史煒：LM航改型燃機在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

編者按：“雙碳”背景下，隨著科技水平不斷進(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，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，華電通用輕型燃機設(shè)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(tǒng)中的應(yīng)用》的報告。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進(jìn)行整理。

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

實際上我個人也是參加了好幾屆分布式能源國際論壇，發(fā)現(xiàn)在這幾年的過程中有個變化。一個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?xì)饽軝C的廠家代表在這里發(fā)言，也想代表這樣的產(chǎn)品和大家聊聊在新型能源系統(tǒng)和電力系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)揮什么樣的作用。

先簡單介紹一下華電通用這家公司，我們公司是華電集團(tuán)和美國的通用電氣合資形成的航改型燃?xì)廨啓C發(fā)電機組的供應(yīng)商。我們的公司在上海，包括生產(chǎn)銷售研發(fā)包括服務(wù)，所有整個前沿到后沿，為國內(nèi)國外客戶提供服務(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(nèi)的用戶為主，最近做了幾個海外的項目，TM移動式的發(fā)電機組國內(nèi)應(yīng)用比較少，因為它是應(yīng)急包括移動式的發(fā)電設(shè)備。我們實際上在之前和四川，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采的資源稟賦，實際上在夜間其開采過程中，之前聊到過，現(xiàn)在改成了電驅(qū)的設(shè)備，通過移動式機組可以在一個地方開采完以后馬上挪到另外一個地方進(jìn)行驅(qū)動開采設(shè)備，協(xié)助天然氣和頁巖氣的開采。服務(wù)以及備件現(xiàn)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(dāng)中所作出的努力。

右下角馬來西亞的理文紙業(yè)是我們做的第一個海外項目，原來國內(nèi)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(fù)荷的需求比較大，我們現(xiàn)在也在做很多自備電站的項目。

生產(chǎn)的本地化剛才說了工廠在本地在上海，服務(wù)也是可以做到24小時完全又國內(nèi)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間，給本地客戶提供更好的服務(wù)，包括一些數(shù)字化的服務(wù)方案，這都是在計劃和工作內(nèi)容過程中。

公司介紹完之后和大家聊聊航改型燃機發(fā)電機組。實際上我們知道航改型燃機是從航空發(fā)動機的技術(shù)演變而來，最早通過了大量航空發(fā)動機的試驗驗證，再把技術(shù)演化到地面以及海上的應(yīng)用。我們公司主要引進(jìn)的是M2500和M67N兩個系列20-60兆瓦區(qū)間段的燃?xì)廨啓C發(fā)電機組。

這兩個系列或者這個區(qū)間段產(chǎn)品是我們認(rèn)為比較適合分布式能源，之前做的工業(yè)園區(qū)，區(qū)域式分布式能源的應(yīng)用場景。這里可以看到實際上機組從2018年開始，幾乎每年都在綜合評選的過程中，至少4A甚至5A級的機組，可以看到運行的穩(wěn)定性、可靠性等等各方面的指標(biāo)，都在同級別機組中是比較優(yōu)秀的產(chǎn)品。TM機組剛才說了，國內(nèi)業(yè)用不太多，但國際需求比較大。

這張圖重點和大家聊聊，作為航改型燃機來講，它繼承了航空發(fā)動機的優(yōu)點，所以我們講它適合無限次起停不折損壽命的概念，就是它的啟動和停止不會對燃機壽命產(chǎn)生影響，我們叫實際運行小時。如果有熟悉重型燃機的專家，重型燃機有個等效運行小時的概念，啟動和停機會對等效壽命進(jìn)行折算。它的大修周期有兩個概念，一個是等效運行壽命，如果到了需要進(jìn)行大修，如果啟動次數(shù)達(dá)到了極限也需要進(jìn)行大修。為什么重點和大家分享這張圖，實際上國內(nèi)很多原來的燃機電廠，不管大小，大部分都集中在右下角這個區(qū)，我們叫基本符合基本負(fù)載的運行。個每年運行小時數(shù)很多，啟動次數(shù)非常小，集中在右下角的區(qū)域。但實際上我們也了解到，包括華電集團(tuán)去年在江蘇和部分區(qū)域，實際上現(xiàn)在燃機在往中間甚至在往左邊區(qū)域進(jìn)行靠近，就是燃機電廠更多作為調(diào)峰機組進(jìn)行運行。

像我說到的江蘇有些機組每年啟動次數(shù)達(dá)到了100多次甚至200多次，這樣的每年啟動次數(shù)實際上對重型燃機來講壽命折損是很厲害的，我們對重型燃機的OEM大家都在研究這個問題。

對于航改型燃機來講，天然不存在這樣的問題，啟動是不需要折損壽命的，一年啟動一百兩百甚至三百四百次，對大修周期沒有實質(zhì)影響，這是航改型燃機重要的特點，尤其是作為調(diào)峰機組來講。

所以我們認(rèn)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(zhuǎn)型過程中非常重要的，首先轉(zhuǎn)型過程中是非常重要的支撐電源。在未來，天然氣還不是零碳排放，實際上我們今天很多廠商也都提到了，我們都在研究氫，未來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，未來對燃機來講是可再生能源非常重要的補充，也是我們國家實現(xiàn)雙碳目標(biāo)非常重要的支撐。

尤其作為航改型燃機來講，一個是它的起停不折損壽命，還有起停非?？煽糠浅？焖伲旧显?-10分鐘就可以達(dá)到從冷態(tài)達(dá)到滿負(fù)荷這是快速的啟動速度。包括負(fù)荷的調(diào)節(jié)率非?？?，可以達(dá)到30-50兆瓦，有些中型燃機30-50兆瓦每分鐘不是特別快，但從占比來講，剛才說產(chǎn)品是20-60兆瓦，30-50兆瓦每分鐘基本上就是100%負(fù)荷，和同級別的重型燃機來講，是7-8倍的負(fù)荷調(diào)節(jié)率，調(diào)節(jié)負(fù)荷能力和速度是非?？斓?，大家也知道飛機在天上飛，發(fā)動機不斷進(jìn)行負(fù)荷工況的變化，這也得益于技術(shù)的來源。

最主要和大家分享的內(nèi)容是航改型燃機在新型電力機組中有哪些應(yīng)用。這張曲線，前幾年我在很多地方也分享過，前幾年，2020、2021年的預(yù)測，所謂的凈負(fù)荷，這邊表示實際電網(wǎng)需求去掉風(fēng)電和光伏以后，需要其他電源提供電力，是這么一個凈負(fù)荷的概念。大家可以看到在2022、2023年區(qū)間，可以看到隨著光伏風(fēng)電這樣的裝機容量增加，美國加州這個地方實際上在中午12-2點的時候，基本上鴨子肚子已經(jīng)貼到底了，這時候基本上可再生能源可以完全滿足整個電力負(fù)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，實際負(fù)荷側(cè)需求增加，但這時候太陽下山，光伏發(fā)不了電，這時候調(diào)峰需求非常大，大家可以看到4-8點這幾個小時里，從接近0，或者一兩個GW就到了15-20個GW，這就是在這幾個小時里的調(diào)峰需求。因為新能源這個時候沒法提供電量，新能源裝機容量大了必然會帶來這樣的問題。

我們看在美國現(xiàn)在航改機怎么支持可再生能源，剛才提到了主要是調(diào)峰調(diào)頻，給電網(wǎng)提供電力輔助服務(wù)?？梢钥吹揭粋€是左邊這張圖是整個利用率在逐年提高，右邊的圖可以看到藍(lán)色的曲線是啟動次數(shù)，每年到了300-400次，黃色的是運行小時數(shù)，這不是特別高，每年在2000多小時的概念。但調(diào)峰作用是非常明顯的，對電網(wǎng)穩(wěn)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(dá)國家，他們新能源發(fā)展比我們早比我們快，對電網(wǎng)穩(wěn)定的需求，需要調(diào)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(diào)峰電源跟上，租賃了四臺燃機，下面這張圖是德國的一個地區(qū)，借用上午段主任和尹博士提到的平衡結(jié)算單元這么一個概念，實際上平衡結(jié)算單元來講就是要求在整個主體內(nèi)部達(dá)到平衡、可控穩(wěn)定的狀態(tài)，實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(diào)峰調(diào)頻，提供電力輔助服務(wù)，穩(wěn)定電網(wǎng)，這也是德國能夠提出我在2023年達(dá)到80%的可再生能源這么個目標(biāo)，必然會需要足夠的調(diào)峰電源進(jìn)行支撐。實際上這里說的30分鐘內(nèi)交付電力，航改機可以做到更短，5-10分鐘就可以交滿負(fù)荷電力。

剛才說到雙碳，不得不提一下氫，這是目前LM航改型燃機在燃?xì)浞矫娴囊?guī)劃。目前來講最高的M2500已經(jīng)可以實現(xiàn)85%的燃燒，未來會實現(xiàn)100%的純氫燃燒，目標(biāo)是在2030年之前。氫這兩年話題比較熱，但實際上在整個燃機產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有40多年的燒氫歷史了，不是現(xiàn)在才研究這個事，很多年前就有，原來是從被動的燒氫，中國有十幾臺機組用于CUG自備電廠發(fā)電，這些電廠尾氣氫含量在60%，在中國已經(jīng)運行了十幾年。剛才說原來是被動燒氫，未來是主動燒氫，通過主動的摻甚至燒氫來實現(xiàn)雙碳的目標(biāo)。

這是在美國做的實驗示范，像紐約電力局的發(fā)電站，去年做了43%的試驗，目前在國內(nèi)在尋求和國內(nèi)現(xiàn)有電廠和新開發(fā)的電廠進(jìn)行合作，在國內(nèi)進(jìn)行摻氫的研究和示范。

最后和大家分享一個綠色示范電廠，滿足90%的可利用率，實際上這張圖燃機這塊大家想到的是產(chǎn)出來氫以后不一定就少燃機燒，像于總這邊的內(nèi)燃機也可以燒氫，氫燃料電池也可以燒氫。我們因為是燃機廠家，在系統(tǒng)當(dāng)中是用燃?xì)廨啓C做燒氫設(shè)備。主要的概念和原理無非是風(fēng)光過剩的電力，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，來實現(xiàn)整個系統(tǒng)，還是借用剛才提到的概念，平衡結(jié)算單元，如果看作是平衡結(jié)算單元來看，內(nèi)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，看看整個系統(tǒng)怎么協(xié)作，用平衡結(jié)算單元來實現(xiàn)90%以上的可利用率，滿足這個系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)電出力。

我們做了這么一個模型的測算，比如說風(fēng)光是在200兆瓦，裝機電化學(xué)電池是10%，把穩(wěn)定電量設(shè)定在50兆瓦，可以變，只是作為案例來研究，整個系統(tǒng)穩(wěn)定的發(fā)出50兆瓦的電量，整個系統(tǒng)怎么運行。大家會比較奇怪，200兆瓦的風(fēng)光電為什么要設(shè)定在50兆瓦。大家知道風(fēng)電的容量系數(shù)可能是40%多，光伏是20%多，實際上在穩(wěn)定的能夠發(fā)出的電量和裝機來講是很少的，可以看看這個系統(tǒng)會是怎么樣的結(jié)果。

這里放了幾張圖，春夏秋冬幾個不同季節(jié)的光伏、風(fēng)電以及電池還有燃機協(xié)同的運行。可以看到中間黃色的線光伏很明顯，中午有晚上沒有，風(fēng)電相對來說在4月和10月的時候資源比較豐富，7月份是風(fēng)電低谷的階段。從整個系統(tǒng)來講，大家可以看到一個是風(fēng)光的波動很大，黑色的曲線是希望它整體輸出50兆瓦的電量，不足的時候通過燃機進(jìn)行補足，別看風(fēng)光裝機200兆瓦，但少的時候只能發(fā)10兆瓦20兆瓦，不足50兆瓦通過燃機進(jìn)行補足，多于50兆瓦把多余電量用于制氫儲氫，通過氫儲能實現(xiàn)時間和空間上的差異。

最后看一下結(jié)果，如果說僅使用可再生能源滿足50兆瓦的電量，它的可利用率只有60%幾，其他時間達(dá)不到。加上10%的電池會怎么樣?會上升70%，就是70%的時間滿足50兆瓦的處理。再看看M6000和2500燃機之后，都可以達(dá)到90%以上，就是說整個系統(tǒng)搭建起來之后，可以滿足90%以上的時間都能滿足50兆瓦的儲能，當(dāng)然這個還可以 更高。

大家可以看看倒數(shù)第二行的數(shù)據(jù)，這里燃機的啟動次數(shù)接近250次，甚至更多，也就是在這個系統(tǒng)當(dāng)中，燃機作用主要是用來調(diào)峰，它的燃料來源以氫和天然氣混合燃料為主，未來可以是純氫的配比。整個系統(tǒng)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(shè)計，它放多少，實際上燃機多長時間的調(diào)控在于氫氣燃料油多少，儲氫罐大一些調(diào)控的時間就長，整個系統(tǒng)可以通過不同的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計算達(dá)到整個系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)，使整個系統(tǒng)滿足平衡結(jié)算單元的概念，它是智能、穩(wěn)定的系統(tǒng)，來滿足電網(wǎng)穩(wěn)定的需求。

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

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(xì)介紹了航改型燃機在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，實際上我們也看到了，航改型燃機在系統(tǒng)靈活性方面有得天獨厚的優(yōu)勢，對新型電力系統(tǒng)，對大分布式能源的發(fā)展都起到了很重要的作用。