當前，氣候變化已成為全人類面臨的嚴峻挑戰(zhàn)，關系到世界各國的可持續(xù)發(fā)展。越來越多的國家已經采取積極行動對策，以實現零碳未來的愿景。電力行業(yè)作為全球碳排放的主要來源，占比高達41%，要實現“3060”雙碳目標低碳變革勢在必行。目前，中國正通過加快構建新型電力系統(tǒng)以實現能源結構快速深度轉型。憑借企業(yè)規(guī)模、業(yè)務覆蓋面和技術實力，在行業(yè)中處于獨特地位的GE將在推動中國能源轉型、應對氣候變化等方面發(fā)揮關鍵作用。

“十四五”氣電發(fā)展戰(zhàn)略窗口期

建設新型電力系統(tǒng)最終目的是為了實現電力系統(tǒng)脫碳，按照規(guī)劃，到“十四五”末中國可再生能源發(fā)電裝機占電力總裝機的比例將超過50%。而燃氣發(fā)電憑借自身具備的眾多獨特優(yōu)勢，將成為未來新型電力系統(tǒng)的重要支撐。其便于接近負荷中心，提高供電可靠性，是替代傳統(tǒng)煤電的基荷能源和保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠的環(huán)保低碳能源；同時，作為響應特性、發(fā)電成本、供電持續(xù)性綜合最優(yōu)的調峰電源，燃氣發(fā)電也是可再生能源為主的新型電力系統(tǒng)的重要支撐和補充。GE燃氣發(fā)電集團不久前發(fā)布的全新中國氣電白皮書《加速天然氣發(fā)電增長 邁向零碳未來》提出，加速燃氣發(fā)電和可再生能源的戰(zhàn)略性部署，精進低碳或接近零碳發(fā)電的技術可快速地實現大幅度減排，助力中國新型電力系統(tǒng)的建設和“雙碳”目標實現。

事實上，隨著風電、光伏等可再生能源裝機容量的逐步攀升，近年來中國燃氣發(fā)電一直在穩(wěn)步發(fā)展?！笆濉逼陂g，我國燃氣發(fā)電裝機容量增加了50%，從66GW增加到接近100GW左右，“十四五”期間，計劃從100GW左右達到150GW。在GE燃氣發(fā)電服務中國區(qū)總經理許欣看來，“十四五”會是燃氣發(fā)電發(fā)展的戰(zhàn)略窗口期?！笆紫?，國內可再生能源的發(fā)展在全球無出其右。而可再生能源大量接入，對電網的支撐會提出更高的要求。燃氣輪機啟?？臁㈧`活、低碳，盡管燃料成本偏高，但是在電網對大量可再生能源的不穩(wěn)定性、間歇性所帶來的種種挑戰(zhàn)面前來說，燃氣輪機在中國的支撐作用至關重要；其次，國家最新出臺的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》打開了另一個窗口，中國大量競爭力極強的可再生能源，會給可負擔的綠氫創(chuàng)造機會，如果氫能在技術上能夠有所突破，像太陽能一樣規(guī)模上去成本下來，那么氫就會成為能源轉型的一個長期技術。而燃氣輪機燃氫發(fā)電，既可以解決減碳問題，也是解決國家能源安全問題的可行方案?！?/span>

可以預見，未來，燃氣發(fā)電將繼續(xù)為負荷中心煤電機組的淘汰提供替代；靈活高效的天然氣分布式能源站將為產業(yè)園區(qū)、物流園區(qū)、旅游服務區(qū)、大型商業(yè)設施、交通樞紐、學校、醫(yī)院等區(qū)域供能提供可靠支撐；燃氣發(fā)電將與風電、光伏發(fā)電等其他可再生能源相結合實現多能互補，成為電網靈活性調峰資源的重要組成。

深圳能源光明電源基地

燃氫發(fā)電邁向零碳未來

“放眼未來，零碳技術也是燃氣輪機發(fā)電發(fā)展的重要技術選擇，零碳技術的突破將為燃氣輪機發(fā)電發(fā)展換取新的空間。現役或新建的燃機電廠都可以通過使用氫氣作為燃料或者采用碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術，實現燃機電廠從低碳到零碳電源過渡?！痹S欣講到。 GE燃氣發(fā)電希望持續(xù)推進的電力市場體系改革為氣電發(fā)展提供更好的支撐，滿足各地燃機發(fā)電發(fā)展的需求。在有關政策的鼓勵支持下，加強多方合作，促進燃機發(fā)電與風電、光伏、氫能等多種資源的融合，實現協(xié)同發(fā)展。

當前，GE已經與美國能源部展開合作，對阿拉巴馬州的一座7F級燃機電廠進行整廠的CCUS技術改造。GE將進行前端工程設計研究，制作一份詳細的藍圖和運營業(yè)務指南。CCUS技術將助力該電廠每年減少超過60萬噸二氧化碳排放，相當于13萬輛汽車的二氧化碳排放量。

在摻氫燃燒方面，全球已有超過100臺GE燃氫及低熱值燃料機組在運行，累計運行小時數超過800萬小時。GE的HA級燃氣輪機機組目前已經具備50%摻氫燃燒的能力，并計劃在2030年實現100%摻氫燃燒。

“GE氣電白皮書中提到了零碳排放的燃機技術路線圖。第一步，如果用天然氣技術來替代煤電，可以減少45%的碳排放強度；第二步，如果利用現在最先進的HA燃機來替代煤電，可以減少60%的碳排放強度；第三步，HA聯合循環(huán)和50%的燒氫能力結合起來，可以減少69%的碳排放強度；第四步，HA聯合循環(huán)加上碳捕捉技術，90%的碳用碳捕捉技術捕捉掉的話，可以減少97%的碳排放強度；第五步，2030年前，GE HA燃機會具備100%的燒氫能力，最終實現零碳排放。當然，這中間會有燃燒技術、材料技術、控制技術以及氮氧化物的控制技術等很多難題需要突破，但我們很有信心。”GE燃氣發(fā)電集團中國區(qū)產品技術總經理閻福華講到。

在中國，2020年，哈電通用燃氣輪機（秦皇島）有限公司已經正式投入運營，重點推進和實施重型燃機關鍵技術國產化，這也是GE在亞洲唯一的重型燃機制造基地。合資公司將為廣東省能源集團旗下的惠州大亞灣石化區(qū)綜合能源站提供兩臺9HA.01重型燃氣輪機聯合循環(huán)機組。2023年項目投產后，兩臺燃機將采用10%（按體積計算）的氫氣摻混比例與天然氣混合燃燒，這也是中國首座摻氫燃燒的9HA電廠。

惠州大亞灣石化區(qū)綜合能源站

“GE燃氣發(fā)電集團深耕中國市場多年，并不斷攜手本土合作伙伴將先進的燃機發(fā)電技術引入中國，致力于推動中國燃機技術的本土化發(fā)展，推進產業(yè)鏈升級。通過本土化我們不斷地引進新的技術到中國來，使我們的產品不僅在技術上領先，在成本上也有優(yōu)勢，再加上全生命周期的服務。GE燃氣發(fā)電集團將繼續(xù)與中國的合作伙伴緊密合作，為客戶提供高效、可靠、靈活的天然氣及氫能發(fā)電解決方案，共同支持新型電力系統(tǒng)建設，攜手邁向零碳未來?！痹S欣講到。

延伸閱讀：氫氣燃氣輪機的研發(fā)難點

GE在美國第一個HA級示范項目——長嶺項目（Long Ridge），Long Ridge 485MW聯合循環(huán)電廠在2021年10月開始商業(yè)運行后，在2022年3月30日完成摻氫測試，所用氫氣為附近工廠產生的工業(yè)副產氫。在業(yè)內人士看來，它的規(guī)劃很有創(chuàng)新，是把天然氣、氫能、地下儲能包括將來的新能源、風能全部進行了統(tǒng)一規(guī)劃。這也是全球首臺成功投入商業(yè)運行并實現摻氫燃燒的HA燃機，對GE以及整個行業(yè)來說都具有里程碑式的意義。作為氫能發(fā)電解決方案的探索者，讓我們一起來看看GE克服了哪些挑戰(zhàn)？

美國Long Ridge電廠

機電商報：從技術上來講，目前燃機燒氫有哪些難點？

閻福華：第一個方面是燃燒，因為大家知道氫氣的體積熱值是甲烷的1/3，它跟天然氣相比是低熱值燃料。它的燃燒特性跟甲烷非常不同，氫的燃燒很容易回火。再就是燃燒溫度，氫氣在空氣中燃燒溫度可以達到2200攝氏度，4000華氏度左右，甲烷基本在1960攝氏度左右，所以燃氫對燃燒室的材料和涂層的要求就會非常高。

第二個方面是輔助系統(tǒng)，特別是燃料系統(tǒng)有氫脆的問題，因為在一定壓力、溫度的條件下氫有很強的腐蝕作用，所以說對管道、法蘭、密封等都有非常高的要求。再者，氫燃燒的時候的火焰是不可見的，會用跟現在的天然氣火焰探測不同的技術來探測。另一方面是容易泄露，我們的燃料模塊上會有閥門、安全、通風、消防等方面的設計會有會有一些不一樣的地方。

第三個方面是控制系統(tǒng)，無論是燃料的控制還是燃燒的控制或者是下游的鍋爐的控制，整體的控制系統(tǒng)需要根據摻氫的比例進行調整。

第四個方面，從氮氧化物的排放來講，溫度越高，氮氧化物的產生會越多。隨著摻氫比例的提高怎么把氮氧化物的排放控制在一定的范圍內、滿足當地的環(huán)保規(guī)范也是我們在不斷克服的一個挑戰(zhàn)。

機電商報：氫氣易燃易爆，燃機摻氫比例越高是否會帶來更多安全性的挑戰(zhàn)？GE目前在這方面有哪些探索？

閻福華：從氫氣的控制來說，燃料模塊的過濾、加壓、調壓都有非常高的要求，比方說消防要求會不一樣，通風配置會不一樣，危險氣體探測會有不同的設計，管道的材料會不一樣。還有比如說過濾器的密封片，原來可能用橡膠密封，現在可能就不能適應高氫的環(huán)境。

氫燃燒很容易回火，燃燒溫度非常高。隨著氫的含量越來越高，我們在不斷地驗證，用一些新的技術、改進的涂層和合金材料來控制氫氣的燃燒。GE使用氫作為燃機的燃料已經有三十多年的經驗，在我們6B、7E、9E、6F這些機型的燃機上已經有比較成熟的經驗了。今天氫是很新的話題，但摻氫燃燒技術對GE來說不是新的技術。總體上來說，GE已經研發(fā)出“上游到燃燒再到尾氣的處理和排放”這一套完整的燃機電廠燃氫方案，涉及主機、輔機、系統(tǒng)控制等各方面，并且這套方案在我們的示范電廠的現場已進行驗證，我們相信隨著示范項目的推進，更多的氫氣從上游過來，然后我們會逐步地跟客戶一起把示范項目推向下一個階段。(石珊珊)