1949年7月29日下午2點15分，GE位于美國俄克拉荷馬州貝爾島的電站的一臺燃氣輪機開始向俄克拉荷馬州天然氣和電力公司供電。這是世界上第一臺用于發電的燃氣輪機。

自此，燃氣發電技術發展掀開了新的篇章，并進入快速發展期。近期，為紀念世界上第一臺工業燃氣輪機投入商業運行80周年，以及世界上第一臺用于發電的燃氣輪機投入商業運行70周年，GE燃氣發電副總裁兼首席技術官約翰·拉馬斯接受了記者的專訪，以他的獨到視角回顧了過去幾十年間，那些由GE創造的，真正驅動和引領燃氣輪機發展的技術。

在七十多年的發展過程中，燃機的設計經歷過很多改進。在您看來，哪些重大技術進步是特別重要的？

拉馬斯：燃氣輪機是在第二次世界大戰期間設計的，最初應用于航空領域。GE是世界上唯一一家同時獨立研發并生產航空發動機和燃氣輪機的工業巨人，可以不斷把航空領域的先進技術、材料和生產工藝用于燃機。因此，將航空發動機技術引入燃氣輪機是具有深遠影響的一步。第二個重要的里程碑事件是1949年，也就是70年前，世界上第一臺用于發電的燃氣輪機在貝爾島投入商業運行。該燃機的額定出力為3.5兆瓦，效率約為17％。當時燃機的效率顯然是很低的。另外一個劃時代的進步是聯合循環的應用，通過聯合循環，我們得以將燃氣輪機的排氣作為蒸汽輪機裝置循環的加熱源。1967年，第一座采用GE燃機的聯合循環電站投入商用。GE在航空領域的一些技術也開始為我們所用，例如我們由CF6航空發動機技術研發了LM2500燃機，這款燃機最初用于船舶動力，不久后，在1969年，這款航改型燃機就開始用于發電。

剛才提到的都是比較早期的里程碑事件。另一個關鍵節點是F級燃機的誕生。我們洞察到市場需要更大、更高效的燃機，F級燃機由此應運而生。在GE的歷史上，我們不止一次像這樣引領著技術的創新迭代。

第一臺F級燃機在1990年之前已經投入使用。更大、更高效的燃機的出現對燃氣發電行業的意義非同尋常，F級燃機的發展讓新一代燃機登上歷史舞臺。盡管GE最初的蒸汽冷卻H級燃機將燃燒溫度提高到2,600華氏度（1427攝氏度）以上，但F級燃機的誕生仍是一個里程碑，我們得以在此之上不斷進步并成功開發出了HA級燃機。所以，這是一個漸進式的發展過程，早期始于飛機發動機技術在工業領域的應用，然后是聯合循環應用，再然后就是F級和H級燃機的出現。

H級燃機是如何發展演化的？

拉馬斯：蒸汽冷卻燃機技術實際上在20世紀90年代末期才開始發展的。第一臺蒸汽冷卻燃機（也就是最初的9H）是2003年在白歌蘭灣電站投入使用的。GE是第一個把蒸汽冷卻技術應用于工業燃氣輪機的公司，隨后市場上開始有更多對于蒸汽冷卻技術的研究和應用。但是，于此期間，空氣冷卻技術已經實現了蒸汽冷卻能達到的同等水平的燃燒溫度，蒸汽冷卻技術逐漸被替代。隨后，我們成功開發了HA級燃機，A就代表著空氣冷卻。不過，我認為，如果沒有最初的H燃機，就不會出現后來更大、效率更高的HA。就像我們從E級到F級，再從F級到H級一樣。

在燃氣輪機技術發展的同時，GE還一直處于降低燃氣發電的污染排放技術前沿。您能談一下在這方面的發展嗎？

拉馬斯：GE在這方面確實取得了一系列新進展。我認為，F級燃機使用的干式低氮（DLN）燃燒室代表著燃燒技術的一個重大進步；這一技術使燃機能夠在較高燃燒溫度下實現低排放。自開發DLN燃燒技術后，我們不斷整合新的功能，持續優化燃燒系統。在HA燃機上，我們引入了一種兩級燃燒系統——軸向燃料分級技術。接下來，我們又開發出應用在9HA上的下一代燃燒系統，我們稱之為微孔預混燃燒系統。該系統能實現更低的NOx排放。同時，還使我們的燃機能夠燃燒更高百分比的氫氣，氫能的應用可以讓燃氣發電更加環保和可持續。實際上，GE在美國、亞洲及歐洲運行的70多臺燃機機組都已經有著應用氫氣作為混合燃料的運行經驗，并已累計運行四百萬小時。 

許多進展，都是受到市場需求的驅動。例如，20世紀50年代，燃氣輪機主要用于調峰；而1965年美國東北地區大停電后，黑啟動成了電廠的重要功能需求。GE在開發新的燃氣輪機技術時，它所關注的是哪些市場驅動因素？或者說，市場有哪些需求？

拉馬斯：是的，市場需求確實是推動我們取得進展的動力。一年前，我們推出的LM6000混合發電燃氣輪機系統已經應用在美國南加州，這是全球首個電池-燃氣輪機混合發電系統，它可以根據電網需求從電池供電切換到燃機供電。我們通過把電池技術與航改燃機結合在一起，可以為加利福尼亞的用電需求提供即時響應。

我們認為燃機要更具靈活性：根據電網需求靈活啟動，且能適應多種燃料。最近的一個案例很好的證明了GE燃機極佳的靈活性：在冶煉廠里的一臺設備突然停機，引起用電負荷大幅波動，我們的HA燃機在12秒內出力從120MW下降到0MW又恢復到120MW。隨著越來越多的可再生能源的接入，電網變得不那么穩定，而我們的燃機卻有能力對電網提供靈活有力的支持，這正是市場的需求。

展望未來，還有幾個重要的驅動因素不可忽視：高效率和機組可靠性；適應未來的能源結構，與太陽能和風能實現互補的能力；提高燃料適應性以應對全世界對燃料多樣化的需求。天然氣在未來能源組合中是不可或缺的。而為未來的能源市場提供領先的、高靈活性的燃機是GE一直所致力的。

2017年，GE推出了65兆瓦的航改型燃氣輪機（LM9000）。您是否希望繼續提高航改燃機的出力？您在航改型燃氣輪機領域正在開展哪些工作？

拉馬斯：這個問題很有趣。我曾經在GE航空部門工作過，而后進入了發電部門，所以我對航空發動機和航改燃機都有所涉獵。GE的LM2500和LM6000系列航改燃機都來自CF6系列發動機。我們會繼續投入開發和改進航改型燃機。例如，LM6000-PF +就是我們目前正在開發的6000系列最新產品，今年晚些時候會投入市場。而我們也正在研發更先進的LM2500燃機。

目前GE航空部門正在開發基于G90航空發動機（1995年投入市場）的航改型燃氣輪機，這將是應用于發電領域的下一代航改燃機。我們兩條產品線將持續合作。在很大程度上，GE在航空領域的產品量產可以降低產品成本，由此為這些技術以發電領域的應用帶來成本優勢。而通常，從一款新的航空發動機誕生到其發展為能在發電領域應用的航改燃機也需要一定周期。

回顧歷史，您認為，哪些技術進步對航空發動機向發電設備的轉化最為關鍵？

拉馬斯：從根本上來說，我們和航空部門同根同源，我們共享空氣動力學和傳熱學的工具和開發團隊。我認為，這些工具都直接適用于兩個業務部門。如果要提高燃氣輪機效率，必須要考慮部件的效率-——這實際上就是要仰仗空氣動力學的。多年來，我們已經進行了多項空氣動力學測試，并用通過測試習得的經驗優化我們的開發工具，應用在航空和發電部門。另外，研發更好的材料也非常重要，更好的材料可以讓燃燒室和輪機在溫度更高的環境下運行。材料的開發往往由GE航空部門主導，隨后在發電業務中得到廣泛應用。

同樣，有時GE發電部門研發的新材料也供給航空部門使用。一個很好的例子是陶瓷基復合材料。GE起初生產陶瓷材料零件用于工業設備，現在，這些材料也用在了航空發動機上， LEAP-X （2008年推出的革命性渦輪風扇發動機設計）就在實驗性地采用陶瓷基復合材料。我們相信，在未來，隨著這些材料更多的被應用，其價格可能會下降，它們將成為發電部門使用的下一代材料。總之，我們兩個部門互相交流，共享一些通用的傳熱學、空氣動力學和材料技術。

近來，增材制造技術也成為航空和發電業務集團重點應用的技術。將增材制造用于材料生產可以使部件的體積更小，重量更輕。這不僅符合航空部門對材料的需求，在發電設備上應用范圍也很廣，價值也很大。

自八十年前第一臺工業燃氣輪機投運以來，工程和制造領域都發生了巨大變化。您認為最顯著的變化是什么？

拉馬斯：我們的分析方法從二維發展到三維，這讓我們能夠設計開發計算機流場分析（CFD），并將其陸續應用于空氣動力學和燃燒。從燃燒流場分析中的非穩態計算，到實現燃機建模并提升其性能，這些先進技術使我們實現了跨越式發展。

我認為制造領域的很多進步都是圍繞材料進行的，能夠進行精密鑄造、能夠開發單晶材料、突破邊界條件制造更大的燃機葉片——所有這些制造技術，都從根本上推動了行業發展。

顯然，增材制造技術的應用是近期最具顛覆性的技術。而GE航空與發電部門之間的人員交流也十分重要，這也是航空技術和發電技術之間交流的一個重要途徑。

最后不得不提到一位名叫唐·勃蘭特的前輩，他是F級燃機之父，25年前，他擔任我現在的職位。如今他已八十多歲高齡。我們邀請他重回工廠參觀HA燃機。他站在燃機前面端詳良久，這臺燃機的出力已是他當年開發的燃機的兩倍。想想看，從當年的F級到如今的H級，機組聯合循環效率提高了10％，從52％~53％到超過64％。從代際發展的角度看，這些變化簡直是令人難以置信的。燃燒溫度也上升了，從當年的2,300華氏度（1,260攝氏度）~2,400華氏度（1,316攝氏度）提高到現在的2,800華氏度（1,538攝氏度）以上，提高了500華氏度（278攝氏度）。所以，當他站在那里看著這臺燃機，感慨萬千。這不過才是一代產品的進步。（本文節選自POWER Magazine雜志專訪GE燃氣發電副總裁兼首席技術官約翰·拉馬斯）