订单排到2029年！算力扩张带动电力需求飙升，燃气轮机产业链梳理
01产业驱动因素
①AI数据中心扩张带动电力设备需求飙升
近日，美国电力设备公司GE Vernova表示，随着大型数据中心建设推动电力需求上升，公司的燃气轮发动机已经卖光了2028年前的所有产能，2029年的产能也已经卖到只剩10%。
不得不说，有关AI数据中心建设用电缺电已是老生常谈，有关业内人士指出，目前电力不足成为AI发展最大瓶颈。
电力短缺背后，AI数据中心建设浪潮加快，而电网建设却需要时间。
据悉，数据中心的建设周期平均仅2年，而传统电网建设一般为3-5年。
同时全球有关AI的投资都在上调，华泰期货研究院统计预测，到2030年，全球AI投资有望超过9万亿元，我国AI投资有望达到近2万亿元。
②我国燃气轮机产业链持续突破
不了解燃气轮机行业的可能不清楚，过去三家国际巨头在我国燃气轮机市场占据了80%以上的市场份额，尤其在重型燃气轮机方面，我国尤其依赖进口。
但据披露，我国哈尔滨电气、东方电气、上海电气等企业正不断引进先进技术，推动国内重型燃气轮机生产技术水平不断提升。
重型燃气轮机按燃烧温度、发电效率可以分为E级、F级、G/H级、J级燃气轮机。
而近几年，我国先后完成了F级50MW级、300MW级的燃气轮机突破，在相关配套环节，一些公司也已经实现业务突破，我国燃气轮机产业开始具备竞争力。
02产业全景图
03上游产业链
03-1原材料
具体来说，燃气轮机上游主要涉及原材料和零部件环节。
首先对于原材料来说，其通常要保证耐高温、抗腐蚀，还要保证一定的机械性能及功能。
因此常见的燃气轮机原材料有高温合金、不锈钢、铝合金、钛合金、复合材料、涂层材料等。
其中高温合金被认为是最关键的材料体系，占到热端部件材料总量的70%以上，主要分为镍基高温合金和钴基高温合金，它们需要承受高达1400℃的极端工况。
特钢、铝合金、钛合金、热障涂层材料等属于其他部件的“防护盾”，以实现抗高温氧化、硫化腐蚀与应力腐蚀开裂的性能。
另外复合材料主要包括树脂基复合材料和陶瓷基复合材料两大类，则可以用来实现更高的功能性要求，比如减轻重量、提高耐温性能和改善效率等。
03-2零部件
其次，燃气轮机作为一种叶轮式/旋转式热力发动机，主要包括三大核心部件，压气机、燃烧室和涡轮（透平）。
当然，我们常说的叶片也是燃气轮机主要的部件，不过它其实是同时存在于压气机和涡轮中，发挥着重要的作用。
其中，压气机是燃机“冷段”的核心部件，其主要功能是对进入发动机的空气进行压缩，其中叶片便起到气体增压作用。
燃烧室的主要作用是将压缩后的高温空气与燃料混合并点燃，产生高温高压燃气。
涡轮则是燃机“热段”的核心部件，负责将燃气的热能转化为机械能，主要是高温燃气流推动涡轮叶片旋转。
根据海通国际统计，上游叶片的成本占比约为35%，其次压气机、燃烧室、涡轮成本占比均在15%左右（不含叶片）。
03-3相关标的
①钢研高纳：我国高温合金及轻质合金领域技术水平最先进的企业之一。
②万泽股份：国内极少数具备从高温合金材料研发，到部件制备全流程研制能力的民企。
③抚顺特钢：军用高温合金及超高强度钢市占率国内第一。
④西部超导：高端钛合金材料及超导产品生产商，同时在高性能高温合金材料领域取得显著突破。
⑤应流股份：覆盖燃气轮机高温合金动叶、导叶、护环等部件，客户覆盖全球主要燃机巨头。
⑥豪迈科技：可以生产燃气轮机压气缸、排气缸、透平缸等，客户覆盖国内外主要燃机龙头。
⑦联德股份：关键温控设备和发电设备铸件供应商。
⑧杰瑞股份：能够提供燃气轮机发电机组等，覆盖海外客户。
04中游产业链
04-1燃气轮机制造及分类
据悉，燃气轮机的技术核心在于其工作过程，包括压缩、燃烧和燃气膨胀三个主要步骤。
从前面的零部件分析我们也大概可以了解，燃料燃烧最终转化出来的动力或电能决定了燃机的效率。
对此，有两个参数便非常关键，燃气初温和压气机压缩比。
不过，在涉及燃气初温时，我们必然要考虑到燃料，当前天然气成为最主流的燃料，不仅得益于其燃烧温度更高，而且具有清洁、高效、易运输等优点。
另外，液化天然气、煤层气、页岩气等通常作为补充。
并且随着低碳转型加速，部分新型燃气轮机已开展氢气掺烧试验，未来有望实现纯氢燃烧，助力碳中和目标。
此外，在压气机的设计中，必须通过精确的叶片型线设计和流动控制技术，压气机的压缩效率才能提升。
还有看上去不起眼的燃烧室，其通常采用预混合燃烧技术，才能使燃料与空气实现更均匀的燃烧。
总的来说，随着透平（涡轮）进口温度技术（燃气初温）和压气机技术的不断提升，重型燃气轮机技术日益大功率化。同时中小型燃气轮机功率要相对低很多。
当然，如果按用途及使用燃料分类，燃气轮机还可以分为工业燃气轮机、航空燃气轮机、船舶燃气轮机。
04-2我国燃气轮机发展情况
燃气轮机的技术壁垒较高，设计、制造、装配难度大，像是涡轮叶片，其铸造和精密加工便均包含10余道工序。
因此燃气轮机行业格局集中，海外龙头三菱重工、西门子、GE主导了全球市场。
而与国外厂商相比，我国燃气轮机企业显然还未达到能“出海”的程度，而正处于国产替代阶段。
目前，我国已具备微型、轻型燃气轮机自主化设计与制造能力，同时在重型燃气轮机领域，我国产业链也发展迅速。
据航空产业网统计，截至2024年4月，我国燃气轮机全产业链企业总数量已超300家。
2015-2023年，我国燃气轮机行业市场规模从386亿元提升至768亿元，年复合增速达8.98%。
04-3相关标的
①东方电气：投入近20亿元，自主研制了我国首台100%国产化F级50兆瓦重型燃气轮机商业示范机，已正式商业运营。
②上海电气：通过收购意大利安萨尔多40%股权获得重型燃机相关关键技术，并参与了首台H级燃机GT36-S5（538MW）的研发。
05下游产业链
从全球市场看，燃气轮机的主要应用市场是发电，其次是航空和船舶领域，燃气轮机用来发电的市场占比达到了65%。
但我国用燃气轮机发电的比例显然还和国外有较大差距，我国用于发电的燃气轮机市场占比大约为32%，另外用于油气开采的市场占比约为29%，其他领域的市场占比为39%。
我国燃气轮机用于发电的市场占比较小，既和我国煤炭资源丰富长期占据主要市场相关，也和燃气轮机发展不够成熟有关。
所以随着我国燃气轮机技术的成熟，以及数据中心用电的持续增多，燃气轮机的应用和市场规模有望持续提升。
相比柴油发电机，燃气轮机具有启动速度快、易于部署、发电品质好、节能环保、维护方便等优势。
高德纳预测2023-2027年全球AI服务器用电量将从195太瓦时提升到500太瓦时。
同时根据fortune business insights数据，预计2024-2032年全球燃气轮机市场规模将由239.6亿美元增长至347.5亿美元，燃气轮机被认为有望成为AI数据中心供电的重要方案。
06发展趋势
总的来说，随着全球数据中心用电量的增多，燃气轮机的重要性日益凸显，同时我国燃气轮机产业还面临国产替代的趋势，有望持续受益。
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