燃气轮机起源于19世纪，是第二次工业革命的产物，如今还被广泛使用在交通、电力、航天等多个领域。但实际上，燃气轮机至今依然是最难制造的机械设备。

01 燃气轮机有多难制造？

燃气轮机由压气机（Compressor）、燃烧室（Combustor）和透平设备（Turbine）三部分组成，原理是压气机从外界吸入空气，经过轴流式压气机逐级压缩增压；压缩空气进入燃烧室与喷入燃料燃烧生成高温高压的气体，通过气体排出阀排出，吹动叶片旋转带动涡轮旋，进而使压气机高速旋转。

在燃气轮机中，压气机是由燃气涡轮膨胀做功来带动的，涡轮发出的机械功约有一半是带动压气机运动，其余的一部分机械功才是进行动力输出；所以在燃气轮机起动的时候，首先需要电动机带动压气机启动，直到燃气涡轮机械功大于压气机消耗的机械功时，燃气轮机才能自身独立工作。

原理似乎并不复杂，但燃气轮机持续工作中，为了保持相当高的动力，温度要保持在1000度左右，而且需要长期在这种温度中维持上万小时，并且不能出现损坏，这对于燃气轮机的材料要求极高。

除了材料，还需要考虑如何将压气机的压缩比和燃烧室的燃料混合时充分燃烧，产生最大压力，同时高温高压的气体吹向叶轮，叶轮要在高温高压中能长期稳定的旋转，这就跟冰块放在火里面，还要求冰块不能化掉一样。

在这种情况下还要减少叶轮旋转需要带动压气机的机械能，增加透平设备产生的机械能，这需要在冷却方式、流道、 叶型、材料、涂层、控制等方面不断进行改进和优化，才能提高效率，但是这些技术早已被 GE、西门子、三菱为主的重型燃气轮机产品垄断并拒绝技术转让，我国只能通过自研，技术水平与顶尖巨头比还有较大的差距。

02 为何要重点研究燃气轮机？

燃气轮机实际上是第二次工业革命的产物，而在如今电机已经非常普遍的情况，很多人可能都有疑问，为什么我们还要花这么多精力去研究一个过时的东西？作为一个靠谱的科普作者，我可以告诉大家，燃气轮机不但没有过时，而且非常重要。

燃气轮机对于燃料的要求不高，任何燃料都可以，但是为了提高效率和保护环境，现在主要烧天然气，随着我国“十四五”绿色能源发展计划的实施，低碳经济、碳中和就成了重中之重，低污染的能源受到重视，其相关产业的研发工作早已展开，《电力发展“十三五”规划》已明确了天然气发电项目建设目标，2020年将实现气电装机容量占 比超过5%，总体规模达110GW（吉瓦）。

在《能源发展“十三五”规划》中，氢能和燃料电池被列为需要集中攻关的关键技术。美日欧等发达国家相继将氢能发展列入国家能源发展规划，目前产业发展迅速，用清洁的氢燃料替换天然气，也是未来燃气轮机发电趋势。

但氢的缺点也比较明显，首先腐蚀性强，热值高燃烧快，很难控制燃料补给速率。所以目前单独使用比较困难，多数是和天然气混合加入燃气轮机，或者经过工业加工，氢气和二氧化碳形成甲烷和甲醇等清洁能源。