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AI电源新增量,燃气轮机概念

冰女   / 01月07日 08:18 发布

据证券时报1月6日报道,受AI应用等因素驱动,过去一个月,半导体行业最受调研机构关注,同时随着AI算力需求催生用电量缺口,燃气轮机行业受到机构重点关注,一些个股也被机构“踏破门槛”。

什么是燃气轮机

燃气轮机是一种旋转式热力发动机,其工作原理是将化学能通过燃烧转化为机械能,最终转化为动力或电能。

燃气轮机主要由压气机、燃烧室、透平三大部分组成,压气机从外界大气环境吸入空气,并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压,同时空气温度也相应提高;压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体;然后再进入到涡轮中膨胀做功,推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转,实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功,并输出电功。

 

通常在燃气轮机中,压气机是由燃气涡轮膨胀做功来带动的,它是涡轮的负载。在简单循环中,涡轮发出的机械功有1/2到2/3左右用来带动压气机,其余的1/3左右的机械功用来驱动发电机。在燃气轮机起动的时候,首先需要外界动力,一般是起动机带动压气机,直到燃气涡轮发出的机械功大于压气机消耗的机械功时,外界起动机脱扣,燃气轮机才能自身独立工作。

燃气轮或成AI算力主流电力供应系统

当前,数据中心的供电方式多样,包括电网供电、柴油机发电、燃气轮机发电、核电以及可再生能源等。然而,随着全球电网基础设施的不足以及可再生能源建造周期的加长,燃气轮机因其清洁、高效且成本相对较低的特性,成为了众多国家,特别是非中国地区,数据中心的主要供电选择。

东北证券指出,AI需求爆发带来巨大供电缺口,燃气轮机与柴油发电机组可快速成型,短期内成为应对AI需求唯二可能性。从自身特性来看,燃气轮机多方面优于柴油发电机组。

1)响应及时:布雷登循环中的气体压缩和膨胀过程较为简单,燃气轮机在1-5分钟可从开机到满负荷,而柴油机组则需要15-30分钟;

2)适应性强:燃气轮机开机温度范围大(-35℃~51.7℃),且适用多种燃料;而柴油发电机组在-16℃就需要预热,使用燃料单一;

3)高功率密度:燃气轮机体积功率比为0.00073,显著低于柴油机0.00096,同体积下燃气轮机输出功率比柴油机高约30%;

4)高能量转化效率:目前H级重型燃气轮机单循环净能量转化效率达43%,联合循环可将效率提高至64%,而柴油发电机组能量转化效率仅30%-40%。

5)更长的寿命与更低的故障率:由于机械结构以及热力学特性,燃气轮机运行更平稳,柴油发电机组的寿命仅15000~50000小时,而燃气轮机寿命则达100000小时以上。

同时其指出,燃气轮机发电可得性远高于其他发电模式。

1)目前数据中心供电网络中最常见的35MW、12MW、6MW燃气轮机发电机组都可以实现移动式的解决方案,可以在较短的时间里完成集成+投产。与核电、地热能和风光储发电动辄数年的投资建设期相比具有显著的速度优势。

2)核能/地热能具备较高的资源壁垒,投资建设需要较长的审核或勘探期,而燃气轮机发电机组发电的原料仅为天然气。美国页岩气具备产量大、开采周期较短等特点,从原料供给来说没有任何阻碍。经济性方面,自欧洲能源危机以来,北美天然气价格相较高位已下跌70%,而国际油价自2023年下半年以来重回上行通道,高位震荡运行可能性较大。在油、气剪刀差持续扩大的大背景下,燃气轮机发电机组经济性凸显。

3)燃气轮机也是面向未来的解决方案。氢汽轮机是以氢气为燃料,具备小型模块化、清洁稳定、分布式灵活等适配数据中心用电需求的特征的一种燃气轮机。从技术角度来看,燃气轮机向氢汽轮机转换已经具备一定的技术基础,可以将燃气轮机看做是向氢汽轮机转变的过渡产品。

寡头垄断,零部件供应商或快速受益

目前全球燃气轮机市场呈现寡头垄断格局,2023年GE、西门子、三菱共计占国内市场份额达88%。

 

因此东吴证券认为,国产燃气轮机尚处于研发追赶的过程中,燃气轮机制造商在本轮周期中收益的可能性较小:

1)燃气轮机制造技术和海外龙头相比差距较大;

2)因为本身海外科技公司的AI算力中心也是建在欧美,更不太可能使用中国的设备;

3)国内科技中心对AI算力中心的投资虽然也是快速提升但尚处在起步阶段,且国内供电侧本身发达,因此国内对燃气轮机发电给算力中心供电的需求很少。

综上所述,其认为能够快速受益的是两种设备商:以进口核心零部件&具备海外销售渠道的组装厂;海外龙头燃气轮机厂商的零部件供应商。

公司方面,据其梳理:

杰瑞股份:由于美国政府风向转变、杰瑞海外产能落地等原因,电驱压裂设备有望在美国加速渗透。电驱压裂设备需要配套燃气轮机发电机组使用,杰瑞作为全球燃气轮机龙头西门子能源的授权成套商,具备各功率段燃气轮机发电机组的制造能力,35MW+6MW燃气轮机发电机组已经在美国形成销售和长期租赁两条收入实现路径。

应流股份:2015年起大力拓展燃气轮机和航空发动机业务,是西门子、贝克休斯等燃气轮机巨头的燃气轮机透平叶片供应商。

豪迈科技:公司2006年起与通用电气合作,开始生产燃气轮机零部件,主要提供动力缸体和环类零件。近年来公司计划倾斜更多资源聚焦燃气轮机零部件业务,并拓展蒸汽轮机零部件业务。

联德股份:公司深度绑定卡特彼勒,与卡特子公司Solar Turbines燃气轮机产品匹配度较高。

东方电气:重型燃气轮机国产替代取得进展。

上海电气:收购安萨尔多切入重型燃机领域,近年来重型燃气轮机国产化推进顺利。来自海涵财经