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近日，國家電投荊門綠動電廠實現(xiàn)了運燃機15%摻氫燃燒改造和商業(yè)運行。這是中國首次在重型燃?xì)鈾C商業(yè)機組實施摻氫燃燒改造試驗和科研研究。該項目已成為世界上第一個在天然氣商業(yè)機組進(jìn)行摻氫燃燒的聯(lián)合循環(huán)、熱電供應(yīng)示范項目。
世界上許多燃機廠商已經(jīng)開始探索傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C摻氫技術(shù)，并取得了初步的發(fā)展。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，可再生能源的大規(guī)模發(fā)展和氣電行業(yè)的減排需求將促進(jìn)燃?xì)廨啓C摻氫技術(shù)的發(fā)展。摻氫燃?xì)廨啓C作為大規(guī)模氫燃料發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備，將迎來巨大的發(fā)展空間。
多國探路燃機摻氫
在現(xiàn)役天然氣機組中增加氫燃料來源，不僅可以有效節(jié)約天然氣消耗，保證冬季供暖的安全穩(wěn)定，而且可以顯著降低碳。根據(jù)國家電投數(shù)據(jù)，荊門54兆瓦燃?xì)鈾C每年可減少二氧化碳排放1.8萬噸以上。
事實上，在全球碳減排的趨勢下，天然氣的化石能源屬性使得傳統(tǒng)天然氣發(fā)電用大型燃?xì)獍l(fā)電機市場萎縮，世界各大燃?xì)獍l(fā)電機制造商找到了新的市場立足點。
近年來，日本三菱日立、美國通用電氣、德國西門子能源、意大利安薩爾多能源公司等國際主要燃?xì)鈴S商都為氫燃料燃?xì)鈾C推出了相應(yīng)的發(fā)展計劃，開展了氫燃料甚至純氫燃料燃?xì)鈾C的研究、開發(fā)和示范應(yīng)用，為電力行業(yè)深度脫碳奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。2018年，三菱日立電力系統(tǒng)公司對大型氫燃料燃?xì)鈾C進(jìn)行了測試。氫含量30%的氫燃料測試結(jié)果表明，新開發(fā)的專用燃燒器可以實現(xiàn)氫混合燃料的穩(wěn)定燃燒，與純天然氣發(fā)電相比，二氧化碳排放可減少10%，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率高于63%。
與三菱日立動力系統(tǒng)公司類似，西門子能源也致力于提高燃?xì)廨啓C的燃?xì)淠芰Α?019年，西門子能源承諾在2030年前實現(xiàn)100%燃?xì)淙細(xì)廨啓C，涵蓋從小功率到重型燃?xì)廨啓C的所有產(chǎn)品組合。
關(guān)注安全問題
與氫混合的傳統(tǒng)天然氣燃?xì)廨啓C意味著燃?xì)庠O(shè)備對氫的適應(yīng)性和摻氫后的安全性面臨挑戰(zhàn)。
一位天然氣摻氫領(lǐng)域的專家表示，氫燃料的火焰溫度比天然氣高出近300℃，著火延遲時間比天然氣低三倍以上。當(dāng)燃料中摻氫比例較高時，燃料的反應(yīng)性會發(fā)生變化，導(dǎo)致火焰向上移動、燃燒時間過多等問題，增加氮氧化物的排放，并可能使燃燒室過熱。因此，有必要測試燃燒室的使用穩(wěn)定性和廢氣排放，重新設(shè)計或優(yōu)化傳統(tǒng)燃燒室或燃燒系統(tǒng)。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，與甲烷相比，氫氣具有更高的擴(kuò)散系數(shù)、更低的點火能量和更寬的爆炸極限。因此，一些常規(guī)的天然氣燃燒器輔助系統(tǒng)，如通風(fēng)、氣體泄漏檢測、管道裂紋檢測系統(tǒng)等。對于燃?xì)淙紮C的安全使用具有更重要的意義，需要注意。
氫燃料的使用也面臨著與整體安全相關(guān)的操作風(fēng)險?！皻浠鹧娴牧炼群艿?，肉眼很難找到，需要一個特殊的氫火焰檢測系統(tǒng)；其次，氫氣比其他氣體具有更強的滲透性，可能不適用于傳統(tǒng)的原始天然氣輸送密封系統(tǒng)；此外，氫氣比甲烷更易燃易爆，氫氣的爆炸極限比甲烷寬得多。因此，氫泄漏會增加安全風(fēng)險，需要考慮改變操作程序和防爆危險區(qū)域劃分?！睒I(yè)內(nèi)人士指出。
經(jīng)濟(jì)性有待提高
“以氫為連接樞紐，燃?xì)廨啓C和新能源可以起到很好的互補和協(xié)同作用，由它們組成的混合發(fā)電系統(tǒng)具有更好的靈活性和穩(wěn)定性，也可以為純氫燃?xì)廨啓C發(fā)電行業(yè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)?！鄙鲜鰧＜冶硎荆壳皻淙?xì)廨啓C發(fā)電受制氫成本、能源轉(zhuǎn)換效率等多種因素影響，面臨經(jīng)濟(jì)性低下的問題。目前我國電解水制氫成本較高，約1.8-3.6元/立方米。但隨著新能源發(fā)電比重的不斷提高，預(yù)計2025年后電解水制氫成本將降至1.35元/立方米以下。
集中式發(fā)電效率低也制約了氫燃料發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性。有業(yè)內(nèi)人士直言，在我國風(fēng)電和光伏裝機容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化石能源的情況下，可再生能源生產(chǎn)的綠氫仍主要供應(yīng)給交通、工業(yè)等領(lǐng)域，集中氫燃料發(fā)電進(jìn)展緩慢。雖然混氫或純氫燃料燃機發(fā)電示范項目將陸續(xù)推出，但在可再生能源尚未實現(xiàn)更大規(guī)模發(fā)展的情況下，電－氫－電的轉(zhuǎn)化過程降低了能源的整體利用效率。如果不解決上述問題，將難以廣泛應(yīng)用。
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