以“氢”洁气电铺就碳中和之路

GE推进HA级燃气轮机燃氢能力，先进燃机技术助力电厂和EPC企业向“双碳”目标迈进

“双碳”目标提出一年来，能源企业“碳路者”们，已由点及线地描绘出了一条碳达峰、碳中和的时间表和路线图。在这条向“双碳”目标疾行的跑道上，可再生能源、天然气发电将成为“双碳”目标下能源赛场的主力选手。

“在碳达峰、碳中和目标下，各行各业都在探索降低碳排放以及产业转型升级的路径。电力系统作为碳排放大户，其低碳变革更是势在必行，这对可再生能源和天然气发电而言都是一个很好的机遇。”在第四届中国国际进口博览会期间，GE燃气发电服务中国区总经理许欣表示。

基于数十年来对低碳发展的承诺，在2020年GE发布的能源转型白皮书《加速可再生能源和天然气发电增长，及时有效应对气候变化》中就指出，将加速部署“可再生能源+天然气发电”、持续探索混合燃氢等燃气轮机的低碳化技术，期望可以帮助全球改变气候变化的轨迹，减少碳排放，实现低碳发展，有效应对气候变化。

气电在“双碳”进程中扮演重要角色

去年以来，世界多国陆续提出了各自的低碳发展目标，致力于推动全球低碳化转型进程。这不仅为风能、太阳能等可再生能源带来了更广阔的发展空间，同时也为天然气这种清洁且广泛应用的能源创造了新的发展机遇。

相比其他化石燃料，天然气发电机组的二氧化碳排放量最低，且具备更低的污染物排放水平，是代替传统燃煤发电的理想选择。与此同时，随着可再生能源占比逐渐升高，天然气凭借其可调度、效率高、可靠性强等优势，充分弥补了可再生能源的多变性和不稳定性，逐渐成为支撑起未来清洁低碳能源发展不可或缺的角色。

“通过天然气发电和可再生能源的互补性，并积极布局掺氢燃烧燃气机组，燃机电厂有望最终实现清洁零碳发电。我们认为，未来，可以100%燃氢的燃气轮机将是新型电力系统的重要支撑。”许欣表示。

沿着“双碳”目标的时间轴线，GE也将燃气发电走向低碳或零碳排放的技术路线分成了五个阶段：

第一阶段，天然气发电取代煤电，在现有的技术上可以做到碳减排45%；

第二阶段，采用GE最先进的HA机组，实现极高的联合循环发电效率，目前7HA燃气轮机发电机组可以实现超过63%的发电效率，9HA.02燃气轮机发电机组可以实现超过64%的发电效率，实现减排60%；

第三阶段，如果采用最新的HA级联合循环，天然气掺50%的氢气燃烧，可以进一步把碳减排降低到69%；

第四阶段，碳捕捉有了非常实际可用的案例，能够达到90%的效率，高效率的HA联合循环，再应用碳捕捉技术，可以做到减碳97%；

第五阶段，高效率的HA燃机可以实现100%燃氢，从而实现零碳排放。

“GE计划在2030年前将HA级燃气轮机的燃氢能力提高到100%，这也是GE燃气轮机技术发展的一个重要方向。未来，我们将运用创新技术，助力中国各大燃机电厂和EPC企业向‘双碳’目标迈进。”许欣说。

正是创新技术的加持，使GE赢得了更多合作伙伴的信任。仅仅在今年进博会期间，GE就斩获多项订单。GE燃气发电集团与江苏大唐国际金坛热电有限责任公司签订了长期服务协议，代表着GE与大唐金坛电厂长期合作关系的延续和加强。此外，GE燃气发电集团还与上海通华燃气轮机服务有限公司就华电集团旗下的三家燃机电厂备品备件签署了一系列采购意向书。

HA级燃机成气电实力担当

中国燃机机组主要集中在长三角、珠三角和京津地区。广东、江苏、浙江、北京、上海是我国燃机电厂最为密集的地区，装机容量全国占比超过80%。“因此GE在为中国客户定制发电解决方案时，我们就需要全面考虑当地的人口密度、地理环境、资源禀赋以及经济发展水平等，真正做到因地制宜。”GE燃气发电集团中国区重型燃机销售总经理、哈电通用燃气轮机（秦皇岛）有限公司总经理马俊表示。

那么如何为客户带来最佳解决方案？

GE也拿出了自己的王牌——以HA级燃机为代表的发电解决方案，目前已经受到了中国市场的广泛青睐。HA级燃机设备安全可靠，效率高，清洁可持续，建设周期快，相较于同等规模燃煤电厂占地更小等，这些优势让HA级重型燃机名声大噪。

GE的HA级燃机是世界上最大、最高效也是增长速度最快的燃机，凭借优越的安全性和可靠性，HA级燃机已在全球20个国家收获129台燃机订单。截至2021年7月，全球已投运的GE的HA级燃机机组总运行小时数已突破100万小时。HA级燃机成就了吉尼斯世界纪录认证的全球最高效50赫兹和60赫兹燃机电厂。

“在中国，GE的HA级燃机特别适合在大城市集群用作纯凝发电或作为调峰机组与可再生能源进行互补。”马俊表示。作为首座投入商业运行的9HA.01燃机电厂，中国天津华电军粮城电厂斩获《发电》杂志“2021年度最佳改建电厂”奖项。军粮城电厂是中国以及全球“煤改气”转型升级的优秀案例，为中国能源行业的清洁低碳转型提供可靠助力，电厂配备GE最先进的HA级燃气发电技术，运行高效、环保、灵活。

自投运以来，该电厂运行稳定，效率远超预期。联合循环效率达到63.36%，为目前国内投运的HA级燃机机组中效率最高；按照全年运行4500小时测算，夏季满负荷纯凝工况下，军粮城9HA燃机综合供电煤耗约为196克/千瓦时，比60万千瓦超临界煤机同工况下煤耗低100克/千瓦时左右，年节约标煤量30万吨以上，年减排二氧化碳达180万吨；点火到机组满负荷全载，冷态需要3.5小时、温态用时2.5小时，热态只需1小时30分钟，燃机40分钟之内到达满负荷。

此外，GE还为广东省能源集团旗下的东莞宁洲电厂提供3台9HA.02燃气轮机，促进电厂增效减排、顺利实现“煤改气”转型，推进粤港澳大湾区能源供给侧结构性改革，首台机组于今年11月3日从法国贝尔福工厂运往中国，电厂预计于2022年正式投运，届时，东莞宁洲电厂将成为国内最大的燃机电厂。

就在今年12月，GE和哈电集团宣布将为广东省能源集团旗下的惠州大亚湾石化区综合能源站提供含两台9HA.01重型燃气轮机的联合循环机组。项目投产后，两台燃机将采用10%（按体积计算）的氢气掺混比例与天然气混合燃烧，成为中国内地首座天然气—氢气双燃料9HA电厂，为大湾区的低碳能源转型再添助力。

惠州大亚湾石化区综合能源站

“大九”得以取得如此优异的“成绩单”，在中国市场多地开花，靠的正是一代又一代GE燃机的创新技术和经验积累。不仅如此，多元化的天然气发电解决方案也是GE强大服务能力的体现。为更好地服务于中国市场，GE与哈电集团于2017年就组建重型燃机合资企业签署合作协议，在河北秦皇岛建立燃机制造基地，专注于9F及9H级燃机和部件制造，并于2018年完成投资协议签署。2019年，哈电通用燃气轮机（秦皇岛）有限公司正式成立，并于2020年完成技术转让工作，投入运营。2021年，合资公司将完成所有组装设备投资、热部件机加设备投资，陆续完善人员配置和技术培训。惠州大亚湾石化区综合能源站的9HA机组也将是首套由合资公司生产的9HA燃机，预计2023年初下线。

值得一提的是，哈电通用燃气轮机（秦皇岛）有限公司是GE燃气发电集团在亚洲设立的唯一一个合资生产基地，其设立充分反应了GE对中国清洁能源转型和天然气发电市场的信心。“本着立足中国，服务中国，辐射全球的建设理念，合资公司将成为GE燃气发电集团落实燃机本土化生产制造策略的重要基地，未来也将有机会服务全球快速发展的天然气发电市场。”马俊说。

燃机掺氢燃烧技术引领气电未来

在“双碳”目标下，氢能成为“碳路者”们下一探索高地。业界认为氢能是构建现代能源体系的重要组成部分，在践行“双碳”目标中承担着重要作用。目前，中国氢能产业发展势头强劲。

“燃气轮机采用包括氢气在内的低碳燃料发电，代表着未来清洁低碳能源发展的新趋势，将为进一步减碳及应对气候变化做出重要贡献。当前，将燃料转换为氢气是实现燃烧前脱碳最普遍的方法。燃机掺氢燃烧技术是应对能源转型中的优势技术。”许欣指出。

“GE长期致力于对氢燃料特性与燃氢技术持续且深入的研究，已经积累了丰富的经验。在燃机掺氢燃烧技术的市场推广与普及上，GE燃气轮机使用氢气和类似低热值燃料运行已超过30年，在此期间，全球已有超过100台GE燃氢及低热值燃料机组在运行，累计运行小时数超过800万小时。”GE燃气发电集团中国区产品技术总经理阎福华表示。

燃气轮机掺氢燃烧是指燃机采用氢气与天然气的混合燃料，氢气可以由可再生能源制造产生，比如电解氢，也就是绿氢，或是来源于化工行业的高浓度氢气，这种燃料的特点是主要成分是甲烷和氢气，随氢气含量增加，单位体积的热值降低，但是单位质量的热值却是增加的。

GE在燃机掺氢燃烧技术上已经取得了一系列突破，以往的低热值燃料会采用扩散燃烧的技术，扩散燃烧系统燃烧稳定，可以燃烧高活性的含氢燃料，但是氮氧化物排放很高，需要喷水（蒸汽）或氮气来降低氮氧化物排放。GE采用MNQC（即多喷嘴静音燃烧系统，扩散燃烧技术）达到稳定燃烧，并通过稀释的方法来降低氮氧化物排放。随着绿氢与天然气混合燃料的普及，GE在最新型的HA级燃机上采用了DLN2.6e微孔预混燃烧技术。这种干式预混燃烧技术既能稳定燃烧高活性的含氢燃料，防止回火，又能满足电厂所在地对氮氧化物排放的需求，还可满足同一款燃烧器既能烧天然气又能烧含氢混合气的要求。

而GE先进微孔预混燃烧技术的由来，要追溯到十六年前。2005年，GE申请到了美国能源局专门研究烧氢的国家课题，开发出了微孔预混燃烧器，并将该先进的燃烧器应用在了9HA燃气轮机上。

“燃机掺氢燃烧技术的推广与普及，以及整个氢能产业的发展与繁荣也离不开上中下游各家企业的齐力推进。为此，我们呼吁全产业链上下游企业共同努力，科学规划氢能发展路径，加大氢能产业链各个环节关键材料和关键技术的研发，实现技术自主可控，大幅降低氢能使用成本，不断提升氢能在中国终端能源消费中的占比。”许欣呼吁道。

百年积淀，才能谱写创新篇章。基于超过125年的历史传承和领先技术，GE燃气发电集团为中国的燃机电厂和EPC企业，提供覆盖其电力资产全生命周期的世界级技术与服务组合，同时积极投身绿色低碳能源转型。未来将持续精进燃气轮机燃氢及其他低碳或零碳发电技术，以绿色实践激发“双碳”潜能，助力中国早日实现碳达峰、碳中和的美好愿景，让清洁、可靠的气电点亮万千中国家庭。

来源：中国电力报