GE燃气发电集团：布局燃氢发电 迈向零碳未来

当前，气候变化已成为全人类面临的严峻挑战，关系到世界各国的可持续发展。越来越多的国家已经采取积极行动对策，以实现零碳未来的愿景。电力行业作为全球碳排放的主要来源，占比高达41%，要实现“3060”双碳目标低碳变革势在必行。目前，中国正通过加快构建新型电力系统以实现能源结构快速深度转型。凭借企业规模、业务覆盖面和技术实力，在行业中处于独特地位的GE将在推动中国能源转型、应对气候变化等方面发挥关键作用。

“十四五”气电发展战略窗口期

建设新型电力系统最终目的是为了实现电力系统脱碳，按照规划，到“十四五”末中国可再生能源发电装机占电力总装机的比例将超过50%。而燃气发电凭借自身具备的众多独特优势，将成为未来新型电力系统的重要支撑。其便于接近负荷中心，提高供电可靠性，是替代传统煤电的基荷能源和保障电力系统安全稳定可靠的环保低碳能源；同时，作为响应特性、发电成本、供电持续性综合最优的调峰电源，燃气发电也是可再生能源为主的新型电力系统的重要支撑和补充。GE燃气发电集团不久前发布的全新中国气电白皮书《加速天然气发电增长 迈向零碳未来》提出，加速燃气发电和可再生能源的战略性部署，精进低碳或接近零碳发电的技术可快速地实现大幅度减排，助力中国新型电力系统的建设和“双碳”目标实现。

事实上，随着风电、光伏等可再生能源装机容量的逐步攀升，近年来中国燃气发电一直在稳步发展。“十三五”期间，我国燃气发电装机容量增加了50%，从66GW增加到接近100GW左右，“十四五”期间，计划从100GW左右达到150GW。在GE燃气发电服务中国区总经理许欣看来，“十四五”会是燃气发电发展的战略窗口期。“首先，国内可再生能源的发展在全球无出其右。而可再生能源大量接入，对电网的支撑会提出更高的要求。燃气轮机启停快、灵活、低碳，尽管燃料成本偏高，但是在电网对大量可再生能源的不稳定性、间歇性所带来的种种挑战面前来说，燃气轮机在中国的支撑作用至关重要；其次，国家最新出台的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》打开了另一个窗口，中国大量竞争力极强的可再生能源，会给可负担的绿氢创造机会，如果氢能在技术上能够有所突破，像太阳能一样规模上去成本下来，那么氢就会成为能源转型的一个长期技术。而燃气轮机燃氢发电，既可以解决减碳问题，也是解决国家能源安全问题的可行方案。”

可以预见，未来，燃气发电将继续为负荷中心煤电机组的淘汰提供替代；灵活高效的天然气分布式能源站将为产业园区、物流园区、旅游服务区、大型商业设施、交通枢纽、学校、医院等区域供能提供可靠支撑；燃气发电将与风电、光伏发电等其他可再生能源相结合实现多能互补，成为电网灵活性调峰资源的重要组成。

深圳能源光明电源基地

燃氢发电迈向零碳未来

“放眼未来，零碳技术也是燃气轮机发电发展的重要技术选择，零碳技术的突破将为燃气轮机发电发展换取新的空间。现役或新建的燃机电厂都可以通过使用氢气作为燃料或者采用碳捕获、利用与封存（CCUS）技术，实现燃机电厂从低碳到零碳电源过渡。”许欣讲到。 GE燃气发电希望持续推进的电力市场体系改革为气电发展提供更好的支撑，满足各地燃机发电发展的需求。在有关政策的鼓励支持下，加强多方合作，促进燃机发电与风电、光伏、氢能等多种资源的融合，实现协同发展。

当前，GE已经与美国能源部展开合作，对阿拉巴马州的一座7F级燃机电厂进行整厂的CCUS技术改造。GE将进行前端工程设计研究，制作一份详细的蓝图和运营业务指南。CCUS技术将助力该电厂每年减少超过60万吨二氧化碳排放，相当于13万辆汽车的二氧化碳排放量。

在掺氢燃烧方面，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的HA级燃气轮机机组目前已经具备50%掺氢燃烧的能力，并计划在2030年实现100%掺氢燃烧。

“GE气电白皮书中提到了零碳排放的燃机技术路线图。第一步，如果用天然气技术来替代煤电，可以减少45%的碳排放强度；第二步，如果利用现在最先进的HA燃机来替代煤电，可以减少60%的碳排放强度；第三步，HA联合循环和50%的烧氢能力结合起来，可以减少69%的碳排放强度；第四步，HA联合循环加上碳捕捉技术，90%的碳用碳捕捉技术捕捉掉的话，可以减少97%的碳排放强度；第五步，2030年前，GE HA燃机会具备100%的烧氢能力，最终实现零碳排放。当然，这中间会有燃烧技术、材料技术、控制技术以及氮氧化物的控制技术等很多难题需要突破，但我们很有信心。”GE燃气发电集团中国区产品技术总经理阎福华讲到。

在中国，2020年，哈电通用燃气轮机（秦皇岛）有限公司已经正式投入运营，重点推进和实施重型燃机关键技术国产化，这也是GE在亚洲唯一的重型燃机制造基地。合资公司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两台9HA.01重型燃气轮机联合循环机组。2023年项目投产后，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，这也是中国首座掺氢燃烧的9HA电厂。

惠州大亚湾石化区综合能源站

“GE燃气发电集团深耕中国市场多年，并不断携手本土合作伙伴将先进的燃机发电技术引入中国，致力于推动中国燃机技术的本土化发展，推进产业链升级。通过本土化我们不断地引进新的技术到中国来，使我们的产品不仅在技术上领先，在成本上也有优势，再加上全生命周期的服务。GE燃气发电集团将继续与中国的合作伙伴紧密合作，为客户提供高效、可靠、灵活的天然气及氢能发电解决方案，共同支持新型电力系统建设，携手迈向零碳未来。”许欣讲到。

延伸阅读：氢气燃气轮机的研发难点

GE在美国第一个HA级示范项目——长岭项目（Long Ridge），Long Ridge 485MW联合循环电厂在2021年10月开始商业运行后，在2022年3月30日完成掺氢测试，所用氢气为附近工厂产生的工业副产氢。在业内人士看来，它的规划很有创新，是把天然气、氢能、地下储能包括将来的新能源、风能全部进行了统一规划。这也是全球首台成功投入商业运行并实现掺氢燃烧的HA燃机，对GE以及整个行业来说都具有里程碑式的意义。作为氢能发电解决方案的探索者，让我们一起来看看GE克服了哪些挑战？

美国Long Ridge电厂

机电商报：从技术上来讲，目前燃机烧氢有哪些难点？

阎福华：第一个方面是燃烧，因为大家知道氢气的体积热值是甲烷的1/3，它跟天然气相比是低热值燃料。它的燃烧特性跟甲烷非常不同，氢的燃烧很容易回火。再就是燃烧温度，氢气在空气中燃烧温度可以达到2200摄氏度，4000华氏度左右，甲烷基本在1960摄氏度左右，所以燃氢对燃烧室的材料和涂层的要求就会非常高。

第二个方面是辅助系统，特别是燃料系统有氢脆的问题，因为在一定压力、温度的条件下氢有很强的腐蚀作用，所以说对管道、法兰、密封等都有非常高的要求。再者，氢燃烧的时候的火焰是不可见的，会用跟现在的天然气火焰探测不同的技术来探测。另一方面是容易泄露，我们的燃料模块上会有阀门、安全、通风、消防等方面的设计会有会有一些不一样的地方。

第三个方面是控制系统，无论是燃料的控制还是燃烧的控制或者是下游的锅炉的控制，整体的控制系统需要根据掺氢的比例进行调整。

第四个方面，从氮氧化物的排放来讲，温度越高，氮氧化物的产生会越多。随着掺氢比例的提高怎么把氮氧化物的排放控制在一定的范围内、满足当地的环保规范也是我们在不断克服的一个挑战。

机电商报：氢气易燃易爆，燃机掺氢比例越高是否会带来更多安全性的挑战？GE目前在这方面有哪些探索？

阎福华：从氢气的控制来说，燃料模块的过滤、加压、调压都有非常高的要求，比方说消防要求会不一样，通风配置会不一样，危险气体探测会有不同的设计，管道的材料会不一样。还有比如说过滤器的密封片，原来可能用橡胶密封，现在可能就不能适应高氢的环境。

氢燃烧很容易回火，燃烧温度非常高。随着氢的含量越来越高，我们在不断地验证，用一些新的技术、改进的涂层和合金材料来控制氢气的燃烧。GE使用氢作为燃机的燃料已经有三十多年的经验，在我们6B、7E、9E、6F这些机型的燃机上已经有比较成熟的经验了。今天氢是很新的话题，但掺氢燃烧技术对GE来说不是新的技术。总体上来说，GE已经研发出“上游到燃烧再到尾气的处理和排放”这一套完整的燃机电厂燃氢方案，涉及主机、辅机、系统控制等各方面，并且这套方案在我们的示范电厂的现场已进行验证，我们相信随着示范项目的推进，更多的氢气从上游过来，然后我们会逐步地跟客户一起把示范项目推向下一个阶段。(石珊珊)