隨著碳達峰、碳中和目標的層層推進，我國綠色低碳發(fā)展的圖景已經(jīng)徐徐展開。對于中國這一煤炭消費大國而言，一邊是持續(xù)增大的碳減排力度，一邊是穩(wěn)步增長的能源消費量。未來，在電力供給側，進一步合理控制燃煤電廠的總規(guī)模、提升清潔電力在總發(fā)電量中占比成為能源領域工作的重中之重。

天然氣作為清潔高效的低碳化石能源，肩負著能源消費結構從化石能源向可再生能源過渡的重要使命，在雙碳目標導向下的能源轉型進程中，“減煤、穩(wěn)油、增氣和可再生能源”已成共識，大力發(fā)展天然氣是中國建立清潔低碳、智慧高效、經(jīng)濟安全能源體系的必然選擇。

基于數(shù)十年來對低碳發(fā)展的承諾，GE近日發(fā)布了全新的能源轉型白皮書《加速可再生能源和天然氣發(fā)電增長，及時有效應對氣候變化》。GE燃氣發(fā)電服務中國區(qū)總經(jīng)理許欣表示：“天然氣發(fā)電是實現(xiàn)低碳或零碳發(fā)電的可行途徑，加速可再生能源和天然氣發(fā)電的戰(zhàn)略性部署可在短期內改變氣候變化的軌跡，從而快速地實現(xiàn)碳減排。”

作為全球燃氣輪機制造業(yè)中的領軍企業(yè)，GE已經(jīng)為中國在“十四五”、“十五五”期間全力加速發(fā)展天然氣發(fā)電，促進碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)做好了充足的準備。

天然氣發(fā)電是實現(xiàn)碳減排的有效途徑之一

可以看到，在今后10~15年內，中國天然氣快速發(fā)展的基本面沒有改變，天然氣消費持續(xù)增長的客觀條件依然存在，天然氣必將在未來的新興能源體系中占據(jù)一席之地。

天然氣作為清潔的化石能源，其大氣污染物排放量和溫室氣體排放量相對煤和石油都小得多。天然氣相對煤炭發(fā)電可減排45%~55%的二氧化碳。“十三五”期間，中國天然氣消費總量約1.35萬億立方米，年均增長超過200億立方米，年均增速大于10%，天然氣在一次能源消費結構中占比由2015年的5.8%上升至2020年的8.8%，增加了3個百分點。按等熱值換算，相當于替代原煤25.1億噸，減少二氧化碳、二氧化硫、粉塵排放量分別為17.9億噸、1.4億噸和12.2億噸，大幅降低大氣污染物排放，助力大氣環(huán)境質量改善。

“在中國實現(xiàn)雙碳目標的過程中，天然氣發(fā)電行業(yè)將迎來難得的發(fā)展機遇。”許欣表示。在他看來，首先，在實施雙碳目標的過程中，中國將繼續(xù)大力發(fā)展可再生能源。可再生能源具有間歇性的特點，隨著其大量接入電網(wǎng)，對電網(wǎng)產(chǎn)生一定的擾動。天然氣電站運行靈活、機組啟動快，可以在電網(wǎng)中更好地扮演“穩(wěn)定器”的角色，與可再生能源形成互補，維護電網(wǎng)穩(wěn)定。

其次，天然氣是被世界公認的清潔能源。利用天然氣發(fā)電機組發(fā)電是緩解能源緊缺、降低燃煤發(fā)電比例、減少環(huán)境污染的有效途徑。在可再生能源替代化石能源的過程中，化石能源在相當長的時間內還將扮演不可替代的角色。因此，天然氣替代煤炭對碳減排產(chǎn)生的積極作用毋庸置疑。

2020年10月，國務院發(fā)展研究中心發(fā)布《中國天然氣高質量發(fā)展報告（2020）》，預計到“十四五”末期，工業(yè)燃料、城鎮(zhèn)燃氣天然氣需求量分別為1,450億立方米和1,500億立方米，占比分別約為33%和34%，與“十三五”末相比分別降低1個百分點和4個百分點；燃氣發(fā)電天然氣需求量為1,000億立方米左右，占比約為23%，提高5個百分點。

正是看好中國天然氣發(fā)電的廣闊發(fā)展前景，GE不斷結合中國本土市場的需求，通過生產(chǎn)本土化、服務本土化與人才本土化，將其最前沿的技術，以最有效、最快速的形式與中國市場需求結合，讓客戶不僅在電廠新建期保持領先，更重要的是在電廠30年生命周期內依然可以通過技術改造升級保持領先，實現(xiàn)度電成本的最優(yōu)配置，保持市場競爭力。

GE在全球擁有7,000多臺在役燃機，同時，GE燃氣輪機的裝機容量達800吉瓦，占據(jù)全球燃氣發(fā)電裝機容量的半壁江山。作為首家進入中國市場的氣電設備與服務供應商，在中國，GE服務于100多家電廠，目前有200多臺在役的機組，GE的客戶覆蓋五大電力集團、地方能源集團以及工業(yè)自備電站等。

“GE植根中國市場，攜手哈電、南汽、華電等合作伙伴，以華電通用輕型燃機設備有限公司、哈電通用燃氣輪機（秦皇島）有限公司兩大合資生產(chǎn)基地，以及通用電氣-哈動力-南汽輪能源服務（秦皇島）有限公司、通用電氣能源（杭州）有限公司兩大本土化服務工廠作為重要抓手，深入落實燃氣輪機的本土化生產(chǎn)制造與一站式全壽命周期服務。”GE燃氣發(fā)電中國區(qū)新機業(yè)務總經(jīng)理黃捷表示。

近幾年來，GE在中國實現(xiàn)了越來越多的“首例”，體現(xiàn)了GE在新形勢下，針對中國客戶需求的創(chuàng)新能力。在針對中國燃氣發(fā)電市場的本土化改造項目中，GE燃氣發(fā)電的“深圳藍”改造項目有著極強的代表性。2019年4月，GE燃氣發(fā)電為深圳5家發(fā)電企業(yè)共9臺9E燃機進行了DLN1.0+超低氮氧化物燃燒室改造，這是此技術在全球的首次應用。其中，深圳南山熱電股份有限公司更是在2019年10月榮獲了全球權威行業(yè)媒體《發(fā)電雜志》2019年度燃氣電廠類別組“最佳電廠”獎項，“深圳藍”改造項目中的其他幾家發(fā)電企業(yè)也同時獲得了肯定。

2021年初，國內首臺9HA.01燃機在天津華電軍糧城發(fā)電有限公司成功投運，電廠實現(xiàn)從燃煤電廠到燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)的轉型升級。投運后，軍糧城公司將輸送高達661兆瓦的電力，區(qū)域供熱面積可達700萬平方米，可滿足十余萬居民的用電和采暖需求，電廠每年還將減排二氧化硫約1,194噸，減排氮氧化物約7,755噸。這標志著中國HA級燃機新時代的到來。

GE還攜手哈電集團在河北秦皇島建立燃機制造基地，專注于9F及9H級燃機和部件制造。哈電通用燃氣輪機（秦皇島）有限公司于2020年完成技術轉讓工作并投入運營。

不只是HA級燃機，GE近年攜手合作伙伴在6F級燃機和航改型燃機上也實現(xiàn)了不少突破。GE 6F.03在同級別機組中供熱能力尤為突出，一拖一聯(lián)合循環(huán)工況下聯(lián)合循環(huán)效率可達57%。6F.03燃機全球業(yè)績超過250臺，在中國訂單量也已超過40臺。此外，在分布式能源領域，GE和中國華電合資成立了華電通用輕型燃機設備有限公司，主要從事LM2500和LM6000系列航改型燃氣輪機發(fā)電機組的成套組裝以及測試。

“成功的本地案例增強了我們持續(xù)推進本土化建設的信心。GE燃氣發(fā)電會在電力行業(yè)發(fā)展的新時期內繼續(xù)為中國客戶量身打造更加先進、低碳、環(huán)保的解決方案。”GE燃氣發(fā)電集團發(fā)電服務部技術總監(jiān)閻福華表示。

燃氫燃氣輪機初具規(guī)模

GE之所以對天然氣發(fā)電的前景充滿信心，另一個十分重要的原因是，在全球倡導的碳減排大背景下，燃氣發(fā)電廠通過技術改造后，向燃氫方向轉化，最終可以做到零碳排放。

氫作為儲量最豐富且重量最輕的元素，作為燃料，有兩大突出的特點：首先，除核燃料外，氫氣是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中發(fā)熱值最高的燃料；其次，它燃燒時幾乎不產(chǎn)生有害氣體和微粒。隨著全球制氫工業(yè)的逐步發(fā)展和完善，氫開始被能源行業(yè)越來越多地看作轉型中的關鍵環(huán)節(jié)。

實際上，從20世紀90年代初開始，GE就開始研發(fā)高氫燃燒器。2000年以后，GE研發(fā)出具備高氫能力的多噴嘴靜音燃燒器MNQC；

GE航改型燃氣輪機和重型燃氣輪機的燃燒系統(tǒng)都可以實現(xiàn)高氫燃燒。這種燃燒系統(tǒng)已經(jīng)配置在了超過2,500臺GE航改型燃氣輪機上。

在過去的30多年時間里，GE為重型燃氣輪機開發(fā)了兩種燃燒器配置，從而提供燃燒高氫燃料的能力，他們分別是B級和E級燃氣輪機的單噴嘴燃燒器以及E級和F級燃氣輪機的多噴嘴靜音燃燒器。這些已經(jīng)安裝到了超過1,700臺重型燃機上。

2005年，GE申請到了美國能源部的課題，專門研究燒氫的國家課題，開發(fā)了“微孔預混”的低氮燃燒器。目前該先進的微孔預混DLN 2.6e燃燒器已在9HA燃氣輪機上得到了應用。

目前，GE燃氣輪機使用氫氣和類似低熱值燃料運行已有30多年。在此期間，全球已有70多臺GE燃氫燃氣輪機在運行，在全球使用氫燃料燃氣輪機設備中占據(jù)一半份額，這些燃氣輪機累計運行時間超過600萬小時。

可以看到，GE在全球擁有數(shù)個使用高氫燃料的項目。其中一臺6B機組已經(jīng)有著超過20年燃燒高氫燃料的經(jīng)驗，氫占燃料比例70%-95%（體積流量）。四臺位于美國的GE 7F燃機也在采用天然氣與氫氣摻混燃料。美國Long Ridge Energy在新的7HA.02機組上已實現(xiàn)摻氫燃燒，并計劃在下個十年里把燒氫能力提高至100%。

“我們的計劃是在2030年之前把燃氣輪機燃氫能力提高到百分之百的水平，我們正在穩(wěn)步推進這一計劃，這是將來GE燃氣輪機技術發(fā)展的一個方向，未來，我們將運用創(chuàng)新的技術幫助中國向實現(xiàn)雙碳目標邁進。”許欣對更清潔、更高效率的天然氣發(fā)電市場前景充滿信心。（林  楚）