1.2 燃氣輪機的應用

燃氣輪機雖然在我國的發展較為滯后，但是在國際上已經形成了一個大的系列。燃氣輪機依據功率可大致分為微型、小型、中型、大型4類：微型燃氣輪機功率通常小于1MW；小型燃氣輪機功率通常在1～20MW范圍內；中型燃氣輪機功率通常在20～50MW范圍內；大型燃氣輪機功率通常在50MW以上。以上分類并不嚴格，比如按照使用場合，20～50MW的燃氣輪機在發電領域算中型燃氣輪機，但是在艦船領域作為艦船動力卻是大型燃氣輪機了；在大型燃氣輪機這一檔，功率在100MW以上的燃氣輪機通常又被稱為重型燃氣輪機；而微型燃氣輪機有的分類方法只限定在25～300kW。燃氣輪機家族龐大，技術在持續發展，分類方法不一而足，既有技術同類性的考慮，也有行文立說的需要。

由于燃氣輪機具有重量輕、體積小、裝置效率高、污染少、起停靈活等優點，因而得到了大量的應用。

1.燃氣輪機的陸上應用

電力領域是燃氣輪機的使用大戶，在世界范圍內，燃氣—蒸汽輪機聯合循環機組已成為電力結構中的重要組成部分，發揮著越來越重要的作用。高效大功率的燃氣—蒸汽輪機聯合循環機組可直接替代常規燃煤蒸汽輪機發電機組。由于燃氣輪機具有排放污染小的優點，在經濟發達地區或人口密集地等特定地區不宜再裝燃煤機組，而主要以燃氣輪機發電為主。由于燃氣輪機起動快、快速反應性能好，在電網中可發揮調峰、調節或應急備用的作用；燃氣輪機占地面積小，耗水少或不耗水，適合作為邊遠或沙漠地區的發電動力。此外，由于油氣田可直接使用油、氣為燃料，因此應用燃氣輪機發電更為便捷。燃氣輪機作為驅動動力還廣泛應用于油氣管線的壓縮機驅動，如西氣東輸線路就應用了大量燃氣輪機壓縮機組；化工及冶煉工業需要供電、供熱，又在生產過程中產生大量的中低熱值的可燃氣體，如果采用燃氣輪機發電，可以合理利用資源，屬于節能應用。

中小型燃氣輪機還經常被用于分布式供電，可將中小型燃氣輪機發電機組按需要安裝在用戶的一旁就近供電。與常規的集中供電電站相比，分布式供電具有以下優勢：沒有或很低的輸配電損耗；無須建設配電站，可避免或延緩增加的輸配電成本；適合多種熱電比的變化，系統可根據熱或電的需求進行調節從而增加年設備利用小時；土建和安裝成本低；各電站相互獨立，用戶可自行控制，不會發生大規模供電事故，供電的可靠性高；可進行遙控和監測區域電力質量和性能：非常適合對鄉村、油田、礦區、牧區、山區、發展中區域及商業區和居民區提供電力；大量減少了環保壓力。分布式供電方式可以彌補大電網在安全穩定性方面的不足，在電網崩潰和意外災害（例如地震、暴風雪、人為破壞、戰爭）情況下，可維持重要用戶的供電。

2.燃氣輪機的海上應用

燃氣輪機在海上油氣平臺大量應用，其利用海上油氣平臺生產過程中產生的油氣燃料和伴生廢氣作為燃料，主要用于發電和壓縮驅動。

燃氣輪機作為艦船主動力已經成為世界上各國海軍的重要發展趨勢，與柴油機、蒸汽輪機等動力裝置相比，燃氣輪機具有以下技術特點和優勢：體積小，結構緊湊；噪聲低，運動平穩，振動小；有害氣體排放少；單機功率大，功率重量比大，起動加速性好；潤滑油消耗低，保養量小，管理人員少；可靠性高，可利用率高。

目前，燃氣輪機以其突出的優點已成為現役水面戰斗艦艇的主動力，也是綜合電力推進動力裝置的重要組成部分。燃氣輪機有著廣泛的適用性，小到快艇，大到輕型航母，從驅護艦等排水型艦船到氣墊船等軍用輔船，從柴燃、蒸燃、全燃聯合動力裝置到綜合電力推進動力裝置，燃氣輪機都得到了廣泛裝船應用。

1947年，英國皇家海軍在MG B2009高速炮艇上采用“Gatyoliek”燃氣輪機作為其動力裝置，開創了燃氣輪機作為艦船動力的先河。1958年，“勇敢”級高速炮艇成功地采用了3臺燃氣輪機作為主推進動力，標志著燃氣輪機作為艦船動力進入了實用階段。英國在1968年就確定了全燃化的方針，研制了G6、Olympus TM系列和Tyne RM系列等船用燃氣輪機，從而有效地改善了軍艦的性能。從2000年開始，英國的羅爾斯·羅伊斯公司和美國公司合作研制一款新型的船用燃氣輪機MT30。2005年9月，第一批2臺MT30型燃氣輪機裝備在洛克希德·馬丁公司為美國海軍建造的瀕海戰斗艦“自由”號上。MT30燃氣輪機也已經被選為美國海軍DDG-1000朱姆沃爾特級驅逐艦和英國皇家海軍新的伊麗莎白女王級航空母艦的推進動力。

蘇聯從20世紀60年代起也開始生產船用燃氣輪機，例如HK-144和M-2等，并將其用作軍艦的推進動力。第一代以M3為代表，1964年，蘇聯首先在艦船上采用全燃聯合動力裝置（COGAG），裝備全工況主燃氣輪機機組M3。隨后M8E和M8K系列的燃氣輪機被視為第二代產品，為卡辛級驅逐艦、卡拉級巡洋艦、無畏級驅逐艦、光榮級巡洋艦等蘇聯海軍大型艦艇提供動力。1971—1985年間，出現了第三代燃氣輪機，如M70、M75、M90等。現今，原屬蘇聯現在位于烏克蘭的企業，除了對原有機型進行改進外，僅有一款新型船用燃氣輪機UTG25000。

由于美國航空工業發達，始終走航機艦改之路。20世紀60年代中后期，FT12、LM1500和FT4等機型相繼研制成功，美國開始重視燃氣輪機用于中型水面艦艇的問題。70年代初，LM2500（功率18000kW）成功裝艦運行，標志著二代艦用燃氣輪機進入實用階段。美國海軍從斯普魯恩斯級驅逐艦開始采用全燃動力（DD963、FFG7、CG47、DDG51），踏上主要水面艦艇燃氣輪機化的道路。經過近40年的發展，從LM2500到LM2500+，再到LM2500+G4，是航改燃機一個非常成功的系列發展案例，在技術和商業上都最具有代表性。由于該型燃氣輪機性能優秀，所以，美國與其他海軍大量采購LM2500燃氣輪機作為作戰艦艇的動力裝置。國外典型船用燃氣輪機如圖1-4所示。

據統計，到2010年，全球56個國家和地區共有超千艘軍用船舶使用了3000余臺燃氣輪機作為動力。自20世紀80年代以來，燃氣輪機也廣泛用于高性能商用船舶，如豪華客輪、豪華游艇等。快艇和豪華游艇等民用船若采用小型燃氣輪機作為動力，將具備快速起動和高速航行的能力，可以很好地提高乘客的滿意度。