GE燃气发电集团发布全新气电白皮书：加速燃气轮机发展，五步迈向零碳未来
近日，GE燃气发电集团基于行业领先的燃气发电技术与深耕中国市场的丰富本土经验，发布全新中国气电白皮书《加速燃气轮机发电增长 迈向零碳未来》，提出加速燃气轮机发电和可再生能源的战略性部署，低碳或接近零碳的发电技术可以快速实现大幅减排，助力中国新型电力系统的建设和“双碳”目标实现。
加速燃气轮机发电和可再生能源战略部署
“十四五”期间将是中国发展天然气发电产业的战略“窗口期”。2022年3月22日，国家发改委、国家能源局发布《“十四五”现代能源体系规划》，指出“十四五”时期现代能源体系建设的主要目标，强调能源保障更加安全有力。到2025年，国内天然气年产量达到2300亿立方米以上，发电装机总容量达到约30亿千瓦，能源储备体系更加完善，能源自主供给能力进一步增强。《中国天然气发展报告（2021）》预测，到2025年，中国燃气轮机发电装机容量将会突破1.5亿千瓦，占总装机容量的6%左右。
目前，燃气轮机发电在中国的珠三角、长三角以及京津冀这三个区域相对比较集中。据GE燃气发电服务中国区总经理许欣介绍，在“十四五”期间，粤港澳大湾区的燃气轮机拥有良好的发展前景。
图：深圳能源光明电源基地
2021年12月22日，在全国能源工作会议上，国家能源局党组书记、局长章建华作了题为《深入贯彻落实能源安全新战略为全面建设社会主义现代化国家提供坚强能源保障》的报告，强调加快推进“风光水火储一体化”和“源网荷储一体化”发展。
许欣表示，在西北地区，过去燃气轮机发展的机会并不是很多。在推动“风光水火储一体化”和“源网荷储一体化”发展的过程中，如果能够将西北地区的可再生能源有效利用起来，在电网不需要的时候用于制氢，产生的氢就地发电，又可以与可再生能源互为补充，提高电网的稳定性，燃气轮机在西北地区就会有更大的发展空间。
燃气轮机发电是未来新型电力系统的重要支撑
中国作为全球主要排放国里首个设定碳中和目标期限的发展中国家，也是世界电力生产和消费大国，正通过加快构建新型电力系统实现深度转型。而燃气轮机发电凭借自身众多独特优势，成为未来新型电力系统的重要支撑，地位愈发重要——其便于接近负荷中心，提高供电可靠性，是替代传统煤电的基荷能源和保障电力系统安全稳定可靠的环保低碳能源；同时作为响应特性、发电成本、供电持续性综合最优的调峰电源，燃气轮机发电也是新型电力系统的重要支撑和补充。
GE表示，燃气轮机发电将继续为负荷中心煤电机组的淘汰提供替代选择；同时，灵活高效的天然气分布式能源站将为产业园区、物流园区、旅游服务区、大型商业设施、交通枢纽、学校、医院等区域供能提供可靠支撑；此外，气电还将与风电、光伏发电等其他可再生能源相结合实现多能互补，成为电网灵活性调峰资源的重要组成部分。
从国内外市场来看，燃气发电持续发展的动力较为充足。第一个推动因素是减少碳排放。相较于天然气资源来说，国内煤炭资源更为充足，受国际市场影响也要更小，但天然气发电替换并淘汰煤电机组仍是一个更好的选择。许欣认为，在一些特定场景下，比如市中心不能继续烧煤，但又需要大容量、有效可靠的电源支撑点，燃气轮机仍然是一个好的选项。
第二个推动因素是大量的可再生能源接入电网后需要有效的支撑。目前已有的一些储能方式存在一定限制。如抽水蓄能受到场地因素限制，电化学储能从现有规模和时间效应上来说也有一定限制。所以，在一些电源点上，如果负荷中心需要支撑的话，燃气轮机是一个很好的选择。
第三个推动因素，是可再生能源制氢作为一种储能方式，再用产生的氢给燃气轮机提供燃料。这三方面都在推动燃气轮机不断向前发展。
但在当前低碳转型的大环境下，燃气发电也面临着挑战。许欣介绍称，目前，电价和燃料成本之间并没有建立起完全的疏导机制。因为天然气的价格是随着国际市场的波动而波动的，导致投资燃气轮机电厂的收益可能有一定的不确定性。
此外，燃气轮机的发展将进一步推动一些区域分布式能源的发展，使这个区域的电力系统从以往的大机组、大电网的模式转向大型发电为主，以分布式功能为辅的多模式互补电力系统转变。
GE燃气发电集团中国区产品技术总经理阎福华认为，未来基于区域分布式能源的发展，会是大电网的有益补充。例如，GE现有的6F.03燃气轮机，联合循环12万千瓦左右，应用范围非常广泛。该燃气轮机在工业园区、一些商业区甚至是一些大学城这种地区可以冷热电联供，并且在将来它也会具备一定消纳氢的能力。
图：惠州大亚湾石化区综合能源站
零碳技术是燃气轮机发电发展的重要选择
许欣表示，放眼未来，零碳技术是燃气轮机发电发展的重要技术选择，零碳技术的突破将为燃气轮机发电发展换取新的空间。现役或新建的燃气轮机电厂都可以通过使用氢气作为燃料或者采用碳捕获、利用与封存（CCUS）技术，实现燃气轮机电厂从低碳到零碳电源过渡。他说：“GE希望持续推进的电力市场体系改革为气电发展提供更好的支撑，满足各地燃气轮机发电发展的需求。在有关政策的鼓励支持下，加强多方合作，促进燃气轮机发电与风电、光伏、氢能等多种资源的融合，实现协同发展。”
随着全球CCUS技术不断发展，CCUS有望成为燃气轮机电厂实现更低碳排放的重要方式。GE通过CCUS技术，将捕集的二氧化碳广泛应用于各种领域，实现资源化利用，探索燃气轮机发电由“低碳”向“零碳”能源的过渡。
据GE介绍，在掺氢燃烧方面，全球已有超过100台GE燃氢及低热值燃料机组在运行，累计运行小时数超过800万小时。GE的HA燃气轮机机组目前已经具备50%掺氢燃烧的能力，HA级燃气轮机也计划在2030年实现100%纯氢燃烧。广东省能源集团旗下的惠州大亚湾石化区综合能源站将运行两台套9HA.01重型燃气轮机联合循环机组。2023年项目投产后，两台燃气轮机将采用10%（按体积计算）的氢气掺混比例与天然气混合燃烧，成为中国首座掺氢燃烧的9HA电厂。
零碳技术的发展为天然气发电提供了增长的发展空间，GE燃气发电集团中国区产品技术总经理阎福华介绍了GE零碳技术的演进路线。他说：“目前国际上来看煤电的碳排放强度基本上是每度电1000g，GE零碳技术的第一步，是用现在的天然气发电技术来替代煤电。经过我们的测算，天然气发电代替煤电可以减少45%的碳排放强度。第二步，利用现在最先进的HA燃气轮机。GE最先进的9HA.02燃气轮机联合循环效率已经到了64%，如果用该HA燃气轮机来替代煤电，可以减少60%的碳排放强度。第三步，现在GE的HA燃气轮机已经具备了烧氢能力，目前的系统设计已经具备50%的烧氢能力，如果把GE的HA联合循环加上50%的烧氢能力结合起来，可以实现减碳69%。第四步，如果把GE的HA联合循环加上碳捕捉的技术，其中90%的碳用碳捕捉技术捕捉掉的话，可以实现97%的碳减排。第五步，在2030年前，GE的HA燃气轮机会实现100%的烧氢能力，到那个时候GE燃气轮机就会实现零碳排放。”
燃氢是未来燃气轮机向低碳和零碳目标过渡的主要方式。但目前，氢气作为燃气轮机的主要燃料存在着一些困难。据阎福华介绍，氢燃料运用困难的一大原因是氢跟天然气相比是低热值燃料，燃烧温度高。其次，氢在高温和高压下对金属材料有很强的腐蚀作用，会引起金属材料的氢脆，对管道、法兰、密封等材料都有非常高的要求。而且，氢的制备、储存、运输还有一定的困难，从产、供、销、处理上还没有形成一个成熟的产业链。同时，氢燃料的价格还没有达到大规模商用的程度。
阎福华认为，无论从技术储备和研发上还是示范项目的进展方面，GE对于燃气轮机到2030年实现100%的烧氢目标非常有信心。
