燃气轮机行业专题报告：供给变革、需求共振与核心环节国产化机遇

供给变革、需求共振与核心环节国产化机遇 ——燃气轮机行业专题报告 2 0 2 6.02.0 3 中泰机械分析师：王子杰执业证书编号：S0740522090001 燃机的不可替代性源于其稳定、高效、灵活、清洁的核心特性，这些优势在能源转型与高负荷用电场景中尤为突出：1）建设周期短、适配AI数据中心等快速落地需求，12-18个月即可投产运行；2）启动快：“快速启停”是燃机的核心设计特性之一，能够有效平抑风电、光伏等新能源发电的间歇性和波动性；3）发电稳定：联合循环燃气轮机机组可用率超95%；4）清洁低碳、审批快：碳排放相比传统火电站降低60%。 本轮燃机需求的爆发，是AI算力驱动、能源转型补位、电网升级刚需、供给端错配与区域政策共振的结果。随人工智能技术的快速发展，大规模模型训练和实时推理对算力需求不断提升，数据中心建设与扩张加速，对高效、低排放能源供应提出更高要求。燃气轮机凭借其高效、清洁、灵活的特性，成为数据中心能源升级的重要选择，市场需求随之快速增长。 在手订单已排产至2028-2030年：1）三家巨头当前订单已排至2028年底至2029年初，处于满负荷状态。由于三家供应商高度重叠，即使有扩产需求，也因供应商产能限制无法实现，因此无富余产能；2）市场占有率方面，三家合计占全球约80%的重型燃机订单，其中西门子与GEV各占30%以上，三菱约占20%。GE、西门子等三家企业仍是轻型主要供应商，其他小型燃机厂商合计占全球市场份额10%以上、不到20%。涡轮叶片是航空发动机和燃气轮机中最关键的零件之一，其主要功能在于将燃烧室内高温、高压燃气的 能量持续转化为机械能，进而驱动发动机旋转并带动其他部件运转。因此，涡轮叶片长期处于极端恶劣的工作环境中：高压涡轮叶片需在约1400℃至2200℃的高温、20至50个标准大气压的高压条件下，以每分钟约15000转的转速高速旋转。叶片榫头——即连接工作叶片与涡轮盘的关键部位——所承受的离心负荷可达叶片自身重量的约1万倍，相当于10至15吨的力。 投资建议：当前燃气轮机行业需求处于快速增长期，高端供给存在瓶颈、且国产替代政策全面发力，建议重点关注在关键环节占据卡位优势，且具备持续技术护城河的头部厂商。建议重点关注：应流股份、东方电气、联德股份、杰瑞股份、豪迈科技、博盈特焊。 风险提示：AI算力产业发展不及预期的风险；燃气轮机投资不及预期的风险；国家产业政策不确定性的风险；海外出口不及预期的风险；相关推荐标的业绩不达预期的风险；研报引用数据更新不及时的风险。 供给端——高功率密度+快速响应，不可替代性强 目录C O N T E N T S 2需求端——为何爆发，增速几何？ 聚焦核心环节——穿透商业模式与核心零部件3 投资建议——关键词：卡位优势、技术壁垒 CCONT供给端——高功率密度+快速响应，不可替代性强 燃气轮机定义 1.1、燃气轮机：与航空发动机同源，高功率密度+快速响应 燃气轮机是一种以连续流动的气体为工质，将燃料热能转化为机械功的旋转式动力机械。其核心结构包括压气机、燃烧室和燃气透平三大部件。工作时，压气机首先吸入并压缩空气，将其送入燃烧室与燃料混合燃烧，生成高温高压燃气；随后，燃气在透平中膨胀做功，驱动透平叶片高速旋转。透平输出的功一部分用于带动压气机维持自身运转，剩余部分则通过输出轴驱动发电机或其它机械设备，从而完成化学能→热能→机械能的连续转换。 技术特点：1）遵循典型热力循环：工作过程基于布雷顿循环，分为压缩、燃烧、膨胀与排气四个阶段，使其具备连续做功、结构紧凑、功率密度高的优势；2）具备“自持”运行特性：启动时需外部动力带动压气机，待透平输出功率满足系统需求后脱扣，进入自持循环运行，实现系统自驱动；3）能量分配影响整体效率：在简单循环中，透平输出功约有1/2至2/3用于驱动压气机，其余部分为可用输出功，该分配关系直接影响机组运行效率。 来源：《中国战略性新兴产业研究与发展·燃气轮机》，中泰证券研究所 来源：GE，中泰证券研究所 燃气轮机定义 1.1、燃气轮机：与航空发动机同源，高功率密度+快速响应 为提高效率，燃气轮机发电站常采用更复杂的循环。简单循环仅包含上述“压缩-燃烧-膨胀-发电”的基本过程，效率约33%-40%。多用于调峰或移动电源；而联合循环则利用涡轮排出的高温废气（约500-600℃）去加热锅炉，产生蒸汽驱动另一台蒸汽轮机发电，形成“燃气轮机+蒸汽轮机”的结合实现能源的梯级利用，这是主流高效模式，可将效率提升至60%以上。 燃气-蒸汽联合循环主设备包括燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和发电机。以西门子SGT-800型号为例：在联合循环（搭配余热锅炉、由双压余热锅炉向蒸汽轮机供汽）下，输出功率由简单循环的57MW上升至163MW；发电效率由40.1%上升至58.6%。 来源：《中国战略性新兴产业研究与发展·燃气轮机》，中泰证券研究所 1.2、国内产业发展历史：从引进仿制到自主创新 我国燃气轮机产业走过了一条清晰的技术追赶与自主创新之路。其发展可概括为以下三个阶段： 1）20世纪五十年代-世纪末：技术依赖与艰难起步。21世纪前国内燃机市场几乎完全由国外巨头垄断，所有产品依赖进口。尽管我国早在1958年就启动了研发计划，并通过仿制和自主研制奠定了初步基础，但整体产业水平与国际存在代差，未能改变核心技术被“卡脖子”和市场规模有限的局面。 2）2002-2015：以市场换技术的合资探索。为打破垄断，国家主导了“以市场换技术”的战略。东方电气、上海电气、哈尔滨电气三大集团分别与三菱、西门子、GE成立合资公司。然而这一阶段虽提升了制造与组装能力，但外方对核心设计、热部件技术等严格封锁，产品销售也受限，未能换来真正的技术自主权。 3）2015-至今：自主创新与国产化突破。在认识到合资路径的局限后，我国燃机产业战略坚定转向自主研发。2023年，东方电气自主研发的首台F级50MW重型燃机投入商运，国产化率高达85%；随后F级300MW燃机成功点火。几乎同时，在能源转型驱动下市场需求爆发，为自主技术提供了宝贵的应用舞台，产业开始进入从“国产化实现”到“市场化应用”的新阶段。 中国燃气轮机发展历程 1.2、国内产业发展历史：从引进仿制到自主创新 中小型燃气轮机国产化稳步提升，重型燃机仍受制于进口。我国燃气轮机产业起步较晚，与国际先进水平相比仍存在一定差距。目前，国际上已经发展了三代燃气轮机，部分第四代高效燃气轮机也已投入使用，而我国大部分在研机组仍以第三代机组为主，其可靠性有待进一步提升。目前，国内燃气轮机市场主要被国外产品占据，重型燃气轮机领域以GE、西门子和三菱重工等企业为主；中小型工业用燃气轮机市场则以GE、罗罗和索拉等公司产品为主导。船用燃气轮机虽通过技术引进与自主研发取得了一定进展，但与国际先进水平相比仍存在差距。此外，国产工业用微型燃气轮机的研发尚处于起步阶段，市场占有率较低。 国产燃气轮机技术从引进逐步向自主化发展。2004年，上海电气与西门子合作成立合资公司，推动燃气轮机核心部件国产化，但核心技术仍受制于西门子。2014年，上海电气收购安萨尔多能源40%股权，引入先进技术，突破制造瓶颈，显著提升国产燃气轮机技术水平和竞争力。2024年，东方电气与三菱重工深化合作, 5月签署合作备忘录，10月完成第150台燃气轮机订单，通过引进技术逐步实现本地化与自主化。 燃气轮机主要优势 1.3、本身的不可替代性：稳定、高效、灵活、清洁 燃机的不可替代性源于其稳定、高效、灵活、清洁的核心特性，这些优势在能源转型与高负荷用电场景中尤为突出： 1）建设周期短、适配AI数据中心等快速落地需求：燃气轮机电站采用模块化建造模式，建设周期远短于传统能源项目。400MW级燃气轮机电站若采用预制化设计与现成机组，12-18个月即可投产运行。部分轻型机组单台安装周期可缩短至两周，而传统火电站、水电站建设周期普遍长达3-5年； 2）启动快：“快速启停”是燃机的核心设计特性之一，例如西门子SGT5-4000F重型燃气轮机在联合循环应用中可实现热态启动后30分钟内达到基本负荷；上海电气AE94.3A从点火至满转速仅需约5分钟，并在约23分钟内即可从并网达到满负荷。这一快速启动与加载的特性，使燃气轮机能够有效平抑风电、光伏等新能源发电的间歇性和波动性； 3）发电稳定：联合循环燃气轮机机组可用率超95%，故障停机率显著低于传统火电，可实现7×24小时不间断稳定运行； 4）清洁低碳、审批快：燃气轮机碳排放相比传统火电站降低60%，氮氧化物排放远低于国标，契合全球“双碳”趋势。环保优势使其在审批环节具备显著优势。 CCONT需求端——为何爆发，增速几何？ 需求端：AIDC 2.1、需求结构：AIDC迅猛扩张，整机产能高度集中且紧张 本轮燃机需求的爆发，是AI算力驱动、能源转型补位、电网升级刚需、供给端错配与区域政策共振的结果。核心是其“稳定、高效、灵活、清洁”的特性完美适配当前电力供需矛盾。随人工智能技术的快速发展，大规模模型训练和实时推理对算力需求不断提升，数据中心建设与扩张加速，对高效、低排放能源供应提出更高要求。燃气轮机凭借其高效、清洁、灵活的特性，成为数据中心能源升级的重要选择，市场需求随之快速增长。 算力需求的爆发式增长正直接推动GPU功耗上升与数据中心能耗加剧。过去AI训练算力增长基本符合摩尔定律的预期，约每24个月翻一番；然而进入大模型时代后，算力需求呈现指数级增长，已远远超越摩尔定律的演进速度。这将持续倒逼GPU工艺制程向小型化迈进并推动架构升级，从而导致单GPU功耗进一步增加。与此同时，随着大模型训练、多模态推理等智算应用普及，单机柜功率已从传统数据中心的2-10KW大幅攀升至智算中心的30KW以上，部分高性能配置如英伟达GB300NVL72机架功耗甚至超过120KW，显著加剧了数据中心的整体电力消耗压力。 来源：观研报告，中泰证券研究所 需求端：AIDC 2.1、需求结构：AIDC迅猛扩张，整机产能高度集中且紧张 随着AI算力需求激增，美国电网的脆弱性进一步凸显。电网的老化与体制问题正严重制约数据中心供电，主要体现在：1）基础设施老化严重：北美及欧洲大量电网设施已运行超过40年，电力供应不足已成为数据中心停机的主因，且预计未来电网限制仍是主要故障原因；2）体制分散与建设缓慢：美国电网由分散的私营公司主导，形成三大独立系统，联邦与州政府的监管进一步限制了跨区协调。加之高压输电项目投资大、回报期长，私人公司建设意愿低，导致建设进度缓慢——2024年美国只建成了55.5英里的高压输电线路，这是自2010年以来的最低水平。这些结构性瓶颈使得电网难以匹配数据中心快速增长的可靠电力需求。 根据国际能源署（IEA）《World Energy Outlook 2025》预测数据显示，2025年全球数据中心投资预计将达约5800亿美元，这将首次超过当年全球石油供应总投资。传统数据中心规模通常在10-25MW，而AI超大规模数据中心已普遍超过100MW，相当于10万户家庭年用电量。2024年，数据中心用电量已占全球总量的1.5%。随着AI服务需求激增，数据中心持续向超大规模化发展，预计到2030年，北美AI服务器用电量将增长2倍，推动全球数据中心总用电量在现有基础上翻番。 来源：每经头条，Nexans，中泰证券研究所 2.2、燃机分类：供电领域重燃需求最大 燃气轮机的分类可以依据循环方式和透平进口燃气温度两个核心维度划分，具体如下： 1、按照循环方式，燃机可分为简单循环、联合循环、回热循环三类。其中：1）简单循环仅包含燃气轮机本体，具有结构简单、启动速度快的特点，但热效率较低，通常在30-38%之间，代表机型有GE7HA.03、西门子SGT-800；2）联合循环由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机三部分组成，热效率大幅提升。 来源：《现代燃气轮机技术》，中泰证券研