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近年來，燃氣輪機摻氫燃燒這項老技術已成為天然氣發電領域的新熱潮。在天然氣中添加氫氣可以顯著減少溫室氣體的總排放，并減少天然氣作為化石燃料的消耗。依托成熟的燃氣發電設備基礎設施，逐步加大摻氫比例向氫能源過度，最終將靈活高效的燃氣輪機轉變為完全零碳排放的燃氫輪機。
對于世界可再生能源領頭羊中國來說，燃氣輪機摻氫和純氫燃燒的價值更具想象力：大規模清潔能源的發展有望加速綠色氫氣制備的效率和經濟性，采用富氫燃料通過燃氣輪機發電，有助于減少天然氣的外部依賴，減少發電領域的二氧化碳排放。近年來，世界主要燃氣輪機廠商正在積極提高燃機的摻氫燃燒能力，開辟新的市場空間。中國是加快新技術實施的重要目標市場。
“燃機燒氫不是一個新鮮事物，在化工、煉鋼流程里產生的低熱值伴生氣，含氫比例非常高。” GE燃氣發電服務中國區總經理許欣近日表示，氫能是近年來的熱門話題，但實際上，燃氫本身并不是一項全新的技術。GE在韓國服役的6B燃機使用了70%-95%的含氫燃料(按體積計算)已經運行了20多年。目前，GE在全球已有100多臺低熱值含氫燃料機組運行，累計運行時間超過800萬小時，部分機組燃料含氫量超過50%。
從不同的機型來看，GE的E/B級燃機具有100%的燃氫能力，其功率最大、最高效的HA級燃機燃氫能力為50%。GE的目標是在2030年之前實現100%的HA級燃氣發動機燒氫能力。既然有技術和實踐的基礎，為什么最新的燃機還需要近10年的時間才能實現50%到100%的摻氫跨越？
GE燃氣發電集團中國區產品技術總經理閻福華表示，不同型號的燃氫能力差異主要來自不同的燃燒系統。E/B級燃機上使用的MNQC(即多噴嘴靜音燃燒系統和擴散燃燒技術)可以實現100%的燒氫，但在排放控制和能源效率方面存在一定的局限性。HA級燃機中使用的DLN2.6e微孔預混燃燒器可以在控制氮氧化物排放的同時實現高效率、高比例的摻氫燃燒。
2005年，頁巖氣革命爆發前夕，美國將氫氣作為一種低熱值燃料納入技術儲備。當時，GE向美國能源局申請開發一種微孔預混燃燒器，該微孔預混燃燒器專門用于氫燃燒技術的研究和開發。2016年，該燃燒器應用于9HA燃氣輪機，即DLN 2.6e燃燒器。通過這種方式，這種最初由于燃燒氫氣而產生的燃燒器首先應用于以天然氣為燃料的燃機中。隨著碳中和的發展，氫在過去兩年中持續走紅，該技術支持氫與天然氣的結合燃燒。
閻福華進一步分析，在研發過程中，摻氫由50%到100%仍存在許多技術問題，包括燃燒技術、材料技術、控制技術和氮氧化物控制技術。
首先，在燃燒方面，氫氣的比例越高，燃燒面臨的挑戰就越高。在GE格林威爾試驗臺的嚴格試驗中，DLN2.6E燃燒器實現了50%的摻氫燃燒能力，但從試驗臺到電廠現場還有很長的路要走。輔機、密封、管道、通風、危險氣體檢測、火焰檢測等多種配套設施仍需在各類型機組上進行驗證。
此外，隨著燃料中氫比例的增加，氫對管道金屬材料的氫脆性腐蝕會增加；控制不僅針對燃機本身，而是針對整個聯合循環電廠；燃燒溫度越高，產生的氮氧化物越多。隨著摻氫比例的逐步提高，如何將氮氧化物排放控制在一定范圍內，符合環保規范也是一個技術難題。
上述關鍵核心技術需要逐步突破。與燃機在其他技術應用中遵循的規律一樣，燃機的摻氫能力將逐步提高，并在持續的技術開發和驗證中不斷進步。
據報道，總體而言，GE開發了“氫氣摻混控制到燃燒再到尾氣的處理和排放”一套完整的燃機電廠燃氫方案，涉及主機、輔機、系統控制等方面，已在示范電廠現場驗證。GE認為，隨著氫源供應的增加，示范項目正在加速進入下一階段。
位于俄亥俄州的美國Long Ridge Energy旗下的HA級燃氣電廠正試圖通過將氫氣混合到天然氣燃料中來實現低碳轉型。這不僅是美國第一座氫燃料燃機電廠，也是世界上第一座實現摻氫燃燒的HA級聯合循環燃料電廠。Long Ridge Energy開創了行業應用的先河。目前，其燃機已經實現了15%-20%的摻氫燃燒，并計劃在2030年實現100%的燒氫能力。除了為電網供電，該公司還計劃向周邊一些耗電量極高的數據中心供電。
中國第一座摻氫燃燒9HA電廠即將落地廣東省惠州市，該電站由廣東省能源集團子公司惠州大亞灣石化區綜合能源站建造，包括兩臺9HA.01重型燃氣輪機的聯合循環機組。2023年項目投產后，兩臺燃機將采用10%的氫氣摻混比例與天然氣混合燃燒。
上述項目的示范意義居多，氫氣的成本和碳價格將直接決定未來燃氫燃機的市場規模。由于全球氫能產業鏈尚未成熟，目前氫的價格讓摻氫并不經濟。
然而，許欣對中國氫能產業的發展前景和燃氫輪機在整個能源系統中的市場空間持樂觀態度。“目前，制氫效率不高，規模效應尚未形成。中國可再生能源的大規模發展為綠氫的可及性和規模效應創造了條件。如果能夠突破制氫的效率和經濟性，只有中國能夠在彎道上超車。未來，實現純氫燃燒的燃機會是新型電力系統的重要支撐，也是解決能源安全問題的可行方案。”
