氢混合燃料技术为天然气绿电添动力

基于数十年来对低碳发展的承诺，GE近日发布了能源转型白皮书《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》（简称“白皮书”），呼吁加快部署可再生能源和天然气发电，二者联合部署将是短期内减少碳排放的最有效途径。GE也将持续探索氢能及碳捕获技术等燃气轮机低碳化技术，以更有效、更快实现低碳发展，应对气候变化。

“双碳”目标下天然气发电机遇挑战并存

去年，我国郑重提出“双碳”目标。今年3月30日，国新办举行中国可再生能源发展有关情况发布会，又提出加快实施能源领域碳达峰行动，大力推动新时代可再生能源大规模、高比例、高质量、市场化发展，为构建清洁低碳、安全高效的能源体系提供坚强保障。这也就意味着在将来很长一段时间内，可再生能源在电力市场会有很大的发展，中国的能源结构以及电力结构会有一系列大的变化与改革。

天然气作为清洁且应用广泛的能源，需求潜力十分巨大，在一次能源消费结构中的占比持续提升。中石油集团经济技术研究院发布的《2050年世界与中国能源展望》给出的预计显示，在中国能源低碳转型的趋势下，到“十四五”规划期结束时，电力领域的天然气消费量将增长40%~50%，达到750~800亿立方米/年；中国天然气发电装机容量将新增0.4亿~0.5亿千瓦，达到1.4亿~1.5亿千瓦，比当前水平增加50%。

GE燃气发电集团中国区新机业务总经理黄捷表示：“未来十年，天然气发电将迎来黄金发展期，天然气将发挥至关重要的作用，提供灵活、可调度、可负担、可靠且二氧化碳排放量较低的电能。不过目前天然气发电还是存在政策和技术两方面挑战。”

在政策方面，应提升行业相关政策的延续性、连贯性、可执行性，建立重视能源、灵活性和可靠性的市场结构，进一步理顺气价、电价等方面的关系；在技术方面，还需要进一步利用先进技术降低碳排放，煤改气也成为减少排碳放量的潜在途径。

天然气发电加速向低碳未来过渡

GE发布的白皮书中表示，GE相信加速可再生能源和天然气发电的战略性部署可改变气候变化的轨迹，从而快速地实现大幅度减排；同时精益改进低碳或接近零碳发电的技术。“天然气发电可以在发展中和高速发展地区提供可负担的基本负荷电力，然后根据需要过渡到周期运行或调峰运行，以适应未来可再生能源的增长，并且其度电二氧化碳排放量不到燃煤发电的50％。”许欣表示。

“相比而言，GE最先进的9HA.02联合循环发电效率64%，折合发电煤耗为192克，远低于燃煤发电机组。”GE燃气发电集团发电服务部技术总监阎福华说。

不仅如此，在土地使用方面，对于寸土寸金的负荷中心，天然气发电相比煤电所需的土地空间大为减少，从而使燃气发电厂可以更靠近需求中心部署，并且可以减少对输电基础设施的投资。

“目前，在走向低碳或零碳排放技术路线中，氢以及碳的捕获或封存是实现低碳或零碳发电的可行途径。碳捕获或使用氢作为燃料是目前可行的方法，可以对现有和未来的燃气电厂进行脱碳。”阎福华表示。

GE也为其燃气发电业务制定了清晰的低碳或零碳排放技术路线图。即第一阶段，天然气取代煤电，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最高可以实现超过63%的发电效率，9HA.02可以实现超过64%的发电效率。如果这种情况下，可以减排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，目前GE的产品设计能力已经达到了，可以进一步把碳减排降低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级机组联合循环，再加上碳捕捉，可以做到减碳97%。终极目标，GE的HA燃机燃烧百分之百的氢气，可以做到零碳。

燃氢机组是走向低碳或零碳的重要途径

“GE作为拥有百年发展历史的企业，目前已经超过7000台GE燃机在世界各地运行，拥有全球最大装机量，这些燃机累计发电量超过800吉瓦，世界天然气发电总量的一半来自于GE机组。GE是首家进入中国市场的气电设备与服务的供应商，在中国我们服务100多家电厂，目前有200多台在役的机组，客户覆盖五大电力集团、地方能源集团以及工业自备电站等。GE具备充足的燃气轮机技术储备，燃氢机组是走向低碳或零碳的重要途径，为碳达峰、碳中和贡献力量。”许欣说。

自20世纪40年代，GE启动其燃气轮机业务以来，该公司开创并商业化了一系列的大型和小型燃气轮机技术。随着全球“脱碳”运动的加快，氢燃料的呼声开始越来越高，而GE在燃气轮机燃氢方面也进行了大量的研究。目前，GE在氢能和低热值燃料运行方面提供业内经验最丰富的燃气轮机系列产品，其中超过75台燃气轮机在数十年的应用中，累计运行小时数已超过600万小时。

“HA级燃机已经实现50%氢混合燃料燃烧技术，将含量丰富的氢和天然气结合燃烧达到低碳排放。GE的微孔预混燃烧技术可以提升燃料与空气混合的均匀性，从设计上保证了50%的烧氢能力。”阎福华介绍。

目前，GE已经投入商业运行的燃氢机组分为三类，一类是高比例氢燃料运行的机组，在韩国服役的一台烧高氢燃料的6B燃机，有着超过20年运行经验，氢占燃料比例在70%~95%。第二类是天然气与氢气掺混机组，4台位于美国的GE 7F燃机烧天然气与氢气掺混燃料，燃料掺氢比例为5%。第三类是应用百分之百燃氢技术的燃气轮机机组，美国Long Ridge Energy项目在新的7HA.02机组上实现掺氢燃烧，计划在下个十年里把烧氢能力提高至100%。

“GE在中国的钢厂、化工厂已经有十几台燃烧含高氢燃料的燃机在运行。钢厂和化工厂在一系列的化工流程或者是炼钢流程里产生的氢气，可为燃机所利用。实际上，天然气发电结合燃氢已经被证实是一种可行的商业模式。”黄捷总结说。