。这些公司不但在技术方面占据主导地位，而且在市场上也占据主导地位。它们还通过市场换技术等方式，进一步强化了自身的垄断地位。重型燃气轮机作为大型舰艇和重型装备的核心动力来源，一直以来都是各国关注的重点。
上世纪 80 年代起，世界上最为先进的大型水面舰艇大多采用燃气轮机联合动力装置。例如，美军的阿利伯克级导弹驱逐舰采用了这种动力装置，日本的爱宕级、金刚级导弹驱逐舰也采用了这种动力装置。因为诸多原因，我国舰艇燃气轮机与国际先进水平相比一直有很大差距，在诸多领域动力较为落后，这已成为制约大型水面舰艇发展的关键因素，其技术曾仅被世界上少数几个发达国家掌控，先进的燃气轮机在西方国家依旧限制对华进行出口。
其中最让国人感到愤慨的是当年 052 型首舰“哈尔滨”号购买通用动力燃气轮机这件事。 当年 052 型首舰“哈尔滨”号购买通用动力燃气轮机一事，最令国人愤慨。 国人最为不忿的是当年 052 型首舰“哈尔滨”号购买通用动力燃气轮机这件事。 当年 052 型首舰“哈尔滨”号购买通用动力燃气轮机，这是最令国人不忿的。 国人对当年 052 型首舰“哈尔滨”号购买通用动力燃气轮机一事最为不忿。
上世纪 80 年代初，我国海军作出决定。在第二代导弹驱逐舰上要使用燃气轮机。因为当时国内自行研发的好几型燃气轮机，要么可靠性达不到要求，要么功率、效率等性能不太理想。所以决定从国外引进相关型号。美国通用动力公司的产品在综合性能方面比英国同类型号更优。在 80 年代中期，美国答应逐步转让相关技术，这让我国具备了仿制生产的能力。所以，我国决定在 052 型驱逐舰上安装燃气轮机。
在 052 型首舰“哈尔滨”号开始建造的时候，情况有了改变。西方重新开始实施对中国的武器技术、装备输出禁令，导致相关引进遇到阻碍，中国仅仅得到了 4 台成品以及 1 台用于培训和实验的样机。从当时的局势来判断，中国很难再获取新的舰用型燃气轮机，技术授权与转让也没有可能。甚至该机型后续的大修工作，美方也不再给予帮助。
打破封锁，在当年的工业领域，不少科研人心中都有自研重型燃气轮机这一目标。
中国与西方国家相比，在重型燃气轮机方面起步很晚，甚至比航空发动机的起步还晚。到 90 年代末，中国才真正开始着手对国产燃气轮机进行一系列的研发工作。在 2008 年之前，美、俄、英、德等国掌握着燃气轮机市场的较大份额。它们还掌握着生产燃气轮机的所有关键技术。作为后发国家，我国此前若要制造燃气轮机，一方面要从西方国家手中进口核心零件，另一方面每年还得交钱购买周边技术和技术许可。
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在民用市场领域，西方国家对中国实行了技术封锁。这使得我国在获取重型燃气轮机技术方面，长期以来只能依靠仿造、引进以及合资等方式。
02
自立自强
持续突破外国技术桎梏
“缺少专家就把自己培养成专家，缺少经验就试出经验。”
中国燃气轮机的发展起始于苏联的援助。1951 年，前苏联的专家来到中国指导米格-15 战机的研制工作，在此过程中，中国专家首次对其内部结构有了深入的了解。接着，前苏联提供了米格 17 战机的技术，这为中国实现自主生产组装提供了助力。
1953 年，捷克斯洛伐克专家协助中国成功研制出 6 兆瓦发电蒸汽轮机，与此同时，中国在汽轮机研制方面取得了进展。然而，1959 年中苏关系恶化后，燃气轮机技术与外界隔绝了，无论是西方还是苏联阵营，都对这一技术进行了严格保密。
90 年代末之前，中国未曾真正开始对国产燃气轮机进行一系列研发工作。基础技术主要来自底子薄弱的苏联和乌克兰。中国起步虽晚，但从国外获得了不少先进的燃气轮机，其中最著名的是从乌克兰的 UGT - 25000。依靠对这些成熟的参考样品进行逆向研发，中国先后制造了多款国产重型燃气轮机。
这对我们而言是新的篇章。
21 世纪到来，西气东输等项目开展，同时大量进口液化天然气，我国再度有了发展重型燃气轮机的动力。然而，此时的中国遭遇了外国企业严密的技术封锁。为快速弥补技术差距，我国采用市场换技术模式，进口了一批较先进的重型燃气轮机，但这并未改变受他人制约的局面。外国工程师全程不让我国技术人员靠近设备，国产整机成品不仅只能在国内销售，还必须聘请外国工程师进行维护，这无疑深深刺伤了相关行业人员的自尊。
看文献，查资料，翻译外文文献，前往电厂学习。“若缺少专家，就将自己培养成专家；若缺少经验，就尝试出经验。”这便是当年东方电气工程师们所秉持的信念。
上个世纪八十年代，东方人打造出了第一代东方“争气机”，那就是 30 万千瓦汽轮机。如今，新时代“争气机”的接力棒已传递到新一代东方人的手里。2009 年，一支较为年轻的团队秉承先辈的创业初心，正式开启了自主研发 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机（简称“G50 燃机”）的艰难征程。
2001 年到 2007 年这 6 年期间，中国从哈气 - 美国通用、东气 - 三菱重工、上气西门子、南气 - 美国通用这 4 个联合体引进了 E 级和 F 级重型燃气轮机，数量超过 60 套，总装机容量达到 2000 万千瓦。这一过程使得国内四大重型燃气轮机制造企业掌握了 E 级和 F 级重型燃气轮机的冷端部件制造技术以及整机组装技术。然而，核心的设计技术和热端部件制造技术依然被外方所垄断，所以这些企业不得不主要依靠进口。
2019 年之前，中国未完成 F 级 300MW 燃机第一级动叶、静叶和燃烧室的制造。东方电气集团首台 F 级 50MW 重型燃气轮机原型机整机点火试验成功。这表明中国突破了一系列“卡脖子”关键核心技术，初步获得了重型燃机高温部件制造技术能力，初步具备了自主研制 E 级/F 级重型燃机的全过程能力。
从重型燃气轮机关键核心部件国产化的进展方面来看。以市场上主流的 F 级重型燃气轮机作为例子。现在中国重型燃气轮机的生产与制造技术的国产化率有了很大的提升。中国燃气轮机零部件的数量国产化率能够达到 80%到 90%。然而，燃气轮机零部件价值的国产化比重却还不足 70%。只有通过埋头苦干，才能够实现技术的追赶以及超越。
03
055们将再无短板
众多企业的几代人通过努力，使得我国在重型燃气轮机领域开始有了长足的进展。
在 UGT-25000 实现国产化的进程里，既有技术的引入，又有对其进行消化吸收以及改进提升。我国借鉴了相关装备的使用经验，经过中船重工 703 所、西安航空发动机集团、哈尔滨动力集团的努力，开展了对 UGT - 25000 的第一阶段系列改进工作。2004 年，首台国产化的 UGT - 25000 完成试制，其性能与乌原产机组性能相当，国产化率达到了 60%以上。
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此后的第二阶段进行国产化工作，主要目标是将国产化率提升至 95%以上，并且基本达成材料和工艺等方面的国产化。当下，完全国产化的机组 QC280已经开始批量生产，这为中国 052D、055 型新一代水面舰艇的建造提供了必需的动力保障。
上世纪 90 年代中后期，我国“太行”涡扇发动机实现了技术突破。这一突破为我国燃气轮机的大发展带来了更大的可能性。其中，第一型“太行”改型燃气轮机是 QD70，船用型为 QC70。它是中国第一型 7000 千瓦的燃气轮机，于 1996 年开始研制，在 2006 年投入使用。
中国针对大中型水面舰艇的需求，在“太行”涡扇发动机的基础上推出了功率为 25000 马力的 QC185 燃气轮机。QC185 是一种中档功率的燃气轮机，能够作为驱护舰的主动力。这表明我国在装备自主研制生产的舰用燃气轮机方面又向前迈出了关键的一步。
持续取得突破，这表明我国驱逐舰不再因重型燃气轮机而受到被卡脖子的限制。 我国驱逐舰不再受重型燃气轮机卡脖子的情况得以改变，这是持续突破带来的结果。 持续的突破使得我国驱逐舰摆脱了重型燃气轮机卡脖子的束缚。
2015 年，中国成功攻克了铼金属单晶叶的制造难题，从而使燃气轮机技术得到了大幅提升，达到了美俄的水平。接着，我国顺利研制出了太行 110 以及 CGT40 等燃气轮机。最新的 50 兆瓦 F 级燃气轮机，其工作温度较低，但热效率却很高，性能与 H 级相接近。
目前中国军舰使用最多的燃气轮机是国产化的 UGT - 25000 发展而来的 QD280 型燃气轮机。此次中国研发的 R0110 型燃气轮机，在技术方面以及动力方面都比中国之前拥有的任何一款燃气轮机要先进很多。在 IOS 条件下，这款燃气轮机能够输出 11.45 万千瓦的动力，很适合用于航空母舰。
当下，我国有 2 艘国产航母仍以蒸汽轮机作为动力。若换上燃气轮机，其动力会大幅提升，能够在海面上高速航行，还能提高机动能力，并且对舰载机滑跃起飞时的限制也会减少很多。
中国在重型燃气轮机领域，经历了从被封锁到进行仿制，再到实现自给自足的过程，发展极为迅速。不仅实现了从“0”到“1”的重大突破，还让中国拥有了属于自己的“心脏”，同时也解决了中国长期以来的“心脏病”等难题，“卡脖子”的时代就此终结。
04
反制
我国管制出口已包含燃气轮机
从军工领域拓展到民用领域，在大家齐心协力的努力之下，中国重型燃气轮机最终成功突围，登上了全球主流水平的舞台。它与 GE、西门子之间的差距进一步缩小，这使得国家在能源领域被卡脖子的装备、航母舰用燃机以及航改发动机等方面，开始对西方的装备封锁发起了反击。
2 月底，中国成功攻克世界主流大功率重型燃气轮机技术，制造出了 300 兆瓦 F 级重型燃机，其第一台样机在上海顺利完成总装并下线。7 月，我国首台自主研制的 15 兆瓦重型燃气轮机——“G15”在四川德阳完成总装并下线，这为我国加快构建自主燃机谱系以及优化能源结构提供了有力支撑。
2023 年 3 月，我国有首台具有自主知识产权的 F 级 50 兆瓦重型燃气轮机 G50。此 G50 在中国华电清远电厂正式投入商运。这实现了我国自主重型燃机从“0”到“1”的突破。
今年 5 月值得一提。中国商务部、国家科技部、国家工信部三部委联合发布了公告。该公告对燃气轮机等产品和技术进行了出口管制。
所以我国出口管制燃气轮机是为了维护国家安全。
这些敏感技术的出口对我国的安全与利益影响极大。中国曾对稀土出口进行管制，稀土是一种工业重要元素，也是不可替代的资源。我国的稀土资源占全球 60%以上，所以这在一定程度上能让我国在发展过程中，依靠稀土资源成为一种强大的武器。
这些敏感且重要的技术被采纳进行出口，同时对这些重要技术实施出口管制，这极大地推动了我国产业链的形成，有效阻止了敏感技术的扩散，有利于维护我国在世界上的核心竞争力。
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