1.2 燃气轮机的应用

燃气轮机虽然在我国的发展较为滞后，但是在国际上已经形成了一个大的系列。燃气轮机依据功率可大致分为微型、小型、中型、大型4类：微型燃气轮机功率通常小于1MW；小型燃气轮机功率通常在1～20MW范围内；中型燃气轮机功率通常在20～50MW范围内；大型燃气轮机功率通常在50MW以上。以上分类并不严格，比如按照使用场合，20～50MW的燃气轮机在发电领域算中型燃气轮机，但是在舰船领域作为舰船动力却是大型燃气轮机了；在大型燃气轮机这一档，功率在100MW以上的燃气轮机通常又被称为重型燃气轮机；而微型燃气轮机有的分类方法只限定在25～300kW。燃气轮机家族庞大，技术在持续发展，分类方法不一而足，既有技术同类性的考虑，也有行文立说的需要。

由于燃气轮机具有重量轻、体积小、装置效率高、污染少、起停灵活等优点，因而得到了大量的应用。

1.燃气轮机的陆上应用

电力领域是燃气轮机的使用大户，在世界范围内，燃气—蒸汽轮机联合循环机组已成为电力结构中的重要组成部分，发挥着越来越重要的作用。高效大功率的燃气—蒸汽轮机联合循环机组可直接替代常规燃煤蒸汽轮机发电机组。由于燃气轮机具有排放污染小的优点，在经济发达地区或人口密集地等特定地区不宜再装燃煤机组，而主要以燃气轮机发电为主。由于燃气轮机起动快、快速反应性能好，在电网中可发挥调峰、调节或应急备用的作用；燃气轮机占地面积小，耗水少或不耗水，适合作为边远或沙漠地区的发电动力。此外，由于油气田可直接使用油、气为燃料，因此应用燃气轮机发电更为便捷。燃气轮机作为驱动动力还广泛应用于油气管线的压缩机驱动，如西气东输线路就应用了大量燃气轮机压缩机组；化工及冶炼工业需要供电、供热，又在生产过程中产生大量的中低热值的可燃气体，如果采用燃气轮机发电，可以合理利用资源，属于节能应用。

中小型燃气轮机还经常被用于分布式供电，可将中小型燃气轮机发电机组按需要安装在用户的一旁就近供电。与常规的集中供电电站相比，分布式供电具有以下优势：没有或很低的输配电损耗；无须建设配电站，可避免或延缓增加的输配电成本；适合多种热电比的变化，系统可根据热或电的需求进行调节从而增加年设备利用小时；土建和安装成本低；各电站相互独立，用户可自行控制，不会发生大规模供电事故，供电的可靠性高；可进行遥控和监测区域电力质量和性能：非常适合对乡村、油田、矿区、牧区、山区、发展中区域及商业区和居民区提供电力；大量减少了环保压力。分布式供电方式可以弥补大电网在安全稳定性方面的不足，在电网崩溃和意外灾害（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）情况下，可维持重要用户的供电。

2.燃气轮机的海上应用

燃气轮机在海上油气平台大量应用，其利用海上油气平台生产过程中产生的油气燃料和伴生废气作为燃料，主要用于发电和压缩驱动。

燃气轮机作为舰船主动力已经成为世界上各国海军的重要发展趋势，与柴油机、蒸汽轮机等动力装置相比，燃气轮机具有以下技术特点和优势：体积小，结构紧凑；噪声低，运动平稳，振动小；有害气体排放少；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。

目前，燃气轮机以其突出的优点已成为现役水面战斗舰艇的主动力，也是综合电力推进动力装置的重要组成部分。燃气轮机有着广泛的适用性，小到快艇，大到轻型航母，从驱护舰等排水型舰船到气垫船等军用辅船，从柴燃、蒸燃、全燃联合动力装置到综合电力推进动力装置，燃气轮机都得到了广泛装船应用。

1947年，英国皇家海军在MG B2009高速炮艇上采用“Gatyoliek”燃气轮机作为其动力装置，开创了燃气轮机作为舰船动力的先河。1958年，“勇敢”级高速炮艇成功地采用了3台燃气轮机作为主推进动力，标志着燃气轮机作为舰船动力进入了实用阶段。英国在1968年就确定了全燃化的方针，研制了G6、Olympus TM系列和Tyne RM系列等船用燃气轮机，从而有效地改善了军舰的性能。从2000年开始，英国的罗尔斯·罗伊斯公司和美国公司合作研制一款新型的船用燃气轮机MT30。2005年9月，第一批2台MT30型燃气轮机装备在洛克希德·马丁公司为美国海军建造的濒海战斗舰“自由”号上。MT30燃气轮机也已经被选为美国海军DDG-1000朱姆沃尔特级驱逐舰和英国皇家海军新的伊丽莎白女王级航空母舰的推进动力。

苏联从20世纪60年代起也开始生产船用燃气轮机，例如HK-144和M-2等，并将其用作军舰的推进动力。第一代以M3为代表，1964年，苏联首先在舰船上采用全燃联合动力装置（COGAG），装备全工况主燃气轮机机组M3。随后M8E和M8K系列的燃气轮机被视为第二代产品，为卡辛级驱逐舰、卡拉级巡洋舰、无畏级驱逐舰、光荣级巡洋舰等苏联海军大型舰艇提供动力。1971—1985年间，出现了第三代燃气轮机，如M70、M75、M90等。现今，原属苏联现在位于乌克兰的企业，除了对原有机型进行改进外，仅有一款新型船用燃气轮机UTG25000。

由于美国航空工业发达，始终走航机舰改之路。20世纪60年代中后期，FT12、LM1500和FT4等机型相继研制成功，美国开始重视燃气轮机用于中型水面舰艇的问题。70年代初，LM2500（功率18000kW）成功装舰运行，标志着二代舰用燃气轮机进入实用阶段。美国海军从斯普鲁恩斯级驱逐舰开始采用全燃动力（DD963、FFG7、CG47、DDG51），踏上主要水面舰艇燃气轮机化的道路。经过近40年的发展，从LM2500到LM2500+，再到LM2500+G4，是航改燃机一个非常成功的系列发展案例，在技术和商业上都最具有代表性。由于该型燃气轮机性能优秀，所以，美国与其他海军大量采购LM2500燃气轮机作为作战舰艇的动力装置。国外典型船用燃气轮机如图1-4所示。

图1-4 国外典型船用燃气轮机

据统计，到2010年，全球56个国家和地区共有超千艘军用船舶使用了3000余台燃气轮机作为动力。自20世纪80年代以来，燃气轮机也广泛用于高性能商用船舶，如豪华客轮、豪华游艇等。快艇和豪华游艇等民用船若采用小型燃气轮机作为动力，将具备快速起动和高速航行的能力，可以很好地提高乘客的满意度。