當(dāng)前，氣候變化已成為全人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，關(guān)系到世界各國的可持續(xù)發(fā)展。越來越多的國家已經(jīng)采取積極行動對策，以實(shí)現(xiàn)零碳未來的愿景。電力行業(yè)作為全球碳排放的主要來源，占比高達(dá)41%，要實(shí)現(xiàn)“3060”雙碳目標(biāo)低碳變革勢在必行。目前，中國正通過加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)快速深度轉(zhuǎn)型。憑借企業(yè)規(guī)模、業(yè)務(wù)覆蓋面和技術(shù)實(shí)力，在行業(yè)中處于獨(dú)特地位的GE將在推動中國能源轉(zhuǎn)型、應(yīng)對氣候變化等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

“十四五”氣電發(fā)展戰(zhàn)略窗口期

建設(shè)新型電力系統(tǒng)最終目的是為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)脫碳，按照規(guī)劃，到“十四五”末中國可再生能源發(fā)電裝機(jī)占電力總裝機(jī)的比例將超過50%。而燃?xì)獍l(fā)電憑借自身具備的眾多獨(dú)特優(yōu)勢，將成為未來新型電力系統(tǒng)的重要支撐。其便于接近負(fù)荷中心，提高供電可靠性，是替代傳統(tǒng)煤電的基荷能源和保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠的環(huán)保低碳能源；同時，作為響應(yīng)特性、發(fā)電成本、供電持續(xù)性綜合最優(yōu)的調(diào)峰電源，燃?xì)獍l(fā)電也是可再生能源為主的新型電力系統(tǒng)的重要支撐和補(bǔ)充。GE燃?xì)獍l(fā)電集團(tuán)不久前發(fā)布的全新中國氣電白皮書《加速天然氣發(fā)電增長 邁向零碳未來》提出，加速燃?xì)獍l(fā)電和可再生能源的戰(zhàn)略性部署，精進(jìn)低碳或接近零碳發(fā)電的技術(shù)可快速地實(shí)現(xiàn)大幅度減排，助力中國新型電力系統(tǒng)的建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

事實(shí)上，隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源裝機(jī)容量的逐步攀升，近年來中國燃?xì)獍l(fā)電一直在穩(wěn)步發(fā)展。“十三五”期間，我國燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)容量增加了50%，從66GW增加到接近100GW左右，“十四五”期間，計(jì)劃從100GW左右達(dá)到150GW。在GE燃?xì)獍l(fā)電服務(wù)中國區(qū)總經(jīng)理許欣看來，“十四五”會是燃?xì)獍l(fā)電發(fā)展的戰(zhàn)略窗口期。“首先，國內(nèi)可再生能源的發(fā)展在全球無出其右。而可再生能源大量接入，對電網(wǎng)的支撐會提出更高的要求。燃?xì)廨啓C(jī)啟停快、靈活、低碳，盡管燃料成本偏高，但是在電網(wǎng)對大量可再生能源的不穩(wěn)定性、間歇性所帶來的種種挑戰(zhàn)面前來說，燃?xì)廨啓C(jī)在中國的支撐作用至關(guān)重要；其次，國家最新出臺的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》打開了另一個窗口，中國大量競爭力極強(qiáng)的可再生能源，會給可負(fù)擔(dān)的綠氫創(chuàng)造機(jī)會，如果氫能在技術(shù)上能夠有所突破，像太陽能一樣規(guī)模上去成本下來，那么氫就會成為能源轉(zhuǎn)型的一個長期技術(shù)。而燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)浒l(fā)電，既可以解決減碳問題，也是解決國家能源安全問題的可行方案。”

可以預(yù)見，未來，燃?xì)獍l(fā)電將繼續(xù)為負(fù)荷中心煤電機(jī)組的淘汰提供替代；靈活高效的天然氣分布式能源站將為產(chǎn)業(yè)園區(qū)、物流園區(qū)、旅游服務(wù)區(qū)、大型商業(yè)設(shè)施、交通樞紐、學(xué)校、醫(yī)院等區(qū)域供能提供可靠支撐；燃?xì)獍l(fā)電將與風(fēng)電、光伏發(fā)電等其他可再生能源相結(jié)合實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，成為電網(wǎng)靈活性調(diào)峰資源的重要組成。

深圳能源光明電源基地

燃?xì)浒l(fā)電邁向零碳未來

“放眼未來，零碳技術(shù)也是燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電發(fā)展的重要技術(shù)選擇，零碳技術(shù)的突破將為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電發(fā)展換取新的空間。現(xiàn)役或新建的燃機(jī)電廠都可以通過使用氫氣作為燃料或者采用碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燃機(jī)電廠從低碳到零碳電源過渡。”許欣講到。 GE燃?xì)獍l(fā)電希望持續(xù)推進(jìn)的電力市場體系改革為氣電發(fā)展提供更好的支撐，滿足各地燃機(jī)發(fā)電發(fā)展的需求。在有關(guān)政策的鼓勵支持下，加強(qiáng)多方合作，促進(jìn)燃機(jī)發(fā)電與風(fēng)電、光伏、氫能等多種資源的融合，實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展。

當(dāng)前，GE已經(jīng)與美國能源部展開合作，對阿拉巴馬州的一座7F級燃機(jī)電廠進(jìn)行整廠的CCUS技術(shù)改造。GE將進(jìn)行前端工程設(shè)計(jì)研究，制作一份詳細(xì)的藍(lán)圖和運(yùn)營業(yè)務(wù)指南。CCUS技術(shù)將助力該電廠每年減少超過60萬噸二氧化碳排放，相當(dāng)于13萬輛汽車的二氧化碳排放量。

在摻氫燃燒方面，全球已有超過100臺GE燃?xì)浼暗蜔嶂等剂蠙C(jī)組在運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行小時數(shù)超過800萬小時。GE的HA級燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組目前已經(jīng)具備50%摻氫燃燒的能力，并計(jì)劃在2030年實(shí)現(xiàn)100%摻氫燃燒。

“GE氣電白皮書中提到了零碳排放的燃機(jī)技術(shù)路線圖。第一步，如果用天然氣技術(shù)來替代煤電，可以減少45%的碳排放強(qiáng)度；第二步，如果利用現(xiàn)在最先進(jìn)的HA燃機(jī)來替代煤電，可以減少60%的碳排放強(qiáng)度；第三步，HA聯(lián)合循環(huán)和50%的燒氫能力結(jié)合起來，可以減少69%的碳排放強(qiáng)度；第四步，HA聯(lián)合循環(huán)加上碳捕捉技術(shù)，90%的碳用碳捕捉技術(shù)捕捉掉的話，可以減少97%的碳排放強(qiáng)度；第五步，2030年前，GE HA燃機(jī)會具備100%的燒氫能力，最終實(shí)現(xiàn)零碳排放。當(dāng)然，這中間會有燃燒技術(shù)、材料技術(shù)、控制技術(shù)以及氮氧化物的控制技術(shù)等很多難題需要突破，但我們很有信心。”GE燃?xì)獍l(fā)電集團(tuán)中國區(qū)產(chǎn)品技術(shù)總經(jīng)理閻福華講到。

在中國，2020年，哈電通用燃?xì)廨啓C(jī)（秦皇島）有限公司已經(jīng)正式投入運(yùn)營，重點(diǎn)推進(jìn)和實(shí)施重型燃機(jī)關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化，這也是GE在亞洲唯一的重型燃機(jī)制造基地。合資公司將為廣東省能源集團(tuán)旗下的惠州大亞灣石化區(qū)綜合能源站提供兩臺9HA.01重型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。2023年項(xiàng)目投產(chǎn)后，兩臺燃機(jī)將采用10%（按體積計(jì)算）的氫氣摻混比例與天然氣混合燃燒，這也是中國首座摻氫燃燒的9HA電廠。

惠州大亞灣石化區(qū)綜合能源站

“GE燃?xì)獍l(fā)電集團(tuán)深耕中國市場多年，并不斷攜手本土合作伙伴將先進(jìn)的燃機(jī)發(fā)電技術(shù)引入中國，致力于推動中國燃機(jī)技術(shù)的本土化發(fā)展，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈升級。通過本土化我們不斷地引進(jìn)新的技術(shù)到中國來，使我們的產(chǎn)品不僅在技術(shù)上領(lǐng)先，在成本上也有優(yōu)勢，再加上全生命周期的服務(wù)。GE燃?xì)獍l(fā)電集團(tuán)將繼續(xù)與中國的合作伙伴緊密合作，為客戶提供高效、可靠、靈活的天然氣及氫能發(fā)電解決方案，共同支持新型電力系統(tǒng)建設(shè)，攜手邁向零碳未來。”許欣講到。

延伸閱讀：氫氣燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)難點(diǎn)

GE在美國第一個HA級示范項(xiàng)目——長嶺項(xiàng)目（Long Ridge），Long Ridge 485MW聯(lián)合循環(huán)電廠在2021年10月開始商業(yè)運(yùn)行后，在2022年3月30日完成摻氫測試，所用氫氣為附近工廠產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)氫。在業(yè)內(nèi)人士看來，它的規(guī)劃很有創(chuàng)新，是把天然氣、氫能、地下儲能包括將來的新能源、風(fēng)能全部進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)劃。這也是全球首臺成功投入商業(yè)運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)摻氫燃燒的HA燃機(jī)，對GE以及整個行業(yè)來說都具有里程碑式的意義。作為氫能發(fā)電解決方案的探索者，讓我們一起來看看GE克服了哪些挑戰(zhàn)？

美國Long Ridge電廠

機(jī)電商報(bào)：從技術(shù)上來講，目前燃機(jī)燒氫有哪些難點(diǎn)？

閻福華：第一個方面是燃燒，因?yàn)榇蠹抑罋錃獾捏w積熱值是甲烷的1/3，它跟天然氣相比是低熱值燃料。它的燃燒特性跟甲烷非常不同，氫的燃燒很容易回火。再就是燃燒溫度，氫氣在空氣中燃燒溫度可以達(dá)到2200攝氏度，4000華氏度左右，甲烷基本在1960攝氏度左右，所以燃?xì)鋵θ紵业牟牧虾屯繉拥囊缶蜁浅８摺?/span>

第二個方面是輔助系統(tǒng)，特別是燃料系統(tǒng)有氫脆的問題，因?yàn)樵谝欢▔毫Α囟鹊臈l件下氫有很強(qiáng)的腐蝕作用，所以說對管道、法蘭、密封等都有非常高的要求。再者，氫燃燒的時候的火焰是不可見的，會用跟現(xiàn)在的天然氣火焰探測不同的技術(shù)來探測。另一方面是容易泄露，我們的燃料模塊上會有閥門、安全、通風(fēng)、消防等方面的設(shè)計(jì)會有會有一些不一樣的地方。

第三個方面是控制系統(tǒng)，無論是燃料的控制還是燃燒的控制或者是下游的鍋爐的控制，整體的控制系統(tǒng)需要根據(jù)摻氫的比例進(jìn)行調(diào)整。

第四個方面，從氮氧化物的排放來講，溫度越高，氮氧化物的產(chǎn)生會越多。隨著摻氫比例的提高怎么把氮氧化物的排放控制在一定的范圍內(nèi)、滿足當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保規(guī)范也是我們在不斷克服的一個挑戰(zhàn)。

機(jī)電商報(bào)：氫氣易燃易爆，燃機(jī)摻氫比例越高是否會帶來更多安全性的挑戰(zhàn)？GE目前在這方面有哪些探索？

閻福華：從氫氣的控制來說，燃料模塊的過濾、加壓、調(diào)壓都有非常高的要求，比方說消防要求會不一樣，通風(fēng)配置會不一樣，危險氣體探測會有不同的設(shè)計(jì)，管道的材料會不一樣。還有比如說過濾器的密封片，原來可能用橡膠密封，現(xiàn)在可能就不能適應(yīng)高氫的環(huán)境。

氫燃燒很容易回火，燃燒溫度非常高。隨著氫的含量越來越高，我們在不斷地驗(yàn)證，用一些新的技術(shù)、改進(jìn)的涂層和合金材料來控制氫氣的燃燒。GE使用氫作為燃機(jī)的燃料已經(jīng)有三十多年的經(jīng)驗(yàn)，在我們6B、7E、9E、6F這些機(jī)型的燃機(jī)上已經(jīng)有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)了。今天氫是很新的話題，但摻氫燃燒技術(shù)對GE來說不是新的技術(shù)。總體上來說，GE已經(jīng)研發(fā)出“上游到燃燒再到尾氣的處理和排放”這一套完整的燃機(jī)電廠燃?xì)浞桨福婕爸鳈C(jī)、輔機(jī)、系統(tǒng)控制等各方面，并且這套方案在我們的示范電廠的現(xiàn)場已進(jìn)行驗(yàn)證，我們相信隨著示范項(xiàng)目的推進(jìn)，更多的氫氣從上游過來，然后我們會逐步地跟客戶一起把示范項(xiàng)目推向下一個階段。(石珊珊)