解构GTF2022丨史炜：航改燃机助力“双碳”目标
华电通用轻型燃机设备有限公司总监史炜在2022年18-19日于上海举办的GTF2022上发表以“航改燃机助力’双碳‘”目标为题的演讲，演讲
华电通用轻型燃机设备有限公司总监史炜在2022年18-19日于上海举办的GTF2022上发表以“航改燃机助力’双碳‘”目标为题的演讲，演讲内容如下：
1.“双碳”背景
很多研究机构为了我国做能源转型或者“双碳”目标战略的设定，对美国、欧洲、日本、韩国等各个国家地区的能源转型做了很多研究。以美国为例，美国在2007年碳排放量已达峰，此后碳排放在逐年下降，至今为止下降超过了30%。在降碳的贡献度方面，30%取决于可再生能源的装机总量增加，超过40%的贡献度来自于煤改气。
对我国而言，燃机将会扮演什么样的角色——一方面从燃机本身来讲一个是燃料的问题，不管是煤改气，还是将来可能气改氢，这是从燃料本身出发解决碳排放问题。另一方面是在新能源装机大幅度增长的情况下，燃机怎样给电力系统或者小型综合能源系统提供足够的支撑，在新型电力系统下提供足够的稳定性，来保障电网的安全稳定。
2.LM航改型燃气轮机发电机组
对航改燃机的一个误区是：有的嘉宾会认为是退役的航空发动机改一下，作为地面的应用。其实不是，新的燃机都是新的引擎，只不过技术来源于航空发动机，尤其是LM航改型燃机是源于波音、空客飞机搭载的航空发动机的技术延伸，所以航改型燃机是继承了航空发动机的所有优点。作为LM系列航改机来讲，自从技术改造之后全球有3千多台的运营业绩，运行时长超过了1亿小时，技术都非常成熟。
在LM系列当中尤其以2500和6000这两个系列是最为大家熟知的，这也是目前华电通用主打的产品系列，全球LM航改燃机应用非常广泛，比如我国西气东输、管线增压有几十台LM2500，美国军舰驱动大多用的LM2500，三菱动力提到的移动电源我们也有TM2500移动式应用，还有国内分布式能源的冷热电三联供的一些应用等。
除此以外是今天的重点——“双碳”目标下有哪些新的应用场景，航改型燃机可以发挥一定的作用。
航改型燃机可提供灵活性和优良的调节性能，是对可再生能源的重要补充，也是新型电力系统的重要支撑。现在光伏风电大幅度增加的情况下，各级政府都要求风电光伏配储能，目前大部分是电池储能。电池的优点是响应速度非常快，短时的调控能力非常好，但实际上不能解决长期的尤其季节性的调峰需求，而这恰恰是燃气轮机的特点，且燃气轮机的占地面积通常比较小，功率密度大，可以布置在用户侧附近，排放污染比较小，最重要的是可靠性高，风电、光伏的容量系数在20-50%之间，而燃机的容量系数可以达到90%以上。
对于电网稳定，航改燃机可以起到哪些作用？稳定电网的关键因素，第一是碳足迹，即碳排放问题，还有消费成本与可靠性，航改型燃机继承了燃机所有的特点，还有一些自己突出的优点，首先，启停非常快速，极端情况下5分钟的快速启动可以及时对电网进行补充，且启停是不折寿命的，不管启停多少次，寿命和维护周期都不受影响；其次就是高效性，航改型燃机效率可达41%，接近H级燃机的效率。高效的情况下，可以有效降低消费成本，另外一点是快速变负荷的能力，负荷变化率可以达到同等级重型燃机的8-10倍；还有最小负荷的问题，即航改型燃机调节范围非常广，对于LM型燃机来讲，本身调节范围原则上来说是0-100，即从0负荷到100%负荷都可以不间断连续调节。
3.LM机组低碳综合能源应用
考虑到新的应用场景，一方面我们大力开发国内客户，比如轻工业、煤化工行业都有自备电厂的需求。需求一方面来自煤改气——很多以前都是燃煤机组，现在有电、热负荷的需求，从天然气角度出发改善，燃机就有了用武之地。以马来西亚理文纸业的一个项目为例，纸业对工艺蒸汽的需求非常大，而且需求连续稳定，我们的设计方案是两台LM2500+G4燃机，2台单压补燃余热锅炉，为什么没有汽轮机？一方面造纸业对热负荷的需求远远大于对电的需求，汽轮机多此一举，虽然其联合循环的效率可能更高，但是汽轮机发的那些电可能不需要；另外把汽轮机去掉之后可以大大简化整厂的设计和布置成本，减少投资。2台燃机加两台单压锅炉最大蒸汽量可以达到240吨/小时，目前在2020年底投产之后运行情况非常好，年度运行超过8200小时。
4.含氢气体燃料应用
煤化工产生的尾气含氢量比较高，氢的应用话题这两年很火热，实际上氢本身不是一个新的话题，只不过这两年“双碳”目标出来之后对氢的谈论增加。LM航改性燃机早已能做到烧氢，比如LM2500系列烧氢含量可达85%，和燃煤相比减碳量可以达到71%。未来各大OEM厂商，预计在2030年前后达到100%的燃氢能力，实现零碳目标。
GE有几十年的燃氢历史，全球有已经超过100台燃机，运行时间超过800万小时，最近在国内广东的2台9HA的机组也将实现掺氢的燃烧。全球100多台实现掺氢燃烧的燃机中19台是LM航改型燃机，其中有13台在中国，所以这个技术在我们来讲是很成熟并且有多年应用经验的。在国内的13台主要应用在焦炉煤气场景，基本上含氢量在50%以上。因为氢和甲烷的成分包括物理特性都不一样，需要各个系统上做出一定的改造，这部分的改造可以是新的设计，也可以在原有旧的基础上改造。燃氢这个事并不是一蹴而就的，不是现在就要烧100%纯氢，目前尤其是绿氢的成本，不可能支持完全烧氢，一点点掺氢从技术上可以通过不断的改造实现。
图4.1 燃烧更高氢气含量的燃料系统可以通过新设计或旧电厂改造完成，可逐步实现纯氢
在现有的情况下，可行的方案是把氢掺入天然气管道，实现部分掺氢应用，达到减碳目的。国家管网等很多机构在做原有天然气管道掺氢的实验，未来管道掺氢是一个远距离输氢的手段，将会是常态。对燃机来讲，也可以对掺氢以后的管道气体直接进行应用。在未来随着技术的提升，制氢、储氢、烧氢成本下降之后，可实现可再生能源制绿氢、燃机燃氢实现完全脱碳的解决方案。
5.综合能源与多能互补
任何一种单一能源都不能解决新型电力系统的问题，燃机可以和风电、光伏、储能电池等其他各种能源进行不同组合搭配，实现多能互补的系统。以美国LM6000风电互补的场景为例，用了4台LM6000给300兆瓦的风电做调峰备用，如图4.2 红色的曲线是燃机的实际功率，很好地匹配了绿色的理想补充曲线，也就是说，LM6000的燃机可以很好地进行负荷跟随，可以用非常大的负荷变化率，来弥补风电的波动性，实现整个电力系统输出的稳定。
图4.2
图4.3是燃机加储能电池应用的场景，和纯的储能电池相比，配置的电池会比较小，比如LM6000是50兆瓦燃机和10兆瓦电池。电网需要响应的时候通过储能电池进行实时的响应，同时启动燃机，由于航改型燃机的特点，可能1-2分钟之后就可以进行加载，前面1-2分钟通过储能电池放电给电网供电，当燃机的负荷开始增加之后，（图4.4）黄色储能的曲线放电量减少，此后逐步递减，以燃机为主给电网供电。解决了调峰问题之后，燃机又可以反向给电池充电，把电池充满之后可以应对下一次的突发情况。我国也在不断完善电力辅助服务的交易机制，提出深度调控的概念，未来深度调控的情况下，补贴是比较高的，但目前这个机制还没有得到很好的完善，让我们拭目以待。
图4.3 EGTTM
图4.4
6.小结
LM航改燃机的灵活性、快速的调节能力可以很好地匹配可再生能源，与可再生能源进行联合部署，我们认为随着制氢、储氢、燃氢各种技术发展与成本的下降，未来很多燃气电厂转型成为燃氢电厂，也能够实现可再生能源制造绿氢、储存、通过燃气的烧氢，给可再生能源进行调峰和互补，实现多能的、稳定的、绿色环保的生态，这是我们对未来的期许。
7.华电通用在行动
华电通用最大的特色是有6条满负荷的测试线，在出厂之前可以实现整个机组的满负荷测试。我们的业务分成了LM、TM、备件以及服务，今天TM没有过多讲解，即TM2500移动式的机组，我们下了更多工夫在本地化上，通过多年努力，本地化服务各个方面都做了很大突破：
销售本地化，我们在国内的业绩有各种各样不同的场景，分布式能源也好，纸业应用也好，我们都可以做一些分享或者提供实地考察。
生产本地化，前面有提到满负荷的动态测试，另外本地化生产在交货期等各个方面，都可以灵活调节满足客户的需求。
服务本地化方面，我们现在已经做到了所有的安装调试包括后期服务的团队，都是以本地化的团队进行，24小时工程师到位，48小时零件到位，很多案例都是客户电话过来，工程师拿着厂里的备件，到现场几个小时解决了问题。
同时我们也在搭建数字化平台，包括了远程诊断中心、仿真机等等，这些数字化的平台我们相信可以在未来给各位提供更多的增值服务，给各位提供更优质的服务和快速的响应。
