史煒：LM航改型燃機與低碳綜合能源

編者按：2021年12月7-8日，以“雙碳目標下的智慧方案與行業(yè)機遇”為主題的第十七屆中國分布式能源國際論壇于西安召開(kāi)。本次會(huì )議由中國能源研究會(huì )分布式能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、中國能源網(wǎng)主辦，陜西分布式能源股份有限公司聯(lián)合主辦。會(huì )上，華電通用輕型燃機設備有限公司技術(shù)部經(jīng)理史煒發(fā)表了“LM航改型燃機與低碳綜合能源”的主旨演講。以下內容根據大會(huì )演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

主持人 潘志剛：下面有請華電通用輕型燃機設備有限公司技術(shù)部經(jīng)理史煒與大家分享《LM航改型燃機與低碳綜合能源》，大家歡迎。

史煒：尊敬的各位嘉賓，大家上午好!

首先做個(gè)簡(jiǎn)單的自我介紹，我是來(lái)自華電通用輕型燃機設備有限公司，我叫史煒，非常感謝組委會(huì )給了我們這樣一個(gè)交流、探討、學(xué)習的平臺。另外一個(gè)感謝，也是很湊巧，把我們兩位同姓的放在了一起，前面是來(lái)自康明斯的史總，我也姓史，這個(gè)姓并不多見(jiàn)，也是很榮幸。

我今天分享的題目叫《LM航改型燃機與低碳綜合能源》，其實(shí)大家這兩天也一直都在這邊做這樣一個(gè)探討，關(guān)于我們“雙碳”背景，關(guān)于我們的目標等等，所以在這邊我就不過(guò)多地贅述了，“雙碳”目標我相信大家都非常清楚。只不過(guò)我們國家相對于歐盟、美國，我們碳達峰到碳中和的時(shí)間更短，所以我們大家也在互相探討分布式能源，包括綜合能源接下來(lái)怎么走。

我相信大家目前都有一個(gè)共識，未來(lái)新能源會(huì )有一個(gè)非?？焖俚陌l(fā)展，這也是我們國家能源轉型的根本途徑，我們叫電力生產(chǎn)清潔化。各個(gè)不同機構的統計可能會(huì )有一些區別，但是大部分，到2030年也好，2050、2060年也好，新能源的裝機占比會(huì )非常高。中科院的報告當中，2050年清潔能源的裝機會(huì )達到83%，在2030年就會(huì )超過(guò)50%。

清潔能源的發(fā)展也會(huì )給電網(wǎng)帶來(lái)很多挑戰，從美國的能源轉型來(lái)看，其實(shí)美國是在2007年就碳達峰了，2007年之后一直在做減碳的活動(dòng)。美國這么一個(gè)情況，跟2005年相比，從可再生能源的增加，達到減碳是在32%左右，其他的都是歸根于煤改氣還有其他一些減排的措施。

所以從這個(gè)角度來(lái)看，我們認為首先天然氣肯定不是已經(jīng)淘汰的能源，它在我們能源轉型的過(guò)程當中是非常重要的一個(gè)過(guò)渡能源。未來(lái)氫又是大家非常熱衷于討論的話(huà)題，后面我也會(huì )跟大家分享一些LM航改型燃機在燃氫方面的應用。

前面我們也有來(lái)自同行和中航方的燃氣，它也是航改型的燃機，前面也已經(jīng)聊到了這個(gè)東西。作為我們華電通用來(lái)講，引進(jìn)了公司20000-50000千瓦，M2500以及M6000這兩個(gè)系列航改型燃機發(fā)電機組。對這兩個(gè)航改型燃機發(fā)電機組，大家平時(shí)都坐播音、空客，其實(shí)來(lái)源于航空的發(fā)電機。

當然我們也很榮幸看到中航外燃機在國產(chǎn)燃機的開(kāi)發(fā)道路上邁出了堅實(shí)的一步，我們希望在市場(chǎng)當中會(huì )有更多的機型來(lái)參與競爭，也是對于用戶(hù)，對于客戶(hù)來(lái)講，是一個(gè)很好的機會(huì )。

對于航改型燃機，我稍微多做一點(diǎn)補充，其實(shí)區別于重型燃機來(lái)講，首先它有一個(gè)多軸的設計，多軸的設計使得啟動(dòng)非常的快速，然后復合的調節非常的靈活，在部分復合下面更加高效、安全。用多軸設計，比如高速軸可以達到一萬(wàn)轉左右，這個(gè)可以靈活調節的一根軸。

另外的低速軸連接發(fā)電機，可以保持在3000轉或者3600轉，也就是50、60赫茲這么一個(gè)穩定的運行，所以它通過(guò)調節高速軸來(lái)進(jìn)行燃機機組復合等等的調節，相對來(lái)說(shuō)更加靈活。

第二，它適合無(wú)限次的起停，不損傷壽命，我們知道重型燃機都有一個(gè)等效運行小時(shí)的概念，所以它的起停也好，包括其他一些因素對它的設備壽命產(chǎn)生折損，對于航改型燃機來(lái)講，因為它大量采用航空的合金材料，大家也都知道一架飛機一天要跑好幾個(gè)地方。所以它的起停等等，都非常靈活，這也是我們說(shuō)航改型燃氣繼承了航空發(fā)動(dòng)機的特點(diǎn)。

右邊這張圖，航改型燃機引擎本體非常小，所以它的機組、模塊化的設計占地也都非常小。我補充這么幾點(diǎn)跟我后面講的內容非常有關(guān)系，就是LM機組在低碳綜合能源的應用。

首先跟大家分享一下，關(guān)于氫方面的應用，當然這跟我們航改型燃機應用的場(chǎng)景很多，包括之前的分布式能源，包括我們西氣東輸的管道，中國應該有70多臺2500，用于西氣東輸的管道輸送，包括美國的驅逐艦，用的也是LM2500的航改型燃機。

對于燃機減碳來(lái)講，我們說(shuō)主要可以從前端和后端。前端采用低碳燃料，包括氫氣、包括合成氣，包括氨氣等等，這些不含碳的燃料。另外對于后端來(lái)講，無(wú)非就是采用碳捕集、碳封存的技術(shù)。

氫作為大家探討非常多的能源，這個(gè)燃機全球已經(jīng)有超過(guò)110臺運用于含氫燃料的發(fā)電。其中有19臺是LM的航改燃機，這19臺當中有13臺在中國，主要應用于焦爐煤氣的場(chǎng)景。因為大家也知道焦爐煤氣，包括其他的一些化工，包括鋼鐵產(chǎn)業(yè)來(lái)講，它排放的尾氣含氫量比較高，像焦爐煤氣大概是在60%左右。包括我們最近收到一些國內用戶(hù)，一些化工廠(chǎng)等等，原來(lái)的尾氣也不利用，就直接進(jìn)行排放。

其實(shí)有些氫，雖然我們叫它灰氫，但是它的純度也非常高。對于燃機來(lái)講，當然它不挑，純度高還是低都可以燒。從這個(gè)角度來(lái)講，這部分的灰氫也好，包括將來(lái)的綠氫也好，都可以在燃機當中進(jìn)行燃燒和再利用的方式。

以氫氣作為燃料，它的發(fā)展歷程也非常早，其實(shí)從上世紀的八九十年代就開(kāi)始了，大家可以看到有很多合成器也好，包括煤化工的氣體等等，只不過(guò)這兩年因為“雙碳”目標的提出以后，氫變成了一個(gè)非常熱門(mén)的話(huà)題，再次回到大家的視野，所以我們現在也是重點(diǎn)討論這個(gè)氫的問(wèn)題。

LM燃機目前的燃氫能力，在LM2500最高的摻氫比例可以達到85%，當然未來(lái)的目標，其實(shí)各大廠(chǎng)商基本上都有一個(gè)共識，就是2030年之前達到100%燒氫的能力。我看到有一些內燃機其實(shí)已經(jīng)在接近100%燃氫的能力，我相信都是大家共同的目標，未來(lái)的目標都是可以燒100%的氫氣。

很重要的一點(diǎn)，對于含氫燃料的系統設計，它需要考慮很多不同的因素，因為氫氣與甲烷的特性不同，所以我們說(shuō)含氫燃料的燃機，對它的燃燒系統，包括火焰探測系統、控制系統、電閘安全系統等等，都需要做出一系列的改造。但是有一點(diǎn)，首先這個(gè)系統可以是新設計的，也可以在我們目前的，以天然氣為燃料的燃機電場(chǎng)進(jìn)行一些改造，包括昨天也有行業(yè)的同仁提到，我們在新建電場(chǎng)的時(shí)候，可能會(huì )把未來(lái)，有可能摻氫燃燒，或者純氫燃燒作為考慮的前提，減少以后我們在改造的過(guò)程當中所增加的成本，所以這也是非常重要的一點(diǎn)。

可能對于現階段來(lái)講，因為制氫、儲氫各個(gè)方面的技術(shù)還沒(méi)有完全成熟，包括達到商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化之前，它的成本目前還偏高。但是目前可行的解決方案，就是將氫氣摻入現有的燃氣電閘系統，包括國家管網(wǎng)也好，包括有些地方也是在做這樣一些實(shí)驗。在我們原來(lái)的天然氣管網(wǎng)當中摻入10%、20%的氫氣，可以作為我們氫氣的輸送。另外一方面也可以作為混合氣的燃料，用內燃機進(jìn)行摻混的燃燒，達到節能減排降碳的作用。

未來(lái)隨著(zhù)氫氣各方面的技術(shù)成熟，有可能達到安全脫碳的綠色解決方案，通過(guò)可再生能源、電解水、制氫，還有氫氣進(jìn)入到管道也好，或者就地進(jìn)行一個(gè)消納，同時(shí)燃氣輪機發(fā)電。

大家可能會(huì )有一個(gè)疑惑，又是電解水制氫，再把氫放到燃機里面燃燒，這是一個(gè)什么意思，我們說(shuō)多次的能源轉化，效率越來(lái)越低。但是實(shí)際上我們可以看到可再生能源制氫會(huì )有一些余電，可以通過(guò)余電進(jìn)行制氫，變成氫以后作為一個(gè)存儲，它從空間上、從時(shí)間上，因為氫存儲以后可以運輸，也可以在當地消納。從空間、時(shí)間上有一個(gè)時(shí)間差，比如說(shuō)風(fēng)電光伏缺電的時(shí)候，我們通過(guò)把氫進(jìn)一步燃燒，對風(fēng)光進(jìn)行互補的作用。

所以關(guān)于綜合能源多能互補，我剛剛簡(jiǎn)單開(kāi)了一個(gè)頭，對于我們說(shuō)新能源的比例越來(lái)越高，對我們電力系統產(chǎn)生了更多的挑戰，也存在著(zhù)更多的安全風(fēng)險。其實(shí)剛剛史總也提到了，有的同仁說(shuō)我們有了風(fēng)和光之后，就不需要其他的能源或者其他的電力系統，這個(gè)顯然是不成立的說(shuō)法。我們說(shuō)未來(lái)以新能源為主的新型電力系統，必然是綜合能源的系統，風(fēng)力也好、光伏也好，它的特點(diǎn)就是間歇性、波動(dòng)性和隨機性，它的不可控因素非常多。

我們怎么解決由于風(fēng)光大幅增加之后的波動(dòng)性和隨機性?我們就需要調峰這些技術(shù)，當然可以通過(guò)儲能和其他方式，這都是我們綜合利用的方式。首先這一個(gè)，我們對于它的波動(dòng)性怎么解決。我們在美國加州白天，因為風(fēng)電光伏裝機容量很高，白天對于新能源來(lái)講，可以提供很大的電力。但是在傍晚，在風(fēng)電光伏降低的時(shí)候，但是正好又是一個(gè)用電高峰，這個(gè)時(shí)候所需要的調峰電力非常多，怎么解決這個(gè)問(wèn)題?

另外就是系統頻率穩定性的問(wèn)題，風(fēng)電光伏也好，通過(guò)直流是沒(méi)有辦法提供頻率的調節，但是我們國家，比如50赫茲交流電，接入的直流功率和新能源功率的增加，平流穩定性就會(huì )相應地下降。大家也可以看到藍色的曲線(xiàn)和紅色的曲線(xiàn)，也就是預測了我們在新能源裝機增加以后，它的頻率對于我們說(shuō)50赫茲的偏離情況，也是越來(lái)越大。

新型現代化電力系統需要靈活的調節電源，然后跟新能源裝機進(jìn)行互補的運行。一方面有利于促進(jìn)新能源的消納，另一方面也可以給我們系統安全提供必要的頻率，電壓響應以及轉動(dòng)慣量的支撐，這個(gè)轉動(dòng)慣量的支撐很重要，非常重要，因為我們說(shuō)這個(gè)轉動(dòng)慣量只有通過(guò)這樣的一些旋轉設備它可以提供給我們系統提供這樣的慣性，不然會(huì )產(chǎn)生非常大的波動(dòng)，所以說(shuō)對于新能源發(fā)電占比超過(guò)50%以上的必須配置足夠數量的靈活性調節電源，與新能源機組互補運行，才能滿(mǎn)足系統安全可靠的供電要求。

航改型燃機它的特性我前面提到，它的靈活調節性能、起停的快速，正好非常匹配電網(wǎng)穩定性的需求，大家可能聽(tīng)到電網(wǎng)輔助服務(wù)的概念，雖然我們國家電網(wǎng)輔助服務(wù)的市場(chǎng)啟動(dòng)比較晚，但是市場(chǎng)化也在逐步建立，我們對于電網(wǎng)穩定提供這類(lèi)的輔助服務(wù)，都是可以得到政府的一些補貼各個(gè)方面的一些因素，我們說(shuō)航改燃機除了在前面各位提到的聯(lián)合循環(huán)當中的一些應用，它的調峰能力、調頻能力也是非常強的。

對于現代化的綜合能源系統必然是區別于我們以前集中式的供電系統，必然有常規和可再生能源分布式的綜合能源系統，這個(gè)不多說(shuō)了。

下面簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)案例，這是我們在美國風(fēng)電互補的項目，它的功率更大，可以看到是為300兆瓦的風(fēng)電廠(chǎng)做備用，其實(shí)它投用比較早，2009年，用了4臺LM6000，一共是180兆瓦的燃機，大家可以看右面的圖，有一條黑色的曲線(xiàn)，這是風(fēng)電大的波動(dòng)性提供的功率，穩定性非常差，但是有一條綠色的曲線(xiàn)，綠色的曲線(xiàn)就是說(shuō)保持這個(gè)系統穩定所需要給風(fēng)電進(jìn)行互補的功率，我們可以看到紅色的曲線(xiàn)就是實(shí)際LM6000燃機提供的功率，紅色的曲線(xiàn)和綠色的曲線(xiàn)非常好地吻合在一起，我們LM燃機的調峰能力非常好地彌補了風(fēng)電波動(dòng)性大的問(wèn)題。

另外這是我們EGT的系統，混合的系統，就是由燃機+電池的儲能系統，通過(guò)這么一個(gè)混合系統形成50兆瓦的應急備用的電力。通過(guò)左邊的圖可以很清晰地看到它的原理很簡(jiǎn)單，尤其在美國它的及時(shí)響應的電力，美國的電網(wǎng)給的補貼非常高，有了電池儲能系統之后可以達到及時(shí)的響應，雖然說(shuō)航改型燃機啟動(dòng)非?？?，但是前面還是需要一定短暫的時(shí)間，前面一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間通過(guò)電池馬上進(jìn)行放電，燃氣啟動(dòng)之后我們可以看到紫色的這條直線(xiàn)，燃機啟動(dòng)之后它的負荷快速增加，形成50兆瓦及時(shí)響應的待機是零燃料消耗的系統，可以給電網(wǎng)提供好的輔助服務(wù)和調峰的作用。

我們是做燃機的，把燃機放到多能互補的拓撲結構離線(xiàn)，前面史總也提到了這個(gè)情況，燃機可以和風(fēng)能、光伏以及其他的儲能，儲能包括電池也好，包括儲氫也好，氫氣也是我們說(shuō)可以存儲的手段，非常好地結合在一起，形成一個(gè)綜合能源的系統。

LM的航改燃機電廠(chǎng)可以快速靈活地升降復合，并且可以和可再生能源聯(lián)合部署，當然在未來(lái)隨著(zhù)我們制氫、儲氫，包括燃機燃氫技術(shù)的發(fā)展，會(huì )有更多的燃氣電廠(chǎng)逐步轉型為燃氫的電廠(chǎng)，和風(fēng)光聯(lián)合在一起，一個(gè)是可以和可再生能源進(jìn)行很好的互補，可以用可再生能源多余的電力制成的氫氣作為燃機的燃料，形成閉環(huán)的完全綠色脫碳的解決方案。

最后講一下我們華電通用，華電通用是華電集團和GE合資成立的一家公司，華電51%，GE49%，我們目前這個(gè)公司在上海，占地166畝，有6條滿(mǎn)負荷的測試線(xiàn)，我們公司是GE全球第三家的航改燃機的裝備工廠(chǎng)，原來(lái)休斯敦的工廠(chǎng)已經(jīng)關(guān)停了，現在全球只有兩家，一個(gè)在匈牙利的布達佩斯，還有就是在中國上海。

三大業(yè)務(wù)板塊，一方面是LM的機組，還有TM，TM的機組是TM2500，它是一個(gè)移動(dòng)式的發(fā)電設備，我們提供備件與服務(wù)等，我們現在已經(jīng)自主完成了，最早可能是由美國的專(zhuān)家帶一帶，我們已經(jīng)自主完成了10多臺機組的安裝調試，包括后期的服務(wù)和維修。

我們的優(yōu)勢通過(guò)本土化的戰略，首先達到銷(xiāo)售的本地化，我們在國內有大概30臺機組的分布式能源站，可以組織大家參觀(guān)交流，我們也積累了非常多的經(jīng)驗，這是從銷(xiāo)售的角度說(shuō)。另外從生產(chǎn)的角度說(shuō)，我們現在已經(jīng)完全達到本地化的生產(chǎn)和組裝，可以更加靈活地調節供貨周期。

對于服務(wù)本地化來(lái)說(shuō)，我們現在可以做到24小時(shí)到位，包括備件的48小時(shí)到位，我們是7×24小時(shí)不間斷服務(wù)，全都可以由中國國內團隊進(jìn)行完成。我們比較自豪的一點(diǎn)是去年2020年，在疫情期間，大家知道全球疫情很多的項目因為各種各樣的原因延期，但是我們的團隊保證了馬來(lái)理文紙業(yè)的項目，去年在馬來(lái)西亞順利投產(chǎn)，這是我們感覺(jué)非常自豪的事情。

我們在進(jìn)行數字化，包括智能化的一些轉型，通過(guò)一站式的服務(wù)平臺，通過(guò)遠程診斷中心，包括通過(guò)仿真機的搭建培訓，為我們客戶(hù)提供更好的服務(wù)。

我的報告就到這里，謝謝各位。

主持人 潘志剛：感謝史經(jīng)理的精彩發(fā)言。華電通用一出生就含著(zhù)金鑰匙，大家都看到了，是由大型的央企中國華電集團和世界500強通用電器合作成立，是2012年7月在上海注冊成立，是國內首個(gè)輕型燃氣輪機發(fā)電機組組裝、測試以及維修基地，華電通用致力于航改型燃氣輪機發(fā)電機組的研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售以及維修服務(wù)，在國內建設了一大批分布式能源的經(jīng)典示范項目，為行業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻。

所以說(shuō)在這里祝華電通用不負公司的使命，成為最好的供應商及最好的雇主，為中國分布式能源提供綠色的輕型燃機解決方案。