1949年7月29日下午2點(diǎn)15分，GE位于美國(guó)俄克拉荷馬州貝爾島的電站的一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)開始向俄克拉荷馬州天然氣和電力公司供電。這是世界上第一臺(tái)用于發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)。

自此，燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)發(fā)展掀開了新的篇章，并進(jìn)入快速發(fā)展期。近期，為紀(jì)念世界上第一臺(tái)工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)投入商業(yè)運(yùn)行80周年，以及世界上第一臺(tái)用于發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)投入商業(yè)運(yùn)行70周年，GE燃?xì)獍l(fā)電副總裁兼首席技術(shù)官約翰·拉馬斯接受了記者的專訪，以他的獨(dú)到視角回顧了過去幾十年間，那些由GE創(chuàng)造的，真正驅(qū)動(dòng)和引領(lǐng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的技術(shù)。

在七十多年的發(fā)展過程中，燃機(jī)的設(shè)計(jì)經(jīng)歷過很多改進(jìn)。在您看來，哪些重大技術(shù)進(jìn)步是特別重要的？

拉馬斯：燃?xì)廨啓C(jī)是在第二次世界大戰(zhàn)期間設(shè)計(jì)的，最初應(yīng)用于航空領(lǐng)域。GE是世界上唯一一家同時(shí)獨(dú)立研發(fā)并生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的工業(yè)巨人，可以不斷把航空領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)、材料和生產(chǎn)工藝用于燃機(jī)。因此，將航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)引入燃?xì)廨啓C(jī)是具有深遠(yuǎn)影響的一步。第二個(gè)重要的里程碑事件是1949年，也就是70年前，世界上第一臺(tái)用于發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)在貝爾島投入商業(yè)運(yùn)行。該燃機(jī)的額定出力為3.5兆瓦，效率約為17％。當(dāng)時(shí)燃機(jī)的效率顯然是很低的。另外一個(gè)劃時(shí)代的進(jìn)步是聯(lián)合循環(huán)的應(yīng)用，通過聯(lián)合循環(huán)，我們得以將燃?xì)廨啓C(jī)的排氣作為蒸汽輪機(jī)裝置循環(huán)的加熱源。1967年，第一座采用GE燃機(jī)的聯(lián)合循環(huán)電站投入商用。GE在航空領(lǐng)域的一些技術(shù)也開始為我們所用，例如我們由CF6航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研發(fā)了LM2500燃機(jī)，這款燃機(jī)最初用于船舶動(dòng)力，不久后，在1969年，這款航改型燃機(jī)就開始用于發(fā)電。

剛才提到的都是比較早期的里程碑事件。另一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是F級(jí)燃機(jī)的誕生。我們洞察到市場(chǎng)需要更大、更高效的燃機(jī)，F(xiàn)級(jí)燃機(jī)由此應(yīng)運(yùn)而生。在GE的歷史上，我們不止一次像這樣引領(lǐng)著技術(shù)的創(chuàng)新迭代。

第一臺(tái)F級(jí)燃機(jī)在1990年之前已經(jīng)投入使用。更大、更高效的燃機(jī)的出現(xiàn)對(duì)燃?xì)獍l(fā)電行業(yè)的意義非同尋常，F(xiàn)級(jí)燃機(jī)的發(fā)展讓新一代燃機(jī)登上歷史舞臺(tái)。盡管GE最初的蒸汽冷卻H級(jí)燃機(jī)將燃燒溫度提高到2,600華氏度（1427攝氏度）以上，但F級(jí)燃機(jī)的誕生仍是一個(gè)里程碑，我們得以在此之上不斷進(jìn)步并成功開發(fā)出了HA級(jí)燃機(jī)。所以，這是一個(gè)漸進(jìn)式的發(fā)展過程，早期始于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，然后是聯(lián)合循環(huán)應(yīng)用，再然后就是F級(jí)和H級(jí)燃機(jī)的出現(xiàn)。

H級(jí)燃機(jī)是如何發(fā)展演化的？

拉馬斯：蒸汽冷卻燃機(jī)技術(shù)實(shí)際上在20世紀(jì)90年代末期才開始發(fā)展的。第一臺(tái)蒸汽冷卻燃機(jī)（也就是最初的9H）是2003年在白歌蘭灣電站投入使用的。GE是第一個(gè)把蒸汽冷卻技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的公司，隨后市場(chǎng)上開始有更多對(duì)于蒸汽冷卻技術(shù)的研究和應(yīng)用。但是，于此期間，空氣冷卻技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了蒸汽冷卻能達(dá)到的同等水平的燃燒溫度，蒸汽冷卻技術(shù)逐漸被替代。隨后，我們成功開發(fā)了HA級(jí)燃機(jī)，A就代表著空氣冷卻。不過，我認(rèn)為，如果沒有最初的H燃機(jī)，就不會(huì)出現(xiàn)后來更大、效率更高的HA。就像我們從E級(jí)到F級(jí)，再?gòu)腇級(jí)到H級(jí)一樣。

在燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，GE還一直處于降低燃?xì)獍l(fā)電的污染排放技術(shù)前沿。您能談一下在這方面的發(fā)展嗎？

拉馬斯：GE在這方面確實(shí)取得了一系列新進(jìn)展。我認(rèn)為，F(xiàn)級(jí)燃機(jī)使用的干式低氮（DLN）燃燒室代表著燃燒技術(shù)的一個(gè)重大進(jìn)步；這一技術(shù)使燃機(jī)能夠在較高燃燒溫度下實(shí)現(xiàn)低排放。自開發(fā)DLN燃燒技術(shù)后，我們不斷整合新的功能，持續(xù)優(yōu)化燃燒系統(tǒng)。在HA燃機(jī)上，我們引入了一種兩級(jí)燃燒系統(tǒng)——軸向燃料分級(jí)技術(shù)。接下來，我們又開發(fā)出應(yīng)用在9HA上的下一代燃燒系統(tǒng)，我們稱之為微孔預(yù)混燃燒系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)更低的NOx排放。同時(shí)，還使我們的燃機(jī)能夠燃燒更高百分比的氫氣，氫能的應(yīng)用可以讓燃?xì)獍l(fā)電更加環(huán)保和可持續(xù)。實(shí)際上，GE在美國(guó)、亞洲及歐洲運(yùn)行的70多臺(tái)燃機(jī)機(jī)組都已經(jīng)有著應(yīng)用氫氣作為混合燃料的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并已累計(jì)運(yùn)行四百萬小時(shí)。 

許多進(jìn)展，都是受到市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)。例如，20世紀(jì)50年代，燃?xì)廨啓C(jī)主要用于調(diào)峰；而1965年美國(guó)東北地區(qū)大停電后，黑啟動(dòng)成了電廠的重要功能需求。GE在開發(fā)新的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)時(shí)，它所關(guān)注的是哪些市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素？或者說，市場(chǎng)有哪些需求？

拉馬斯：是的，市場(chǎng)需求確實(shí)是推動(dòng)我們?nèi)〉眠M(jìn)展的動(dòng)力。一年前，我們推出的LM6000混合發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在美國(guó)南加州，這是全球首個(gè)電池-燃?xì)廨啓C(jī)混合發(fā)電系統(tǒng)，它可以根據(jù)電網(wǎng)需求從電池供電切換到燃機(jī)供電。我們通過把電池技術(shù)與航改燃機(jī)結(jié)合在一起，可以為加利福尼亞的用電需求提供即時(shí)響應(yīng)。

我們認(rèn)為燃機(jī)要更具靈活性：根據(jù)電網(wǎng)需求靈活啟動(dòng)，且能適應(yīng)多種燃料。最近的一個(gè)案例很好的證明了GE燃機(jī)極佳的靈活性：在冶煉廠里的一臺(tái)設(shè)備突然停機(jī)，引起用電負(fù)荷大幅波動(dòng)，我們的HA燃機(jī)在12秒內(nèi)出力從120MW下降到0MW又恢復(fù)到120MW。隨著越來越多的可再生能源的接入，電網(wǎng)變得不那么穩(wěn)定，而我們的燃機(jī)卻有能力對(duì)電網(wǎng)提供靈活有力的支持，這正是市場(chǎng)的需求。

展望未來，還有幾個(gè)重要的驅(qū)動(dòng)因素不可忽視：高效率和機(jī)組可靠性；適應(yīng)未來的能源結(jié)構(gòu)，與太陽能和風(fēng)能實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)的能力；提高燃料適應(yīng)性以應(yīng)對(duì)全世界對(duì)燃料多樣化的需求。天然氣在未來能源組合中是不可或缺的。而為未來的能源市場(chǎng)提供領(lǐng)先的、高靈活性的燃機(jī)是GE一直所致力的。

2017年，GE推出了65兆瓦的航改型燃?xì)廨啓C(jī)（LM9000）。您是否希望繼續(xù)提高航改燃機(jī)的出力？您在航改型燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域正在開展哪些工作？

拉馬斯：這個(gè)問題很有趣。我曾經(jīng)在GE航空部門工作過，而后進(jìn)入了發(fā)電部門，所以我對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和航改燃機(jī)都有所涉獵。GE的LM2500和LM6000系列航改燃機(jī)都來自CF6系列發(fā)動(dòng)機(jī)。我們會(huì)繼續(xù)投入開發(fā)和改進(jìn)航改型燃機(jī)。例如，LM6000-PF +就是我們目前正在開發(fā)的6000系列最新產(chǎn)品，今年晚些時(shí)候會(huì)投入市場(chǎng)。而我們也正在研發(fā)更先進(jìn)的LM2500燃機(jī)。

目前GE航空部門正在開發(fā)基于G90航空發(fā)動(dòng)機(jī)（1995年投入市場(chǎng)）的航改型燃?xì)廨啓C(jī)，這將是應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域的下一代航改燃機(jī)。我們兩條產(chǎn)品線將持續(xù)合作。在很大程度上，GE在航空領(lǐng)域的產(chǎn)品量產(chǎn)可以降低產(chǎn)品成本，由此為這些技術(shù)以發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用帶來成本優(yōu)勢(shì)。而通常，從一款新的航空發(fā)動(dòng)機(jī)誕生到其發(fā)展為能在發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用的航改燃機(jī)也需要一定周期。

回顧歷史，您認(rèn)為，哪些技術(shù)進(jìn)步對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)向發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)化最為關(guān)鍵？

拉馬斯：從根本上來說，我們和航空部門同根同源，我們共享空氣動(dòng)力學(xué)和傳熱學(xué)的工具和開發(fā)團(tuán)隊(duì)。我認(rèn)為，這些工具都直接適用于兩個(gè)業(yè)務(wù)部門。如果要提高燃?xì)廨啓C(jī)效率，必須要考慮部件的效率-——這實(shí)際上就是要仰仗空氣動(dòng)力學(xué)的。多年來，我們已經(jīng)進(jìn)行了多項(xiàng)空氣動(dòng)力學(xué)測(cè)試，并用通過測(cè)試習(xí)得的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化我們的開發(fā)工具，應(yīng)用在航空和發(fā)電部門。另外，研發(fā)更好的材料也非常重要，更好的材料可以讓燃燒室和輪機(jī)在溫度更高的環(huán)境下運(yùn)行。材料的開發(fā)往往由GE航空部門主導(dǎo)，隨后在發(fā)電業(yè)務(wù)中得到廣泛應(yīng)用。

同樣，有時(shí)GE發(fā)電部門研發(fā)的新材料也供給航空部門使用。一個(gè)很好的例子是陶瓷基復(fù)合材料。GE起初生產(chǎn)陶瓷材料零件用于工業(yè)設(shè)備，現(xiàn)在，這些材料也用在了航空發(fā)動(dòng)機(jī)上， LEAP-X （2008年推出的革命性渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)）就在實(shí)驗(yàn)性地采用陶瓷基復(fù)合材料。我們相信，在未來，隨著這些材料更多的被應(yīng)用，其價(jià)格可能會(huì)下降，它們將成為發(fā)電部門使用的下一代材料?？傊覀儍蓚€(gè)部門互相交流，共享一些通用的傳熱學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)和材料技術(shù)。

近來，增材制造技術(shù)也成為航空和發(fā)電業(yè)務(wù)集團(tuán)重點(diǎn)應(yīng)用的技術(shù)。將增材制造用于材料生產(chǎn)可以使部件的體積更小，重量更輕。這不僅符合航空部門對(duì)材料的需求，在發(fā)電設(shè)備上應(yīng)用范圍也很廣，價(jià)值也很大。

自八十年前第一臺(tái)工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)投運(yùn)以來，工程和制造領(lǐng)域都發(fā)生了巨大變化。您認(rèn)為最顯著的變化是什么？

拉馬斯：我們的分析方法從二維發(fā)展到三維，這讓我們能夠設(shè)計(jì)開發(fā)計(jì)算機(jī)流場(chǎng)分析（CFD），并將其陸續(xù)應(yīng)用于空氣動(dòng)力學(xué)和燃燒。從燃燒流場(chǎng)分析中的非穩(wěn)態(tài)計(jì)算，到實(shí)現(xiàn)燃機(jī)建模并提升其性能，這些先進(jìn)技術(shù)使我們實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

我認(rèn)為制造領(lǐng)域的很多進(jìn)步都是圍繞材料進(jìn)行的，能夠進(jìn)行精密鑄造、能夠開發(fā)單晶材料、突破邊界條件制造更大的燃機(jī)葉片——所有這些制造技術(shù)，都從根本上推動(dòng)了行業(yè)發(fā)展。

顯然，增材制造技術(shù)的應(yīng)用是近期最具顛覆性的技術(shù)。而GE航空與發(fā)電部門之間的人員交流也十分重要，這也是航空技術(shù)和發(fā)電技術(shù)之間交流的一個(gè)重要途徑。

最后不得不提到一位名叫唐·勃蘭特的前輩，他是F級(jí)燃機(jī)之父，25年前，他擔(dān)任我現(xiàn)在的職位。如今他已八十多歲高齡。我們邀請(qǐng)他重回工廠參觀HA燃機(jī)。他站在燃機(jī)前面端詳良久，這臺(tái)燃機(jī)的出力已是他當(dāng)年開發(fā)的燃機(jī)的兩倍。想想看，從當(dāng)年的F級(jí)到如今的H級(jí)，機(jī)組聯(lián)合循環(huán)效率提高了10％，從52％~53％到超過64％。從代際發(fā)展的角度看，這些變化簡(jiǎn)直是令人難以置信的。燃燒溫度也上升了，從當(dāng)年的2,300華氏度（1,260攝氏度）~2,400華氏度（1,316攝氏度）提高到現(xiàn)在的2,800華氏度（1,538攝氏度）以上，提高了500華氏度（278攝氏度）。所以，當(dāng)他站在那里看著這臺(tái)燃機(jī)，感慨萬千。這不過才是一代產(chǎn)品的進(jìn)步。（本文節(jié)選自POWER Magazine雜志專訪GE燃?xì)獍l(fā)電副總裁兼首席技術(shù)官約翰·拉馬斯）