【全球能源互联网发展合作组织】燃气轮机氢能发电全球技术发展蓝皮书_32页_10mb

燃气轮机氢能发电全球技术发展蓝皮书总结

核心内容

氢能作为一种来源丰富、应用前景广阔的绿色清洁能源，能够帮助可再生能源大规模消纳、实现电网调峰和跨季节、跨地域储能。氢燃气轮机作为未来新型电力系统的重要设备，是实现碳中和的主要技术路径之一。全球范围内，燃氢燃气轮机技术（P2G2P）正在快速发展，国内也已引起高度关注。

本报告全面梳理了全球主要燃气轮机厂商的技术进展，包括安萨尔多、贝克休斯、通用电气、华天航空动力、曼能源、三菱日立、西门子和索拉透平等，分析了氢能电厂的产业基础、氢气燃烧技术、现有燃气轮机的改造及燃氢燃气轮机的技术前景，并探讨了欧美日等国在该领域的战略发展。

主要观点

1. 氢能与能源转型

   • 氢能是连接清洁能源和难以直接用电终端用能领域的重要纽带。
   • 燃氢燃气轮机可以增强电力系统的灵活性，解决新能源波动性带来的问题。
   • 燃氢燃气轮机能够提高电力系统的安全稳定性，支持传统机组退出后的系统运行。

2. 氢与电的关系

   • 绿氢的生产依赖于绿电，两者均是可再生能源的重要形式。
   • 氢能可以作为绿电的延伸，间接提升终端电气化水平。
   • 电氢耦合有助于构建多能源品种的零碳能源供应体系，提高系统灵活性。

3. 燃氢燃气轮机的作用

   • 燃氢燃气轮机能够显著增强电力系统的运行灵活性，解决新能源波动带来的挑战。
   • 它可以提升电力系统的供应保障能力，特别是在风光装机占比提高时。
   • 燃氢燃气轮机可以作为同步发电机，提供良好的频率和电压支撑能力。

关键信息

燃氢燃气轮机的优点

• 灵活性：适用于多种燃料混合，支持高比例氢气燃烧。
• 适应性：可与现有燃气轮机结合，实现低成本改造。
• 环保性：燃烧氢气可减少碳排放，支持零碳排放目标。
• 可扩展性：适用于从小型分散系统到大型集中系统的各种应用场景。

氢能电厂的产业基础

• 氢气生产：包括电解水、天然气重整、固体燃料气化、生物质转化等。
• 储氢和输氢：主要方式包括压缩气态氢、液化氢、氨和液体有机物储氢。
• 氢气供应稳定性：需考虑氢气的储存和运输，以确保稳定供应。
• 安装与调试标准：目前尚不完善，需制定相关规范以支持氢能发电厂的建设。

氢气燃烧技术

• 扩散燃烧：可燃烧高达100%氢气，但效率较低，NOx排放较高。
• 贫油预混燃烧：燃烧效率高，适用于高氢比例燃料，但技术尚不成熟。
• 稀释剂应用：通过水、蒸汽或氮气稀释可降低NOx排放。
• 热声震荡：氢气燃烧可能引发热声震荡，需进行抑制研究。

现有燃气轮机的改造

• 燃料灵活性：不同燃机对氢气含量的适应性不同，需进行系统评估。
• 改造方案：包括燃烧室、燃料控制系统、压气机和喷嘴等的调整。
• 经济性：利用现有部件可降低改造成本。
• 性能影响：氢气燃烧可能影响热通道部件寿命，需优化冷却系统。

燃氢燃气轮机的技术进展

• 安萨尔多：GT36 H级燃机可适应0-50%氢气，AE94.3A可适应25%氢气。
• 贝克休斯：NovaLT系列支持高比例氢气燃烧，已进行100%氢气试验。
• 通用电气：DLN2.6e燃烧系统可支持50%氢气，未来有望达到100%。
• 华天航空动力：采用贫燃旋流多点直喷技术，实现高氢比例燃烧。
• 曼能源：THM和MGT系列燃机可适应20-50%氢气混合物。
• 三菱日立：开发了多种燃烧室类型，包括扩散型和多喷嘴燃烧室。
• 西门子：SGT系列燃机可适应不同氢气比例，如15-60%。
• 索拉透平：在Titan 130等燃机中积累了高比例氢气燃烧经验。

欧美日等国发展战略

• 美国：能源部支持氢能研究，推动氢燃烧技术的开发和应用。
• 日本：制定“基础氢能战略”，推动燃氢燃气轮机和氢能供应链的发展。
• 欧洲：多个国家开展氢能燃烧试验，如Hotflex和EnableH2项目，推动氢气在航空、发电等领域的应用。

结论

燃氢燃气轮机是实现碳中和和构建新型电力系统的关键技术。随着氢能产业链的完善和技术的不断进步，燃氢燃气轮机将在未来能源系统中发挥越来越重要的作用。然而，实现全面商业化仍需克服技术、经济和标准等方面的挑战。