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。本次會議由中國能源研究會分布式能源專業(yè)委員會、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。會上，華電通用輕型燃機設(shè)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(nèi)容根據(jù)大會演講實錄進行整理。

主持人 潘志剛：下面有請華電通用輕型燃機設(shè)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!

首先做個簡單的自我介紹，我是來自華電通用輕型燃機設(shè)備有限公司，我叫史煒，非常感謝組委會給了我們這樣一個交流、探討、學(xué)習的平臺。另外一個感謝，也是很湊巧，把我們兩位同姓的放在了一起，前面是來自康明斯的史總，我也姓史，這個姓并不多見，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》，其實大家這兩天也一直都在這邊做這樣一個探討，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多地贅述了，“雙碳”目標我相信大家都非常清楚。只不過我們國家相對于歐盟、美國，我們碳達峰到碳中和的時間更短，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怎么走。

我相信大家目前都有一個共識，未來新能源會有一個非常快速的發(fā)展，這也是我們國家能源轉(zhuǎn)型的根本途徑，我們叫電力生產(chǎn)清潔化。各個不同機構(gòu)的統(tǒng)計可能會有一些區(qū)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非常高。中科院的報告當中，2050年清潔能源的裝機會達到83%，在2030年就會超過50%。

清潔能源的發(fā)展也會給電網(wǎng)帶來很多挑戰(zhàn)，從美國的能源轉(zhuǎn)型來看，其實美國是在2007年就碳達峰了，2007年之后一直在做減碳的活動。美國這么一個情況，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。

所以從這個角度來看，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(zhuǎn)型的過程當中是非常重要的一個過渡能源。未來氫又是大家非常熱衷于討論的話題，后面我也會跟大家分享一些LM航改型燃機在燃氫方面的應(yīng)用。

前面我們也有來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)聊到了這個東西。作為我們?nèi)A電通用來講，引進了公司20000-50000千瓦，M2500以及M6000這兩個系列航改型燃機發(fā)電機組。對這兩個航改型燃機發(fā)電機組，大家平時都坐播音、空客，其實來源于航空的發(fā)電機。

當然我們也很榮幸看到中航外燃機在國產(chǎn)燃機的開發(fā)道路上邁出了堅實的一步，我們希望在市場當中會有更多的機型來參與競爭，也是對于用戶，對于客戶來講，是一個很好的機會。

對于航改型燃機，我稍微多做一點補充，其實區(qū)別于重型燃機來講，首先它有一個多軸的設(shè)計，多軸的設(shè)計使得啟動非常的快速，然后復(fù)合的調(diào)節(jié)非常的靈活，在部分復(fù)合下面更加高效、安全。用多軸設(shè)計，比如高速軸可以達到一萬轉(zhuǎn)左右，這個可以靈活調(diào)節(jié)的一根軸。

另外的低速軸連接發(fā)電機，可以保持在3000轉(zhuǎn)或者3600轉(zhuǎn)，也就是50、60赫茲這么一個穩(wěn)定的運行，所以它通過調(diào)節(jié)高速軸來進行燃機機組復(fù)合等等的調(diào)節(jié)，相對來說更加靈活。

第二，它適合無限次的起停，不損傷壽命，我們知道重型燃機都有一個等效運行小時的概念，所以它的起停也好，包括其他一些因素對它的設(shè)備壽命產(chǎn)生折損，對于航改型燃機來講，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地方。所以它的起停等等，都非常靈活，這也是我們說航改型燃氣繼承了航空發(fā)動機的特點。

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(shè)計占地也都非常小。我補充這么幾點跟我后面講的內(nèi)容非常有關(guān)系，就是LM機組在低碳綜合能源的應(yīng)用。

首先跟大家分享一下，關(guān)于氫方面的應(yīng)用，當然這跟我們航改型燃機應(yīng)用的場景很多，包括之前的分布式能源，包括我們西氣東輸?shù)墓艿?，中國?yīng)該有70多臺2500，用于西氣東輸?shù)墓艿垒斔停绹尿?qū)逐艦，用的也是LM2500的航改型燃機。

對于燃機減碳來講，我們說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。另外對于后端來講，無非就是采用碳捕集、碳封存的技術(shù)。

氫作為大家探討非常多的能源，這個燃機全球已經(jīng)有超過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(yīng)用于焦爐煤氣的場景。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(nèi)用戶，一些化工廠等等，原來的尾氣也不利用，就直接進行排放。

其實有些氫，雖然我們叫它灰氫，但是它的純度也非常高。對于燃機來講，當然它不挑，純度高還是低都可以燒。從這個角度來講，這部分的灰氫也好，包括將來的綠氫也好，都可以在燃機當中進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，其實從上世紀的八九十年代就開始了，大家可以看到有很多合成器也好，包括煤化工的氣體等等，只不過這兩年因為“雙碳”目標的提出以后，氫變成了一個非常熱門的話題，再次回到大家的視野，所以我們現(xiàn)在也是重點討論這個氫的問題。

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

很重要的一點，對于含氫燃料的系統(tǒng)設(shè)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，所以我們說含氫燃料的燃機，對它的燃燒系統(tǒng)，包括火焰探測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電閘安全系統(tǒng)等等，都需要做出一系列的改造。但是有一點，首先這個系統(tǒng)可以是新設(shè)計的，也可以在我們目前的，以天然氣為燃料的燃機電場進行一些改造，包括昨天也有行業(yè)的同仁提到，我們在新建電場的時候，可能會把未來，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程當中所增加的成本，所以這也是非常重要的一點。

可能對于現(xiàn)階段來講，因為制氫、儲氫各個方面的技術(shù)還沒有完全成熟，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(xiàn)有的燃氣電閘系統(tǒng)，包括國家管網(wǎng)也好，包括有些地方也是在做這樣一些實驗。在我們原來的天然氣管網(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(nèi)燃機進行摻混的燃燒，達到節(jié)能減排降碳的作用。

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

大家可能會有一個疑惑，又是電解水制氫，再把氫放到燃機里面燃燒，這是一個什么意思，我們說多次的能源轉(zhuǎn)化，效率越來越低。但是實際上我們可以看到可再生能源制氫會有一些余電，可以通過余電進行制氫，變成氫以后作為一個存儲，它從空間上、從時間上，因為氫存儲以后可以運輸，也可以在當?shù)叵{。從空間、時間上有一個時間差，比如說風電光伏缺電的時候，我們通過把氫進一步燃燒，對風光進行互補的作用。

所以關(guān)于綜合能源多能互補，我剛剛簡單開了一個頭，對于我們說新能源的比例越來越高，對我們電力系統(tǒng)產(chǎn)生了更多的挑戰(zhàn)，也存在著更多的安全風險。其實剛剛史總也提到了，有的同仁說我們有了風和光之后，就不需要其他的能源或者其他的電力系統(tǒng)，這個顯然是不成立的說法。我們說未來以新能源為主的新型電力系統(tǒng)，必然是綜合能源的系統(tǒng)，風力也好、光伏也好，它的特點就是間歇性、波動性和隨機性，它的不可控因素非常多。

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

另外就是系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的問題，風電光伏也好，通過直流是沒有辦法提供頻率的調(diào)節(jié)，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(wěn)定性就會相應(yīng)地下降。大家也可以看到藍色的曲線和紅色的曲線，也就是預(yù)測了我們在新能源裝機增加以后，它的頻率對于我們說50赫茲的偏離情況，也是越來越大。

新型現(xiàn)代化電力系統(tǒng)需要靈活的調(diào)節(jié)電源，然后跟新能源裝機進行互補的運行。一方面有利于促進新能源的消納，另一方面也可以給我們系統(tǒng)安全提供必要的頻率，電壓響應(yīng)以及轉(zhuǎn)動慣量的支撐，這個轉(zhuǎn)動慣量的支撐很重要，非常重要，因為我們說這個轉(zhuǎn)動慣量只有通過這樣的一些旋轉(zhuǎn)設(shè)備它可以提供給我們系統(tǒng)提供這樣的慣性，不然會產(chǎn)生非常大的波動，所以說對于新能源發(fā)電占比超過50%以上的必須配置足夠數(shù)量的靈活性調(diào)節(jié)電源，與新能源機組互補運行，才能滿足系統(tǒng)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(diào)節(jié)性能、起停的快速，正好非常匹配電網(wǎng)穩(wěn)定性的需求，大家可能聽到電網(wǎng)輔助服務(wù)的概念，雖然我們國家電網(wǎng)輔助服務(wù)的市場啟動比較晚，但是市場化也在逐步建立，我們對于電網(wǎng)穩(wěn)定提供這類的輔助服務(wù)，都是可以得到政府的一些補貼各個方面的一些因素，我們說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(yīng)用，它的調(diào)峰能力、調(diào)頻能力也是非常強的。

對于現(xiàn)代化的綜合能源系統(tǒng)必然是區(qū)別于我們以前集中式的供電系統(tǒng)，必然有常規(guī)和可再生能源分布式的綜合能源系統(tǒng)，這個不多說了。

下面簡單介紹幾個案例，這是我們在美國風電互補的項目，它的功率更大，可以看到是為300兆瓦的風電廠做備用，其實它投用比較早，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，這是風電大的波動性提供的功率，穩(wěn)定性非常差，但是有一條綠色的曲線，綠色的曲線就是說保持這個系統(tǒng)穩(wěn)定所需要給風電進行互補的功率，我們可以看到紅色的曲線就是實際LM6000燃機提供的功率，紅色的曲線和綠色的曲線非常好地吻合在一起，我們LM燃機的調(diào)峰能力非常好地彌補了風電波動性大的問題。

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

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

LM的航改燃機電廠可以快速靈活地升降復(fù)合，并且可以和可再生能源聯(lián)合部署，當然在未來隨著我們制氫、儲氫，包括燃機燃氫技術(shù)的發(fā)展，會有更多的燃氣電廠逐步轉(zhuǎn)型為燃氫的電廠，和風光聯(lián)合在一起，一個是可以和可再生能源進行很好的互補，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?nèi)A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%，我們目前這個公司在上海，占地166畝，有6條滿負荷的測試線，我們公司是GE全球第三家的航改燃機的裝備工廠，原來休斯敦的工廠已經(jīng)關(guān)停了，現(xiàn)在全球只有兩家，一個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，它是一個移動式的發(fā)電設(shè)備，我們提供備件與服務(wù)等，我們現(xiàn)在已經(jīng)自主完成了，最早可能是由美國的專家?guī)б粠В覀円呀?jīng)自主完成了10多臺機組的安裝調(diào)試，包括后期的服務(wù)和維修。

我們的優(yōu)勢通過本土化的戰(zhàn)略，首先達到銷售的本地化，我們在國內(nèi)有大概30臺機組的分布式能源站，可以組織大家參觀交流，我們也積累了非常多的經(jīng)驗，這是從銷售的角度說。另外從生產(chǎn)的角度說，我們現(xiàn)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(diào)節(jié)供貨周期。

對于服務(wù)本地化來說，我們現(xiàn)在可以做到24小時到位，包括備件的48小時到位，我們是7×24小時不間斷服務(wù)，全都可以由中國國內(nèi)團隊進行完成。我們比較自豪的一點是去年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理文紙業(yè)的項目，去年在馬來西亞順利投產(chǎn)，這是我們感覺非常自豪的事情。

我們在進行數(shù)字化，包括智能化的一些轉(zhuǎn)型，通過一站式的服務(wù)平臺，通過遠程診斷中心，包括通過仿真機的搭建培訓(xùn)，為我們客戶提供更好的服務(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(nèi)首個輕型燃氣輪機發(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)、銷售以及維修服務(wù)，在國內(nèi)建設(shè)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。

所以說在這里祝華電通用不負公司的使命，成為最好的供應(yīng)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。