近年来，我国能源转型迅速推进，以减少对传统化石燃料的依赖，提高能源利用效率，保护环境为目标。在这一过程中，国产燃气轮机崭露头角，成为我国能源转型的重要支撑。

国产燃气轮机具备高效能源转化的优势。相比传统的燃煤发电，燃气轮机利用燃气燃烧产生的高温高压气体驱动涡轮，直接转化为电能，能源转化效率高达40%以上。而且，燃气轮机具备快速启动、停机和负荷调节的能力，适应性强，能够更好地满足电力系统对能源供应的需求。国产燃气轮机具备清洁环保的特点。燃气燃烧过程中产生的废气中，二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放量较低，减少了对大气环境的污染。此外，燃气轮机的噪音较低，对周边环境的影响也较小。这些特点使得国产燃气轮机成为清洁能源发电的理想选择，有助于改善我国能源结构，减少环境污染。再次，国产燃气轮机具备自主创新的能力。我国燃气轮机制造企业通过技术创新，不断提高产品的性能和质量。目前，我国已经拥有多个具备自主知识产权的燃气轮机型号，涵盖了不同功率范围和应用领域。这些自主创新的成果，不仅提升了我国燃气轮机的市场竞争力，也为我国能源转型提供了坚实的技术支撑。

当前，我国燃气轮机的几种主要机型能够覆盖分布式能源、调峰电站、管输增压、煤化工、风光互补、生物质气化联合循环、移动电源车等领域的应用。未来，燃气轮机对新型电力系统的支撑作用或将越发显现。

加速燃气轮机发电和可再生能源战略部署

“十四五”期间将是中国发展天然气发电产业的战略“窗口期”。2022年3月22日，国家发改委、国家能源局发布《“十四五”现代能源体系规划》，指出“十四五”时期现代能源体系建设的主要目标，强调能源保障更加安全有力。到2025年，国内天然气年产量达到2300亿立方米以上，发电装机总容量达到约30亿千瓦，能源储备体系更加完善，能源自主供给能力进一步增强。《中国天然气发展报告（2021）》预测，到2025年，中国燃气轮机发电装机容量将会突破1.5亿千瓦，占总装机容量的6%左右。

据中国航发燃机副总经理杨军介绍，与同功率火电机组相比，110兆瓦重型燃气轮机一年可减少碳排放超过100万吨，联合循环一小时发电量超过15万千瓦，可以满足1500个家庭一天的用电量。

近年来，燃气轮机在分布式能源、管输增压、煤化工、风光互补、生物质气化联合循环、移动电源车领域应用广泛，极大限度地利用燃气资源，实现能源综合利用。

“随着我国燃气轮机发电容量快速发展，自主研制重型燃气轮机打破了国外技术垄断，对实现‘双碳’目标、保障国家能源安全、助力高质量发展具有重大战略意义。”中国工程院院士刘大响此前表示。

中国航发燃机副总经理赵勇表示，未来10年，全球燃气轮机将主要在燃烧、结构材料和涂层、增材制造、热管理、非常规热力学循环、仿真和实验验证、系统集成、维修、数字孪生和应用场景拓展等技术领域开展进一步研究。

GE表示，燃气轮机发电将继续为负荷中心煤电机组的淘汰提供替代选择；同时，灵活高效的天然气分布式能源站将为产业园区、物流园区、旅游服务区、大型商业设施、交通枢纽、学校、医院等区域供能提供可靠支撑；此外，气电还将与风电、光伏发电等其他可再生能源相结合实现多能互补，成为电网灵活性调峰资源的重要组成部分。

从国内外市场来看，燃气发电持续发展的动力较为充足。第一个推动因素是减少碳排放。相较于天然气资源来说，国内煤炭资源更为充足，受国际市场影响也要更小，但天然气发电替换并淘汰煤电机组仍是一个更好的选择。许欣认为，在一些特定场景下，比如市中心不能继续烧煤，但又需要大容量、有效可靠的电源支撑点，燃气轮机仍然是一个好的选项。

第二个推动因素是大量的可再生能源接入电网后需要有效的支撑。目前已有的一些储能方式存在一定限制。如抽水蓄能受到场地因素限制，电化学储能从现有规模和时间效应上来说也有一定限制。所以，在一些电源点上，如果负荷中心需要支撑的话，燃气轮机是一个很好的选择。

第三个推动因素，是可再生能源制氢作为一种储能方式，再用产生的氢给燃气轮机提供燃料。这三方面都在推动燃气轮机不断向前发展。

技术可满足多应用场景，成套研发体系待建立

燃气轮机应用场景广泛。例如，中国航发燃机主要机型太行7系列燃气轮机，体积小、启动快、运行维护方便、便于集中控制、燃料适应性强，可应用于分布式能源、海上平台、机械驱动、备用电源等领域；太行25燃气轮机具有可靠性高、效率高、排放低、耐海洋性气候腐蚀等优点，可用于天然气管道输送、分布式供能、中低热值、海上平台等领域。

“随着煤化工行业大力发展，高效利用其伴生气、尾气是当务之急。”中国航发燃机副总经理袁平介绍，“太行110重型燃气轮机利用煤化工生产过程中的伴生气、尾气，不仅可以用来发电，还可利用余热锅炉产生蒸汽供热，燃料综合利用效率85%以上，灵活调整发电和蒸汽量，自动化程度高、排放低，能够实现能源的综合梯级利用。”

在生物质发电方面，以新疆地区为例，将生物质气化技术和燃气蒸汽联合循环相结合，利用生物质气化后的可燃组分，净化后送给燃气轮机进行联合循环发电。“生物质气化联合循环系统具有发电及运行成本低廉、自动化水平高等特点，能够解决新疆地区庞大的棉杆等生物质应用需求。此外，生物质燃料部分取代燃煤，减少了二氧化碳、二氧化硫的排放，符合节能减排要求。”赵勇说。

杨军进一步指出，太行7燃气轮机移动电源车具有运行稳定可靠、燃料适用性强、加载能力突出、环境适应性强、可灵活移动等特点，可以用于临时或紧急电力供应，如应急抢修、露天活动等场景，也可用于油气田钻井、开采等野外勘探作业，以实现偏远地区电力供应，满足各种场景下的电力需求。

“燃气轮机对保障国家能源安全、改善能源结构和环境可持续发展具有重要意义。”中国航发集团重大专项工程部副部长江勇表示，由于其便于接近负荷中心，提高供电可靠性，是可替代传统煤电的基荷能源和保障电力系统安全稳定可靠的环保低碳能源，作为未来新型电力系统的重要支撑，燃气轮机发电会愈发重要。

赵勇指出，未来燃气轮机的发展将在燃烧、数字孪生、健康监测等方向上布局。“未来，在低排放技术上，应继续开展太行7、太行25、太行110燃机产品整机验证及优化改进，不断充实完善低排放燃烧技术及验证平台；在双燃料技术上，继续开展太行7、太行25燃机双燃料切换控制优化及整机验证，并完成技术迁移和推广；在燃料多样性方向上，探索生物燃料燃烧技术，提高可再生能源开发。同时，持续开展纯氢燃料燃烧组织技术和热声振荡控制技术研究。在材料和涂层技术方面，后续将开展重燃用大尺寸定向柱晶空心透平叶片材料与精密铸造技术研究，针对涂层、渗层、热处理工艺对高温合金定向叶片组织性能的影响及其工艺相容性进行技术攻关；仿真与验证技术方面，后续开展F级重燃研制，满足新型电力系统对可靠调峰电源的需求。”

在成套、运维和维修技术发展方面，新疆颐天热电有限公司董事长濮鉴光认为，我国燃气轮机成套设计研发能力、成套设计标准规范亟待加强和制定，应构建成套的研发体系。“此外，开展燃气轮机先进控制技术、故障预测及全寿命健康管理技术的研究和工程实施，建设燃机控制技术创新平台，实现具有世界领先水平的燃机控制产品的完全自主可控。”

零碳技术是燃气轮机发电发展的重要选择

许欣表示，放眼未来，零碳技术是燃气轮机发电发展的重要技术选择，零碳技术的突破将为燃气轮机发电发展换取新的空间。现役或新建的燃气轮机电厂都可以通过使用氢气作为燃料或者采用碳捕获、利用与封存（CCUS）技术，实现燃气轮机电厂从低碳到零碳电源过渡。他说：“GE希望持续推进的电力市场体系改革为气电发展提供更好的支撑，满足各地燃气轮机发电发展的需求。在有关政策的鼓励支持下，加强多方合作，促进燃气轮机发电与风电、光伏、氢能等多种资源的融合，实现协同发展。”

随着全球CCUS技术不断发展，CCUS有望成为燃气轮机电厂实现更低碳排放的重要方式。GE通过CCUS技术，将捕集的二氧化碳广泛应用于各种领域，实现资源化利用，探索燃气轮机发电由“低碳”向“零碳”能源的过渡。

据GE介绍，在掺氢燃烧方面，全球已有超过100台GE燃氢及低热值燃料机组在运行，累计运行小时数超过800万小时。GE的HA燃气轮机机组目前已经具备50%掺氢燃烧的能力，HA级燃气轮机也计划在2030年实现100%纯氢燃烧。广东省能源集团旗下的惠州大亚湾石化区综合能源站将运行两台套9HA.01重型燃气轮机联合循环机组。2023年项目投产后，两台燃气轮机将采用10%（按体积计算）的氢气掺混比例与天然气混合燃烧，成为中国首座掺氢燃烧的9HA电厂。

零碳技术的发展为天然气发电提供了增长的发展空间，GE燃气发电集团中国区产品技术总经理阎福华介绍了GE零碳技术的演进路线。他说：“目前国际上来看煤电的碳排放强度基本上是每度电1000g，GE零碳技术的第一步，是用现在的天然气发电技术来替代煤电。经过我们的测算，天然气发电代替煤电可以减少45%的碳排放强度。第二步，利用现在最先进的HA燃气轮机。GE最先进的9HA.02燃气轮机联合循环效率已经到了64%，如果用该HA燃气轮机来替代煤电，可以减少60%的碳排放强度。第三步，现在GE的HA燃气轮机已经具备了烧氢能力，目前的系统设计已经具备50%的烧氢能力，如果把GE的HA联合循环加上50%的烧氢能力结合起来，可以实现减碳69%。第四步，如果把GE的HA联合循环加上碳捕捉的技术，其中90%的碳用碳捕捉技术捕捉掉的话，可以实现97%的碳减排。第五步，在2030年前，GE的HA燃气轮机会实现100%的烧氢能力，到那个时候GE燃气轮机就会实现零碳排放。”

燃氢是未来燃气轮机向低碳和零碳目标过渡的主要方式。但目前，氢气作为燃气轮机的主要燃料存在着一些困难。据阎福华介绍，氢燃料运用困难的一大原因是氢跟天然气相比是低热值燃料，燃烧温度高。其次，氢在高温和高压下对金属材料有很强的腐蚀作用，会引起金属材料的氢脆，对管道、法兰、密封等材料都有非常高的要求。而且，氢的制备、储存、运输还有一定的困难，从产、供、销、处理上还没有形成一个成熟的产业链。同时，氢燃料的价格还没有达到大规模商用的程度。

阎福华认为，无论从技术储备和研发上还是示范项目的进展方面，GE对于燃气轮机到2030年实现100%的烧氢目标非常有信心。

文章来源： ​中国能源报，南方能源观察，智燃网