美國加利福尼亞州（以下簡稱“加州”）素有“陽光之州”的美譽，擁有豐富的太陽能資源。太陽輻射強，日照時間長，平均日照峰時超過五小時。 

此前，熱電廠為了滿足高峰時間段的用電，會有計劃地集中并網發電，加州的電網基本負荷曲線（最低電力供應）看起來就像駝峰，有中午和晚上兩個高峰。

然而在過去的十年中，加州太陽能發電量增長了約13吉瓦，可再生能源的快速增長導致加州一天當中的電力凈負荷情況從過去的“駝峰曲線”變為了“鴨子曲線”。

“鴨子曲線”產生的主要因素是光伏發電量在中午時達到最大，在傍晚沒有太陽能時消失，但此時的電力需求卻急劇上升。這意味著熱電廠在早上工作量一般，白天則基本較空閑，而到傍晚時分就必須迅速增加發電量。這就形成了一個臉朝右，臀部豐滿、后背傾斜、脖子細長的“鴨子”形基本負荷曲線。根據加州通過的新法案，可再生能源發電比例將在2030年達到50%。屆時，“鴨子曲線”的背部會更低，脖子會更長。

“鴨子曲線”形象地表示出加州一天24小時中的熱電廠凈負荷情況

不過，鴨子曲線’聽起來有趣，但想駕馭它卻不容易。常駐亞特蘭大的GE發電燃氣輪機技術專家Alexander Pistner表示：“加州燃氣發電廠擔當著當地電網‘穩定器’的角色，可以在光伏電站發電量不足時提供基礎負荷，平衡高峰和低谷期的用電供需波動。”

Pistner解釋道，加州的許多燃氣發電廠都是在太陽能和其他可再生能源加入電網之前建造的，機組在最初設計的時候，都是基本負荷（base load）全天候運轉。一般來說，它們在高負荷運行，或者連續供電數天的情況下，都能提供比較好的燃料經濟性和實現較低的排放。然而，隨著可再生能源的并網，燃氣電廠需要頻繁停機。不停機時，也會在部分時間負荷運行。由于偏離了最初的設計，聯合循環機組的效率比較低，經濟性比基本負荷要差很多，度電氣耗更高。類似汽車在高速公路上高速行駛時，每公里燃燒的汽油較少，排放的廢氣也較少。在市中心行駛時，需要反復剎車和低速行駛，油耗高，排放的廢氣也更多。更何況，燃氣發電廠不能像一盞燈一樣可以隨意打開或關閉。

那么，有沒有一種解決方案可以幫助電廠應對日益陡峭的“鴨子曲線”呢？針對這種現象，GE推出了7F DLN2.6+ Flex燃機升級方案，使燃機即使在“城市路況”中也能夠實現“高速巡航”時的效率和排放。

GE Derrick Simons帶領的團隊設計了一種軸向燃料分級（AFS）技術，將燃機內天然氣和加熱空氣的燃燒分為上游和下游兩個獨立的區域。在Simons看來，將燃燒分為兩個區域，可以將相對較冷的燃氣和加熱的空氣火焰注入較熱的下游區域。此舉可以提高火焰的溫度，從而控制燃機的排放量并提高其燃燒效率。“它的工作原理有點類似于噴氣式飛機的加力燃燒室，你可以通過向下游注入額外的燃料和空氣來優化其性能。”Simons解釋道。

如果你在實驗室使用過本生燈，你就會知道如何通過調節空氣流量來改變火焰 – 從翻滾的黃色火焰到噴射的藍色火焰。黃色火焰燃料富余而空氣不足，溫度較低。藍色火焰由于空氣的比例更高，因此，燃燒猛烈，溫度較高。

燃氣輪機的工作原理與此類似。當燃機啟動時，其以一種相對低效的、富含燃料的低溫火焰燃燒氣體，產生相對較高的一氧化碳氣體排放。軸向燃料分級技術增加了進入火焰的空氣流量，提高了火焰的溫度。這使燃機能夠在并網后迅速達到高效率和與基本負荷模式等同的超低排放。就好像一個不需要預熱，能迅速加熱的烤箱。

但工程師們必須保持一種微妙的平衡。較熱的上游火焰可能會在部分負荷運行時減少一氧化碳排放，但通常會產生更多的氮氧化物。這就需要注入更多燃料，使下游火焰燃料比例更高，從而在高負荷運行時控制氮氧化物的產生。Simons表示：“軸向燃料分級技術使我們能夠在一氧化碳、氮氧化物超低排放和高效率兼具的最佳狀態下運行。”

除此之外，此次升級還利用了3D打印來制造一些關鍵的部件，包括AFS燃料噴嘴和AFS空氣旁路。3D打印的零部件更為精細，能讓燃燒室實現更高效率的燃燒。

7F DLN2.6+ Flex升級的最大優勢，是提高了燃機的部分負荷能力，可以在實現低排放的同時，有出色的燃料經濟性。此次升級預計能夠幫助GE在加州的7F燃機，在只有25-50%時間運行條件下，每年可以減少25%的燃料消耗，同時減少20%的排放，這相當于減少3000輛汽車一年的排放量。

隨著可再生能源在未來能源格局中扮演著越來越重要的角色。作為電網“平衡器”的燃氣發電也將與可再生能源有更多“互動”，一個新的市場正在出現。Pistner表示，全球大約有900臺7F燃機在運行，其中大約有200臺有著潛在的升級需求。“首先是北美，其次是拉丁美洲、亞洲，這些地區的可再生能源普及率都在不斷上升。”Pistner進一步講道。目前，GE軸向燃料分級技術已經應用在四款燃機系列產品上，包括7HA、7EA、9E和9HA.02。

“可再生能源正在成為未來能源的中堅力量，而我們的升級方案則為電廠帶去了它們亟需的靈活性。換句話說，加州電網可以安心地從‘駱駝’過渡到‘鴨子’，告別愁眉苦臉了。”Pistner講道。