氫混合燃料技術為天然氣綠電添動力
來源：中國電力報 2021-06-15
基于數十年來對低碳發展的承諾，GE近日發布了能源轉型白皮書《加速可再生能源和天然氣發電增長,及時有效應對氣候變化》（簡稱“白皮書”），呼吁加快部署可再生能源和天然氣發電，二者聯合部署將是短期內減少碳排放的最有效途徑。GE也將持續探索氫能及碳捕獲技術等燃氣輪機低碳化技術，以更有效、更快實現低碳發展，應對氣候變化。
“雙碳”目標下天然氣發電機遇挑戰并存
去年，我國鄭重提出“雙碳”目標。今年3月30日，國新辦舉行中國可再生能源發展有關情況發布會，又提出加快實施能源領域碳達峰行動，大力推動新時代可再生能源大規模、高比例、高質量、市場化發展，為構建清潔低碳、安全高效的能源體系提供堅強保障。這也就意味著在將來很長一段時間內，可再生能源在電力市場會有很大的發展，中國的能源結構以及電力結構會有一系列大的變化與改革。
天然氣作為清潔且應用廣泛的能源，需求潛力十分巨大，在一次能源消費結構中的占比持續提升。中石油集團經濟技術研究院發布的《2050年世界與中國能源展望》給出的預計顯示，在中國能源低碳轉型的趨勢下，到“十四五”規劃期結束時，電力領域的天然氣消費量將增長40%~50%，達到750~800億立方米/年；中國天然氣發電裝機容量將新增0.4億~0.5億千瓦，達到1.4億~1.5億千瓦，比當前水平增加50%。
GE燃氣發電集團中國區新機業務總經理黃捷表示：“未來十年，天然氣發電將迎來黃金發展期，天然氣將發揮至關重要的作用，提供靈活、可調度、可負擔、可靠且二氧化碳排放量較低的電能。不過目前天然氣發電還是存在政策和技術兩方面挑戰。”
在政策方面，應提升行業相關政策的延續性、連貫性、可執行性，建立重視能源、靈活性和可靠性的市場結構，進一步理順氣價、電價等方面的關系；在技術方面，還需要進一步利用先進技術降低碳排放，煤改氣也成為減少排碳放量的潛在途徑。
天然氣發電加速向低碳未來過渡
GE發布的白皮書中表示，GE相信加速可再生能源和天然氣發電的戰略性部署可改變氣候變化的軌跡，從而快速地實現大幅度減排；同時精益改進低碳或接近零碳發電的技術。“天然氣發電可以在發展中和高速發展地區提供可負擔的基本負荷電力，然后根據需要過渡到周期運行或調峰運行，以適應未來可再生能源的增長，并且其度電二氧化碳排放量不到燃煤發電的50％。”許欣表示。
“相比而言，GE最先進的9HA.02聯合循環發電效率64%，折合發電煤耗為192克，遠低于燃煤發電機組。”GE燃氣發電集團發電服務部技術總監閻福華說。
不僅如此，在土地使用方面，對于寸土寸金的負荷中心，天然氣發電相比煤電所需的土地空間大為減少，從而使燃氣發電廠可以更靠近需求中心部署，并且可以減少對輸電基礎設施的投資。
“目前，在走向低碳或零碳排放技術路線中，氫以及碳的捕獲或封存是實現低碳或零碳發電的可行途徑。碳捕獲或使用氫作為燃料是目前可行的方法，可以對現有和未來的燃氣電廠進行脫碳。”閻福華表示。
GE也為其燃氣發電業務制定了清晰的低碳或零碳排放技術路線圖。即第一階段，天然氣取代煤電，在現有的技術上可以做到碳減排45%。第二階段，采用GE最先進的HA機組，實現極高的聯合循環發電效率，目前7HA最高可以實現超過63%的發電效率，9HA.02可以實現超過64%的發電效率。如果這種情況下，可以減排60%。第三階段，如果采用最新的HA級聯合循環，天然氣摻50%的氫氣燃燒，目前GE的產品設計能力已經達到了，可以進一步把碳減排降低69%。第四階段，碳捕捉有了非常實際可用的案例，能夠達到90%的效率。高效率的HA級機組聯合循環，再加上碳捕捉，可以做到減碳97%。終極目標，GE的HA燃機燃燒百分之百的氫氣，可以做到零碳。
燃氫機組是走向低碳或零碳的重要途徑
“GE作為擁有百年發展歷史的企業，目前已經超過7000臺GE燃機在世界各地運行，擁有全球最大裝機量，這些燃機累計發電量超過800吉瓦，世界天然氣發電總量的一半來自于GE機組。GE是首家進入中國市場的氣電設備與服務的供應商，在中國我們服務100多家電廠，目前有200多臺在役的機組，客戶覆蓋五大電力集團、地方能源集團以及工業自備電站等。GE具備充足的燃氣輪機技術儲備，燃氫機組是走向低碳或零碳的重要途徑，為碳達峰、碳中和貢獻力量。”許欣說。
自20世紀40年代，GE啟動其燃氣輪機業務以來，該公司開創并商業化了一系列的大型和小型燃氣輪機技術。隨著全球“脫碳”運動的加快，氫燃料的呼聲開始越來越高，而GE在燃氣輪機燃氫方面也進行了大量的研究。目前，GE在氫能和低熱值燃料運行方面提供業內經驗最豐富的燃氣輪機系列產品，其中超過75臺燃氣輪機在數十年的應用中，累計運行小時數已超過600萬小時。
“HA級燃機已經實現50%氫混合燃料燃燒技術，將含量豐富的氫和天然氣結合燃燒達到低碳排放。GE的微孔預混燃燒技術可以提升燃料與空氣混合的均勻性，從設計上保證了50%的燒氫能力。”閻福華介紹。
目前，GE已經投入商業運行的燃氫機組分為三類，一類是高比例氫燃料運行的機組，在韓國服役的一臺燒高氫燃料的6B燃機，有著超過20年運行經驗，氫占燃料比例在70%~95%。第二類是天然氣與氫氣摻混機組，4臺位于美國的GE 7F燃機燒天然氣與氫氣摻混燃料，燃料摻氫比例為5%。第三類是應用百分之百燃氫技術的燃氣輪機機組，美國Long Ridge Energy項目在新的7HA.02機組上實現摻氫燃燒，計劃在下個十年里把燒氫能力提高至100%。
“GE在中國的鋼廠、化工廠已經有十幾臺燃燒含高氫燃料的燃機在運行。鋼廠和化工廠在一系列的化工流程或者是煉鋼流程里產生的氫氣，可為燃機所利用。實際上，天然氣發電結合燃氫已經被證實是一種可行的商業模式。”黃捷總結說。
