2022-10-24-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

一、氢能发电的市场前景与作用

• 氢能是一种来源丰富、应用前景广阔的绿色能源，能实现绿氢与绿电的耦合，促进电网调峰和跨领域储能，满足工业、航空等难以直接电气化的终端用能需求。
• 燃氢燃气轮机是构建新型电力系统的关键设备，通过提供秒级至分钟级的灵活性调节，解决可再生能源的波动性问题，是实现碳中和的重要技术路径。

二、燃氢燃气轮机的技术进展

1. 对现有燃气轮机的改造

   • 多家制造商可实现混合燃料中氢气含量20%-60%的燃烧，部分燃机支持纯氢运行。
   • 关键技术包括：
     • 贫油预混燃烧系统：燃料反应性高，需优化火焰稳定性，降低NOx排放。
     • 燃料灵活性改造：需改进燃料输送、燃烧模块和控制系统。
     • 热声控制：氢的高反应性易引发燃烧不稳定性，需优化燃烧室设计。

2. 新型燃烧技术路线

   • 扩散/稀释燃烧：适用于高比例氢燃烧，但效率可能下降。
   • 环管型燃烧室（如GE、Ansaldo）：实现高氢含量下的低排放燃烧。
   • 纯氢燃烧技术：各国OEM（如GE、Ansaldo、MHI）在实验室和示范项目中验证了纯氢燃烧可行性，NOx控制仍是技术难点。

三、氢能产业链与技术挑战

1. 制氢技术路线

   • 电解水：成本高，需依赖可再生能源。
   • 天然气重整+CCUS：成本较低，经济性较强。
   • 生物质转化+CCUS：潜力大，但技术不够成熟。
   • 纯氢还是天然气部分氧化制氢的应用成本较高。

2. 储氢与输氢

   • 压缩氢、液氢、氨气及有机储氢材料各具优劣，需因地制宜选择。
   • 长距离输氢需天然气管道改造，纯氢输送需新管道建设。

3. 氢气燃烧的挑战

   • 自燃与回火：氢的高反应性易导致燃烧室损坏。
   • NOx控制：氢燃烧温度高，需研发更高效的脱硝技术。
   • 热通道部件寿命：氢燃烧导致传导效率下降，需改进冷却与热防护涂层技术。

四、国际化发展与示范项目

• 欧美日战略

  • 美国：聚焦P2G模式及氢能发电，计划建设全球首座100%燃氢电站。
  • 日本：重点开发氨能燃烧，目标于2030年实现氨燃气轮机商业化。
  • 欧洲：以P2G项目推动绿氢发电，德国计划建设100MW级P2G示范厂。

• 示范项目案例

  • 西门子SGT-600系列：已验证60%氢混合燃烧。
  • 安萨尔多GT36：支持纯氢燃烧，NEC项目计划优化100%燃氢燃烧系统。
  • 华天航动：研发富氢燃烧预混技术，计划2024年完成试验验证。

五、结论与建议

1. 技术发展方向：
   • 重点突破高比例氢燃烧的低NOx排放及热通道部件适应性。
   • 需加强热声控制、防回火设计和氢脆材料技术。
2. 政策与产业推动：
   • 各国应联合开发燃氢燃气轮机燃烧基础数据库。
   • 推广P2G模式，通过财政补贴与标准制定加速商业化。
3. 技术创新建议：
   • 开发混合燃烧技术（扩散/预混联动），兼顾灵活性与排放控制。
   • 协调OEM、研究机构与能源企业合作，缩短技术落地周期。

本报告编委会：全球能源互联网组织、中科院力学所、国家电投等单位联合编制，为氢能发电技术研发提供战略性参考。