摘要：常駐亞特蘭大的GE發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)專(zhuān)家Alexander Pistner表示：“加州燃?xì)獍l(fā)電廠擔(dān)當(dāng)著當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)‘穩(wěn)定器’的角色，可以在光伏電站發(fā)電量不足時(shí)提供基礎(chǔ)負(fù)荷，平衡高峰和低谷期的用電供需波動(dòng)?！?/div>

美國(guó)加利福尼亞州（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“加州”）素有“陽(yáng)光之州”的美譽(yù)，擁有豐富的太陽(yáng)能資源。太陽(yáng)輻射強(qiáng)，日照時(shí)間長(zhǎng)，平均日照峰時(shí)超過(guò)五小時(shí)。 

此前，熱電廠為了滿(mǎn)足高峰時(shí)間段的用電，會(huì)有計(jì)劃地集中并網(wǎng)發(fā)電，加州的電網(wǎng)基本負(fù)荷曲線（最低電力供應(yīng)）看起來(lái)就像駝峰，有中午和晚上兩個(gè)高峰。

然而在過(guò)去的十年中，加州太陽(yáng)能發(fā)電量增長(zhǎng)了約13吉瓦，可再生能源的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致加州一天當(dāng)中的電力凈負(fù)荷情況從過(guò)去的“駝峰曲線”變?yōu)榱恕傍喿忧€”。

“鴨子曲線”產(chǎn)生的主要因素是光伏發(fā)電量在中午時(shí)達(dá)到最大，在傍晚沒(méi)有太陽(yáng)能時(shí)消失，但此時(shí)的電力需求卻急劇上升。這意味著熱電廠在早上工作量一般，白天則基本較空閑，而到傍晚時(shí)分就必須迅速增加發(fā)電量。這就形成了一個(gè)臉朝右，臀部豐滿(mǎn)、后背傾斜、脖子細(xì)長(zhǎng)的“鴨子”形基本負(fù)荷曲線。根據(jù)加州通過(guò)的新法案，可再生能源發(fā)電比例將在2030年達(dá)到50%。屆時(shí)，“鴨子曲線”的背部會(huì)更低，脖子會(huì)更長(zhǎng)。

“鴨子曲線”形象地表示出加州一天24小時(shí)中的熱電廠凈負(fù)荷情況

不過(guò)，鴨子曲線’聽(tīng)起來(lái)有趣，但想駕馭它卻不容易。常駐亞特蘭大的GE發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)專(zhuān)家Alexander Pistner表示：“加州燃?xì)獍l(fā)電廠擔(dān)當(dāng)著當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)‘穩(wěn)定器’的角色，可以在光伏電站發(fā)電量不足時(shí)提供基礎(chǔ)負(fù)荷，平衡高峰和低谷期的用電供需波動(dòng)。”

Pistner解釋道，加州的許多燃?xì)獍l(fā)電廠都是在太陽(yáng)能和其他可再生能源加入電網(wǎng)之前建造的，機(jī)組在最初設(shè)計(jì)的時(shí)候，都是基本負(fù)荷（base load）全天候運(yùn)轉(zhuǎn)。一般來(lái)說(shuō)，它們?cè)诟哓?fù)荷運(yùn)行，或者連續(xù)供電數(shù)天的情況下，都能提供比較好的燃料經(jīng)濟(jì)性和實(shí)現(xiàn)較低的排放。然而，隨著可再生能源的并網(wǎng)，燃?xì)怆姀S需要頻繁停機(jī)。不停機(jī)時(shí)，也會(huì)在部分時(shí)間負(fù)荷運(yùn)行。由于偏離了最初的設(shè)計(jì)，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的效率比較低，經(jīng)濟(jì)性比基本負(fù)荷要差很多，度電氣耗更高。類(lèi)似汽車(chē)在高速公路上高速行駛時(shí)，每公里燃燒的汽油較少，排放的廢氣也較少。在市中心行駛時(shí)，需要反復(fù)剎車(chē)和低速行駛，油耗高，排放的廢氣也更多。更何況，燃?xì)獍l(fā)電廠不能像一盞燈一樣可以隨意打開(kāi)或關(guān)閉。

那么，有沒(méi)有一種解決方案可以幫助電廠應(yīng)對(duì)日益陡峭的“鴨子曲線”呢？針對(duì)這種現(xiàn)象，GE推出了7F DLN2.6+ Flex燃機(jī)升級(jí)方案，使燃機(jī)即使在“城市路況”中也能夠?qū)崿F(xiàn)“高速巡航”時(shí)的效率和排放。

GE Derrick Simons帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種軸向燃料分級(jí)（AFS）技術(shù)，將燃機(jī)內(nèi)天然氣和加熱空氣的燃燒分為上游和下游兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域。在Simons看來(lái)，將燃燒分為兩個(gè)區(qū)域，可以將相對(duì)較冷的燃?xì)夂图訜岬目諝饣鹧孀⑷胼^熱的下游區(qū)域。此舉可以提高火焰的溫度，從而控制燃機(jī)的排放量并提高其燃燒效率?！八墓ぷ髟碛悬c(diǎn)類(lèi)似于噴氣式飛機(jī)的加力燃燒室，你可以通過(guò)向下游注入額外的燃料和空氣來(lái)優(yōu)化其性能?！盨imons解釋道。

如果你在實(shí)驗(yàn)室使用過(guò)本生燈，你就會(huì)知道如何通過(guò)調(diào)節(jié)空氣流量來(lái)改變火焰 – 從翻滾的黃色火焰到噴射的藍(lán)色火焰。黃色火焰燃料富余而空氣不足，溫度較低。藍(lán)色火焰由于空氣的比例更高，因此，燃燒猛烈，溫度較高。

燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理與此類(lèi)似。當(dāng)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，其以一種相對(duì)低效的、富含燃料的低溫火焰燃燒氣體，產(chǎn)生相對(duì)較高的一氧化碳?xì)怏w排放。軸向燃料分級(jí)技術(shù)增加了進(jìn)入火焰的空氣流量，提高了火焰的溫度。這使燃機(jī)能夠在并網(wǎng)后迅速達(dá)到高效率和與基本負(fù)荷模式等同的超低排放。就好像一個(gè)不需要預(yù)熱，能迅速加熱的烤箱。

但工程師們必須保持一種微妙的平衡。較熱的上游火焰可能會(huì)在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)減少一氧化碳排放，但通常會(huì)產(chǎn)生更多的氮氧化物。這就需要注入更多燃料，使下游火焰燃料比例更高，從而在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)控制氮氧化物的產(chǎn)生。Simons表示：“軸向燃料分級(jí)技術(shù)使我們能夠在一氧化碳、氮氧化物超低排放和高效率兼具的最佳狀態(tài)下運(yùn)行?！?/span>

除此之外，此次升級(jí)還利用了3D打印來(lái)制造一些關(guān)鍵的部件，包括AFS燃料噴嘴和AFS空氣旁路。3D打印的零部件更為精細(xì)，能讓燃燒室實(shí)現(xiàn)更高效率的燃燒。

7F DLN2.6+ Flex升級(jí)的最大優(yōu)勢(shì)，是提高了燃機(jī)的部分負(fù)荷能力，可以在實(shí)現(xiàn)低排放的同時(shí)，有出色的燃料經(jīng)濟(jì)性。此次升級(jí)預(yù)計(jì)能夠幫助GE在加州的7F燃機(jī)，在只有25-50%時(shí)間運(yùn)行條件下，每年可以減少25%的燃料消耗，同時(shí)減少20%的排放，這相當(dāng)于減少3000輛汽車(chē)一年的排放量。

隨著可再生能源在未來(lái)能源格局中扮演著越來(lái)越重要的角色。作為電網(wǎng)“平衡器”的燃?xì)獍l(fā)電也將與可再生能源有更多“互動(dòng)”，一個(gè)新的市場(chǎng)正在出現(xiàn)。Pistner表示，全球大約有900臺(tái)7F燃機(jī)在運(yùn)行，其中大約有200臺(tái)有著潛在的升級(jí)需求。“首先是北美，其次是拉丁美洲、亞洲，這些地區(qū)的可再生能源普及率都在不斷上升?！盤(pán)istner進(jìn)一步講道。目前，GE軸向燃料分級(jí)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在四款燃機(jī)系列產(chǎn)品上，包括7HA、7EA、9E和9HA.02。

“可再生能源正在成為未來(lái)能源的中堅(jiān)力量，而我們的升級(jí)方案則為電廠帶去了它們亟需的靈活性。換句話說(shuō)，加州電網(wǎng)可以安心地從‘駱駝’過(guò)渡到‘鴨子’，告別愁眉苦臉了。”P(pán)istner講道。