燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒，這項(xiàng)“老技術(shù)”近年來(lái)成為了天然氣發(fā)電領(lǐng)域的新熱潮。在天然氣中加入氫氣可以顯著削減溫室氣體的總排放量，并減少作為化石燃料的天然氣的消費(fèi)量。依托于燃?xì)獍l(fā)電成熟的設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施，逐步加大摻氫比例向氫能源過(guò)渡，最終將使發(fā)電靈活、高效的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆闾寂欧诺娜細(xì)漭啓C(jī)。
對(duì)于全球可再生能源領(lǐng)頭羊中國(guó)而言，燃?xì)廨啓C(jī)摻氫和純氫燃燒的價(jià)值更具想象空間：大規(guī)模清潔能源開發(fā)有望加速提高綠氫制備的效率和經(jīng)濟(jì)性，采用富氫燃料通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，有助于在降低天然氣對(duì)外依賴的同時(shí)，減少發(fā)電領(lǐng)域的二氧化碳排放。近年來(lái)，全球主要燃?xì)廨啓C(jī)廠商都在積極提高燃機(jī)的摻氫燃燒能力、開拓新的市場(chǎng)空間，中國(guó)是其加速新技術(shù)落地的重要目標(biāo)市場(chǎng)。
“燃機(jī)燒氫不是一個(gè)新鮮事物，在化工、煉鋼流程里產(chǎn)生的低熱值伴生氣，含氫比例非常高。”GE燃?xì)獍l(fā)電服務(wù)中國(guó)區(qū)總經(jīng)理許欣近日對(duì)澎湃新聞表示，氫能是近些年新興的熱門話題，但實(shí)際上燒氫本身并不是一個(gè)全新的技術(shù)，GE在韓國(guó)服役的一臺(tái)6B燃機(jī)，采用70%-95%含氫量（按體積計(jì)）的燃料已運(yùn)行20余年。目前，GE在全球已有超過(guò)100臺(tái)采用低熱值含氫燃料機(jī)組在運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行小時(shí)數(shù)超過(guò)800萬(wàn)小時(shí)，其中部分機(jī)組的燃料含氫量超過(guò)50%。
從不同機(jī)型看，GE旗下E/B級(jí)燃機(jī)已具備100%燃?xì)淠芰Γ涔β首畲蟆⒆罡咝У腍A級(jí)燃機(jī)燃?xì)淠芰?0%。GE的目標(biāo)，是在2030年前實(shí)現(xiàn)HA級(jí)燃機(jī)100%燒氫能力。 既然有技術(shù)和實(shí)踐基礎(chǔ)，為什么最新型燃機(jī)仍需要近10年時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)摻氫從50%到100%的跨越？
GE燃?xì)獍l(fā)電集團(tuán)中國(guó)區(qū)產(chǎn)品技術(shù)總經(jīng)理閻福華對(duì)澎湃新聞解釋稱，不同機(jī)型燃?xì)淠芰Φ牟町愔饕獊?lái)自于其燃燒系統(tǒng)的不同。E/B級(jí)燃機(jī)上采用的MNQC（即多噴嘴靜音燃燒系統(tǒng)，擴(kuò)散燃燒技術(shù)），已可以實(shí)現(xiàn)100%燒氫，但在排放的控制和能效上有一定的局限性。而HA級(jí)燃機(jī)使用的DLN2.6e微孔預(yù)混燃燒器可以實(shí)現(xiàn)高效率的高比例摻氫燃燒，同時(shí)控制氮氧化物排放。
2005年，就在頁(yè)巖氣革命爆發(fā)前夜，美國(guó)將氫作為低熱值燃料列入技術(shù)儲(chǔ)備。GE當(dāng)時(shí)申請(qǐng)到美國(guó)能源局專門針對(duì)氫氣燃燒技術(shù)研發(fā)的國(guó)家課題，開發(fā)出微孔預(yù)混燃燒器，并于2016年將該款燃燒器應(yīng)用在了9HA燃?xì)廨啓C(jī)上，即DLN 2.6e燃燒器。就這樣，這款最初因燒氫而生的燃燒器率先被應(yīng)用到以天然氣為燃料的燃機(jī)上。隨著碳中和形勢(shì)推進(jìn)，氫在近兩年持續(xù)走紅，該技術(shù)又支撐了氫和天然氣的結(jié)合燃燒。
閻福華進(jìn)一步分析稱，摻氫從50%到100%，依然有許多技術(shù)難題處于研發(fā)過(guò)程中，總體上包括燃燒技術(shù)、材料技術(shù)、控制技術(shù)、氮氧化物的控制技術(shù)四大類。
首先燃燒方面，氫的比例越高、燃燒面臨的挑戰(zhàn)就越高。DLN 2.6e燃燒器在GE格林威爾試驗(yàn)臺(tái)的嚴(yán)苛測(cè)試中實(shí)現(xiàn)了50%的摻氫燃燒能力，但從試驗(yàn)臺(tái)到電廠現(xiàn)場(chǎng)，仍有較長(zhǎng)的路要走，很多配套設(shè)施，譬如輔機(jī)、密封、管道、通風(fēng)、危險(xiǎn)氣體探測(cè)，以及火焰檢測(cè)等一系列技術(shù)，仍需要在各類型機(jī)組上進(jìn)行驗(yàn)證。
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此外，隨著燃料中氫比例的提高，氫對(duì)管道金屬材料造成的氫脆腐蝕會(huì)加重；控制不僅僅針對(duì)燃機(jī)本身，而是整個(gè)聯(lián)合循環(huán)電廠；燃燒溫度越高，氮氧化物的產(chǎn)生會(huì)越多，摻氫比例逐步提高后，如何將氮氧化物的排放控制在一定范圍內(nèi)，滿足環(huán)保規(guī)范，也是一個(gè)技術(shù)難題。
上述關(guān)鍵核心技術(shù)需要分步驟、按階段不斷突破，和其它技術(shù)在燃機(jī)的應(yīng)用中遵循的規(guī)律一樣，燃機(jī)的摻氫能力提高會(huì)按照階梯式上升，在不斷技術(shù)開發(fā)和驗(yàn)證中持續(xù)進(jìn)步。
據(jù)悉，總體上，GE已經(jīng)研發(fā)出“氫氣摻混控制到燃燒再到尾氣的處理和排放”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，這套方案在示范電廠的現(xiàn)場(chǎng)已進(jìn)行驗(yàn)證。GE認(rèn)為，隨著氫源供給越來(lái)越豐富，示范項(xiàng)目正加快向下一階段邁進(jìn)。
美國(guó)Long Ridge Energy旗下位于俄亥俄州的一座HA級(jí)燃?xì)怆姀S，正嘗試通過(guò)向天然氣燃料中混合氫氣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型。這不僅是美國(guó)首座氫燃料燃機(jī)電廠，也是全球首座實(shí)現(xiàn)摻氫燃燒的HA級(jí)聯(lián)合循環(huán)燃機(jī)電廠。Long Ridge Energy開創(chuàng)了行業(yè)應(yīng)用的先河，其燃機(jī)當(dāng)下已實(shí)現(xiàn)15%-20%比例的摻氫燃燒，并計(jì)劃在2030年具備100%燃?xì)淠芰Α３藶殡娋W(wǎng)供電，該公司還計(jì)劃將這種“低碳”電力供應(yīng)給周邊一些耗電量極高的數(shù)據(jù)中心。
中國(guó)首座摻氫燃燒9HA電廠即將落地廣東惠州，該電站由廣東省能源集團(tuán)旗下的惠州大亞灣石化區(qū)綜合能源站打造，包括兩臺(tái) 9HA.01 重型燃?xì)廨啓C(jī)的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。2023年項(xiàng)目投產(chǎn)后，兩臺(tái)燃機(jī)將采用10%的氫氣摻混比例與天然氣混合燃燒。
以上項(xiàng)目的“示范”意義居多，氫的成本和碳價(jià)將直接決定燃?xì)淙紮C(jī)未來(lái)的市場(chǎng)規(guī)模。由于全球范圍內(nèi)的氫產(chǎn)業(yè)鏈都尚未成熟，目前氫的價(jià)格在40美元百萬(wàn)英熱單位，摻氫并不具備經(jīng)濟(jì)性。
但許欣看好中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及燃?xì)漭啓C(jī)在整體能源系統(tǒng)中的市場(chǎng)空間。“目前制氫的效率并不高，規(guī)模效應(yīng)也未形成。中國(guó)可再生能源的大規(guī)模發(fā)展為綠氫的可及性及規(guī)模效應(yīng)創(chuàng)造了條件。如果制氫的效率和經(jīng)濟(jì)性能夠突破，實(shí)現(xiàn)彎道超車的只有中國(guó)。未來(lái)，實(shí)現(xiàn)純氫燃燒的燃機(jī)會(huì)是新型電力系統(tǒng)的重要支撐，也是解決能源安全問(wèn)題的可行方案。”
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