史煒：LM航改型燃機在新型電力系統中的應用

編者按：“雙碳”背景下，隨著(zhù)科技水平不斷進(jìn)步和能源行業(yè)快速發(fā)展，分布式能源已成為引領(lǐng)能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，華電通用輕型燃機設備有限公司總助史煒做了主題為《LM航改型燃機在新型電力系統中的應用》的報告。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

史煒：各位領(lǐng)導、各位專(zhuān)家大家下午好!非常榮幸，感謝中國能源網(wǎng)搭建這樣的平臺，感謝張秘書(shū)長(cháng)的介紹。剛才張秘書(shū)長(cháng)提到了，我是今天最后一個(gè)發(fā)言的，也非常感謝各位專(zhuān)家在這邊的堅守，不光是對分布式能源領(lǐng)域行業(yè)的堅守，而且也是對大會(huì )論壇的堅守，希望最后再占用大家一點(diǎn)時(shí)間，和大家做一點(diǎn)有益的探討。

實(shí)際上我個(gè)人也是參加了好幾屆分布式能源國際論壇，發(fā)現在這幾年的過(guò)程中有個(gè)變化。一個(gè)是前幾年大家討論天然氣分布式比較多，冷熱電三聯(lián)供比較多，尤其是今年看到我們的主題都在提源網(wǎng)荷儲的大分布式的概念，提多能互補的概念。

實(shí)際上我們國家的雙碳提出，對國家能源領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了很大的變化，大家也能明顯感受到。尤其是像今天，我作為唯一的燃氣能機的廠(chǎng)家代表在這里發(fā)言，也想代表這樣的產(chǎn)品和大家聊聊在新型能源系統和電力系統當中發(fā)揮什么樣的作用。

先簡(jiǎn)單介紹一下華電通用這家公司，我們公司是華電集團和美國的通用電氣合資形成的航改型燃氣輪機發(fā)電機組的供應商。我們的公司在上海，包括生產(chǎn)銷(xiāo)售研發(fā)包括服務(wù)，所有整個(gè)前沿到后沿，為國內國外客戶(hù)提供服務(wù)。

我們的業(yè)務(wù)主要分成了IM業(yè)務(wù)、TM業(yè)務(wù)以及服務(wù)和備件。IM業(yè)務(wù)主要是立足國內的用戶(hù)為主，最近做了幾個(gè)海外的項目，TM移動(dòng)式的發(fā)電機組國內應用比較少，因為它是應急包括移動(dòng)式的發(fā)電設備。我們實(shí)際上在之前和四川，因為大家知道四川前面龐教授提到了有很多夜間其天然氣開(kāi)采的資源稟賦，實(shí)際上在夜間其開(kāi)采過(guò)程中，之前聊到過(guò)，現在改成了電驅的設備，通過(guò)移動(dòng)式機組可以在一個(gè)地方開(kāi)采完以后馬上挪到另外一個(gè)地方進(jìn)行驅動(dòng)開(kāi)采設備，協(xié)助天然氣和頁(yè)巖氣的開(kāi)采。服務(wù)以及備件現在基本做到了全國產(chǎn)式的服務(wù)能力，這是我們公司在十年當中所作出的努力。

右下角馬來(lái)西亞的理文紙業(yè)是我們做的第一個(gè)海外項目，原來(lái)國內項目都是燃機+鍋爐再加汽輪機這樣冷熱電三聯(lián)供的分布式能源站，馬來(lái)西亞理文紙業(yè)是自備電站的項目，燃機+鍋爐+補燃，因為熱負荷的需求比較大，我們現在也在做很多自備電站的項目。

生產(chǎn)的本地化剛才說(shuō)了工廠(chǎng)在本地在上海，服務(wù)也是可以做到24小時(shí)完全又國內服務(wù)工程師給大家進(jìn)行服務(wù)，我們也在不斷拓展中修以及大修的時(shí)間，給本地客戶(hù)提供更好的服務(wù)，包括一些數字化的服務(wù)方案，這都是在計劃和工作內容過(guò)程中。

公司介紹完之后和大家聊聊航改型燃機發(fā)電機組。實(shí)際上我們知道航改型燃機是從航空發(fā)動(dòng)機的技術(shù)演變而來(lái)，最早通過(guò)了大量航空發(fā)動(dòng)機的試驗驗證，再把技術(shù)演化到地面以及海上的應用。我們公司主要引進(jìn)的是M2500和M67N兩個(gè)系列20-60兆瓦區間段的燃氣輪機發(fā)電機組。

這兩個(gè)系列或者這個(gè)區間段產(chǎn)品是我們認為比較適合分布式能源，之前做的工業(yè)園區，區域式分布式能源的應用場(chǎng)景。這里可以看到實(shí)際上機組從2018年開(kāi)始，幾乎每年都在綜合評選的過(guò)程中，至少4A甚至5A級的機組，可以看到運行的穩定性、可靠性等等各方面的指標，都在同級別機組中是比較優(yōu)秀的產(chǎn)品。TM機組剛才說(shuō)了，國內業(yè)用不太多，但國際需求比較大。

這張圖重點(diǎn)和大家聊聊，作為航改型燃機來(lái)講，它繼承了航空發(fā)動(dòng)機的優(yōu)點(diǎn)，所以我們講它適合無(wú)限次起停不折損壽命的概念，就是它的啟動(dòng)和停止不會(huì )對燃機壽命產(chǎn)生影響，我們叫實(shí)際運行小時(shí)。如果有熟悉重型燃機的專(zhuān)家，重型燃機有個(gè)等效運行小時(shí)的概念，啟動(dòng)和停機會(huì )對等效壽命進(jìn)行折算。它的大修周期有兩個(gè)概念，一個(gè)是等效運行壽命，如果到了需要進(jìn)行大修，如果啟動(dòng)次數達到了極限也需要進(jìn)行大修。為什么重點(diǎn)和大家分享這張圖，實(shí)際上國內很多原來(lái)的燃機電廠(chǎng)，不管大小，大部分都集中在右下角這個(gè)區，我們叫基本符合基本負載的運行。個(gè)每年運行小時(shí)數很多，啟動(dòng)次數非常小，集中在右下角的區域。但實(shí)際上我們也了解到，包括華電集團去年在江蘇和部分區域，實(shí)際上現在燃機在往中間甚至在往左邊區域進(jìn)行靠近，就是燃機電廠(chǎng)更多作為調峰機組進(jìn)行運行。

像我說(shuō)到的江蘇有些機組每年啟動(dòng)次數達到了100多次甚至200多次，這樣的每年啟動(dòng)次數實(shí)際上對重型燃機來(lái)講壽命折損是很厲害的，我們對重型燃機的OEM大家都在研究這個(gè)問(wèn)題。

對于航改型燃機來(lái)講，天然不存在這樣的問(wèn)題，啟動(dòng)是不需要折損壽命的，一年啟動(dòng)一百兩百甚至三百四百次，對大修周期沒(méi)有實(shí)質(zhì)影響，這是航改型燃機重要的特點(diǎn)，尤其是作為調峰機組來(lái)講。

所以我們認為首先天然氣發(fā)電它是在風(fēng)光可再生能源大力發(fā)展的情況下，是國家能源轉型過(guò)程中非常重要的，首先轉型過(guò)程中是非常重要的支撐電源。在未來(lái)，天然氣還不是零碳排放，實(shí)際上我們今天很多廠(chǎng)商也都提到了，我們都在研究氫，未來(lái)可以用氫摻入天然氣或者完全替代天然氣把它作為燃料進(jìn)行燃燒，做到凈零排放。包括天然氣、氫氣，未來(lái)對燃機來(lái)講是可再生能源非常重要的補充，也是我們國家實(shí)現雙碳目標非常重要的支撐。

尤其作為航改型燃機來(lái)講，一個(gè)是它的起停不折損壽命，還有起停非?？煽糠浅？焖?，基本上在5-10分鐘就可以達到從冷態(tài)達到滿(mǎn)負荷這是快速的啟動(dòng)速度。包括負荷的調節率非?？?，可以達到30-50兆瓦，有些中型燃機30-50兆瓦每分鐘不是特別快，但從占比來(lái)講，剛才說(shuō)產(chǎn)品是20-60兆瓦，30-50兆瓦每分鐘基本上就是100%負荷，和同級別的重型燃機來(lái)講，是7-8倍的負荷調節率，調節負荷能力和速度是非?？斓?，大家也知道飛機在天上飛，發(fā)動(dòng)機不斷進(jìn)行負荷工況的變化，這也得益于技術(shù)的來(lái)源。

最主要和大家分享的內容是航改型燃機在新型電力機組中有哪些應用。這張曲線(xiàn)，前幾年我在很多地方也分享過(guò)，前幾年，2020、2021年的預測，所謂的凈負荷，這邊表示實(shí)際電網(wǎng)需求去掉風(fēng)電和光伏以后，需要其他電源提供電力，是這么一個(gè)凈負荷的概念。大家可以看到在2022、2023年區間，可以看到隨著(zhù)光伏風(fēng)電這樣的裝機容量增加，美國加州這個(gè)地方實(shí)際上在中午12-2點(diǎn)的時(shí)候，基本上鴨子肚子已經(jīng)貼到底了，這時(shí)候基本上可再生能源可以完全滿(mǎn)足整個(gè)電力負荷的需求，需要很少量其他額外的電源提供電力。到了晚上6-8點(diǎn)，實(shí)際負荷側需求增加，但這時(shí)候太陽(yáng)下山，光伏發(fā)不了電，這時(shí)候調峰需求非常大，大家可以看到4-8點(diǎn)這幾個(gè)小時(shí)里，從接近0，或者一兩個(gè)GW就到了15-20個(gè)GW，這就是在這幾個(gè)小時(shí)里的調峰需求。因為新能源這個(gè)時(shí)候沒(méi)法提供電量，新能源裝機容量大了必然會(huì )帶來(lái)這樣的問(wèn)題。

我們看在美國現在航改機怎么支持可再生能源，剛才提到了主要是調峰調頻，給電網(wǎng)提供電力輔助服務(wù)?？梢钥吹揭粋€(gè)是左邊這張圖是整個(gè)利用率在逐年提高，右邊的圖可以看到藍色的曲線(xiàn)是啟動(dòng)次數，每年到了300-400次，黃色的是運行小時(shí)數，這不是特別高，每年在2000多小時(shí)的概念。但調峰作用是非常明顯的，對電網(wǎng)穩定的支持作用是非常明顯的。

這里是澳大利亞的案例，可以看到有很多發(fā)達國家，他們新能源發(fā)展比我們早比我們快，對電網(wǎng)穩定的需求，需要調峰的需求比我們迫切。像澳大利亞為了發(fā)展可再生能源，發(fā)展到一定程度必須要有足夠的調峰電源跟上，租賃了四臺燃機，下面這張圖是德國的一個(gè)地區，借用上午段主任和尹博士提到的平衡結算單元這么一個(gè)概念，實(shí)際上平衡結算單元來(lái)講就是要求在整個(gè)主體內部達到平衡、可控穩定的狀態(tài)，實(shí)際上像這里德國上了11臺M2500，總裝機在300多兆瓦，就是給可再生能源進(jìn)行調峰調頻，提供電力輔助服務(wù)，穩定電網(wǎng)，這也是德國能夠提出我在2023年達到80%的可再生能源這么個(gè)目標，必然會(huì )需要足夠的調峰電源進(jìn)行支撐。實(shí)際上這里說(shuō)的30分鐘內交付電力，航改機可以做到更短，5-10分鐘就可以交滿(mǎn)負荷電力。

剛才說(shuō)到雙碳，不得不提一下氫，這是目前LM航改型燃機在燃氫方面的規劃。目前來(lái)講最高的M2500已經(jīng)可以實(shí)現85%的燃燒，未來(lái)會(huì )實(shí)現100%的純氫燃燒，目標是在2030年之前。氫這兩年話(huà)題比較熱，但實(shí)際上在整個(gè)燃機產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有40多年的燒氫歷史了，不是現在才研究這個(gè)事，很多年前就有，原來(lái)是從被動(dòng)的燒氫，中國有十幾臺機組用于CUG自備電廠(chǎng)發(fā)電，這些電廠(chǎng)尾氣氫含量在60%，在中國已經(jīng)運行了十幾年。剛才說(shuō)原來(lái)是被動(dòng)燒氫，未來(lái)是主動(dòng)燒氫，通過(guò)主動(dòng)的摻甚至燒氫來(lái)實(shí)現雙碳的目標。

這是在美國做的實(shí)驗示范，像紐約電力局的發(fā)電站，去年做了43%的試驗，目前在國內在尋求和國內現有電廠(chǎng)和新開(kāi)發(fā)的電廠(chǎng)進(jìn)行合作，在國內進(jìn)行摻氫的研究和示范。

最后和大家分享一個(gè)綠色示范電廠(chǎng)，滿(mǎn)足90%的可利用率，實(shí)際上這張圖燃機這塊大家想到的是產(chǎn)出來(lái)氫以后不一定就少燃機燒，像于總這邊的內燃機也可以燒氫，氫燃料電池也可以燒氫。我們因為是燃機廠(chǎng)家，在系統當中是用燃氣輪機做燒氫設備。主要的概念和原理無(wú)非是風(fēng)光過(guò)剩的電力，用電解槽制氫、儲氫，儲氫可以到ARM燃機里進(jìn)行純氫燃燒，下面可以搭配儲能的電池，來(lái)實(shí)現整個(gè)系統，還是借用剛才提到的概念，平衡結算單元，如果看作是平衡結算單元來(lái)看，內部可能有新能源風(fēng)光，有電化學(xué)儲能，有氫儲能，有制氫和儲氫，還有燒氫的燃機，看看整個(gè)系統怎么協(xié)作，用平衡結算單元來(lái)實(shí)現90%以上的可利用率，滿(mǎn)足這個(gè)系統的穩定發(fā)電出力。

我們做了這么一個(gè)模型的測算，比如說(shuō)風(fēng)光是在200兆瓦，裝機電化學(xué)電池是10%，把穩定電量設定在50兆瓦，可以變，只是作為案例來(lái)研究，整個(gè)系統穩定的發(fā)出50兆瓦的電量，整個(gè)系統怎么運行。大家會(huì )比較奇怪，200兆瓦的風(fēng)光電為什么要設定在50兆瓦。大家知道風(fēng)電的容量系數可能是40%多，光伏是20%多，實(shí)際上在穩定的能夠發(fā)出的電量和裝機來(lái)講是很少的，可以看看這個(gè)系統會(huì )是怎么樣的結果。

這里放了幾張圖，春夏秋冬幾個(gè)不同季節的光伏、風(fēng)電以及電池還有燃機協(xié)同的運行?？梢钥吹街虚g黃色的線(xiàn)光伏很明顯，中午有晚上沒(méi)有，風(fēng)電相對來(lái)說(shuō)在4月和10月的時(shí)候資源比較豐富，7月份是風(fēng)電低谷的階段。從整個(gè)系統來(lái)講，大家可以看到一個(gè)是風(fēng)光的波動(dòng)很大，黑色的曲線(xiàn)是希望它整體輸出50兆瓦的電量，不足的時(shí)候通過(guò)燃機進(jìn)行補足，別看風(fēng)光裝機200兆瓦，但少的時(shí)候只能發(fā)10兆瓦20兆瓦，不足50兆瓦通過(guò)燃機進(jìn)行補足，多于50兆瓦把多余電量用于制氫儲氫，通過(guò)氫儲能實(shí)現時(shí)間和空間上的差異。

最后看一下結果，如果說(shuō)僅使用可再生能源滿(mǎn)足50兆瓦的電量，它的可利用率只有60%幾，其他時(shí)間達不到。加上10%的電池會(huì )怎么樣?會(huì )上升70%，就是70%的時(shí)間滿(mǎn)足50兆瓦的處理。再看看M6000和2500燃機之后，都可以達到90%以上，就是說(shuō)整個(gè)系統搭建起來(lái)之后，可以滿(mǎn)足90%以上的時(shí)間都能滿(mǎn)足50兆瓦的儲能，當然這個(gè)還可以 更高。

大家可以看看倒數第二行的數據，這里燃機的啟動(dòng)次數接近250次，甚至更多，也就是在這個(gè)系統當中，燃機作用主要是用來(lái)調峰，它的燃料來(lái)源以氫和天然氣混合燃料為主，未來(lái)可以是純氫的配比。整個(gè)系統的搭建，不一定是50兆瓦，可以是60兆瓦40兆瓦，或者多少都可以，包括儲氫罐的設計，它放多少，實(shí)際上燃機多長(cháng)時(shí)間的調控在于氫氣燃料油多少，儲氫罐大一些調控的時(shí)間就長(cháng)，整個(gè)系統可以通過(guò)不同的參數進(jìn)行優(yōu)化計算達到整個(gè)系統經(jīng)濟性的最優(yōu)，使整個(gè)系統滿(mǎn)足平衡結算單元的概念，它是智能、穩定的系統，來(lái)滿(mǎn)足電網(wǎng)穩定的需求。

通過(guò)風(fēng)光低廉的價(jià)格，可以平衡天然氣甚至氫氣燃料價(jià)格比較高的，攤薄它的成本。這里可以看到燃機的運行一年就2000多小時(shí)，減少燃料的使用，使整個(gè)系統達到平衡。這是我們希望在未來(lái)去做更多的優(yōu)化計算包括在實(shí)際電廠(chǎng)進(jìn)行示范，來(lái)達到未來(lái)低碳甚至零碳的綜合能源系統。

謝謝大家，我的分享到這里。

主持人：感謝史總最后壓軸給我們詳細介紹了航改型燃機在電力系統的應用，實(shí)際上我們也看到了，航改型燃機在系統靈活性方面有得天獨厚的優(yōu)勢，對新型電力系統，對大分布式能源的發(fā)展都起到了很重要的作用。