中国航发燃机：燃气轮机是“碳中和”社会的使能技术
译者按：我国正在建设以大规模可再生能源发电为主体，安全高效的新型电力系统，但可再生能源自身存在随机性、间歇性和波动性，使得电网和电力供应系统的安全性和稳定性备受考验，在储能技术尚未大规模商业化的情况下，燃气轮机可以凭借其良好的功率爬坡能力与储能电池形成优势互补，达到“增量储能”效果。燃气轮机还具有占地小、可靠性好、效率高、能够快速启停等优点，其发电、调峰、备用电源的功能更适应工业化发展，是目前以新能源为主体的新型电力系统底层布置的最优选择。 为了更好地响应国家“双碳”战略，中国航发燃机瞄准世界燃气轮机技术发展方向，对燃气轮机使能技术在碳中和社会中的应用进行了深入研究，并编译了本文，以期引发行业更多有益的思考。 中国航发燃机：燃气轮机是“碳中和”社会的使能技术 以下为译文： 未来全球能源的三大困境 本世纪中叶全球实现碳中和承诺，正在迅速改变能源格局。在制定能源战略时，需考虑可负担性和可达性、能源供应安全性以及环境可持续性三个核心维度。世界能源理事会将如何平衡以上三方面的关系定义为能源的“三难困境”。 有几个因素可能会打破这种“三难困境”。首先，风能和太阳能是能源系统中可再生能源份额增长的主要因素，他们是“不可调度的”，因此无法按需提供电力。此外，当今欧洲能源系统的70%依赖于非电力资源；2050年的预测表明，这一份额将保持可观。即使在高电气化率场景中，能源消耗的40～60%将通过分子基燃料来满足。 解决能源三难困境需要一种即有的、高效的、可调峰的技术，能源提供安全、可靠、持续。从环境能源和热解决方案中提供电力。燃气轮机技术独特且用途广泛，能够满足所有需求，使用无碳分子燃料，如氢气、合成甲烷或其他可再生燃料。 可调峰的脱碳能源解决方案 解决能源三难困境 燃气轮机效率高、可靠性强、操作灵活、排放低，可使用氢燃料混合物。这些属性为其赢得了能源转型过程中重要的脱碳机遇：应用场景广泛、通过部件耦合产生额外高效率、可调峰的0碳科技。 燃气轮机的响应性和可调峰性，结合现有的天然气基础设施和季节性储能解决方案，为大规模的间歇性可再生能源提供安全的电力，电网稳定。尤其是氢燃料，越来越受青睐，可用于空气、陆地和离岸场景应用脱碳。与碳氢燃料相比，氢的潜在氧化氮排放更低。ETN的氢气燃气轮机的报告《碳燃气轮机的实现路径》（左图）就益处和路径的描述更为全面。ETN《2021研发推荐报告》（右图）论述了燃机科技更广泛的发展机遇和持续能源系统示范需求。 全方位脱碳的整体性方法 要解决能源三难困境的一揽子问题需要整体性解决方案。可以通过，整合所有耗能行业来实现，例如建筑物业，运输业和工业，以及发电商。满足不同需求，比如电、热、天然气，赋能技术需要将之并入一个单一的输送系统中，通过能源互补方案消除缺陷。在这样的系统中，鉴于可调峰性和燃料灵活性，燃气轮机起着至关重要的作用。P2G方案，可以无碳气体形式储存剩余电力，需要时重新使用。综上所述，燃气轮机是一种非常适合的转换技术，在多个行业中应用广泛，如下图中所示。 行业实施 燃气轮机定位独特：成本低，属于清洁能源，燃料灵活，发电量可调节，热解决方案应用范围广，适用于诸多行业。 电力行业。燃气轮机的灵活性是可再生能源份额逐步增加的基础。电厂调峰燃机运行碳中和或脱碳燃料，确保电力供应安全、稳定，通过提供稳定频率支撑可再生能源扩大使用范围。 工业。燃气轮机电厂的微调功率与热比使其在需要多（10+）兆瓦输入的工业过程中广泛使用。热电联供、冷热电三联供、发电、机械驱动、供冷或供热，满足多种需求。燃烧可再生能源或脱碳燃料的燃气轮机有助于帮助能源密集型工业脱碳。 商业和住宅建筑。未来的燃气轮机热电联产解决方案应用广泛，从一家一户到大型住宅区和商业建筑（办公楼、商场、工厂、休闲公园等）。高效的热电联产解决方案可用于电力或热力微型电网、生产基本负荷，或作为可再生能源项目的备用设备，包括短期、中期、长期的峰值需求。 陆地、海洋和空运。燃气轮机为大型地面装置、船舶和飞机提供了脱碳机遇。随着燃气轮机技术的进步，根据具体需求，上述动力装置有可能使用碳中和或脱碳燃料，比如氢、甲醇、氨、合成烃。 ETN在碳中和能源系统中的支持和贡献 ETN全球汇集了整个燃气轮机价值链体系。根据巴黎协定的目标，ETN成员致力于在2030年前开发出安全、可靠、可负担和可调峰的碳中和能源解决方案，2050年全球实施。燃气轮机的可调峰性、脱碳选择性和功率密度等特性，加上应用行业广泛，有潜力为脱碳社会（不止于此）提供电和热的需求，并通过以下方面表明在达成碳中和社会过程中持续研发投入有着必要性和相关性： •燃气轮机技术与可再生能源和储能的结合; •从0到100vol.%的氢混合物解决方案，和其他可再生燃料； •提高能源效率和性能(热电联产)，提高操作灵活性； •减少现有资产的碳排放； •支持CCUS解决方案的改进。 为充分发挥零碳燃气轮机技术的潜力，政府资助计划鼓励制造商、终端用户和学术界的合作有助于从技术准备阶段发展到技术示范阶段。在现实环境中部署技术解决方案是在示范阶段要克服的挑战，应在全球范围内鼓励示范项目之间适当合作。从政策和市场角度来看，应确保技术中立，所有具有碳中和能力的低碳解决方案都应具有有利的市场条件和支持性监管框架。这些措施可使零碳燃气轮机广泛引入成为可能，为能源三难困境提供经济的解决方案，在全球为环保、社会效益和经济增长做出贡献。 文章来源：中国航发
