颜巴赫氢气和天然气双燃料发电机组

引言

颜巴赫是世界领先的燃气发电机组制造商，近六十年来，颜巴赫燃气发电机组已经成功应用在世界各地的多种场景。燃气种类涵盖了天然气、沼气、垃圾填埋气、煤层气、石油伴生气、垃圾热解气、木质气、钢铁工业尾气(高炉气、转炉气、焦炉气等)、铁合金尾气，以及氢气等。在含氢燃气应用领域，从1994年开始，颜巴赫燃气发电机组就先后在一些欧洲工厂投入运行，例如在西班牙的焦化厂，颜巴赫机组使用了含有约70%氢气的焦炉尾气来发电。2020年颜巴赫推出了专门应用于100%氢气的燃气发电机组。

双燃料燃气发电机组的需求背景

对于一些特定的场合，有些时候一种燃料气供应有限，用户希望能够补充或切换到另一种燃料气，从而保持发电机组的运行，提供持续的电能和热能。这种情况下，由于两种燃料气的燃烧特性不同，发电机组的硬件和软件可能都需要特殊设计以满足同时使用两种燃料气的需求，以实现一机两用，使燃气发电机组得到最大化利用。

多年以来，颜巴赫在市场上已经成功的运行了许多种类的双燃料机组，例如使用沼气和天然气的双燃料机组，天然气和丙烷气的双燃料机组，沼气和丙烷气的双燃料机组，冶金尾气和天然气的双燃料机组等。得益于颜巴赫深厚的技术积累，在此基础上又根据用户需求推出了氢气和天然气的双燃料机型，并且陆续在多个项目上投入运行。

氢气/天然气双燃料燃气发电机组技术

氢气和天然气在特性上有很大的区别，具体体现在燃烧时的火焰速度、热值、甲烷指数等方面。相比于甲烷，氢气的爆炸极限范围更宽，燃烧速度更快，需要的点火能量更低，因此氢气发电机组设计时需要更大的空燃比(A/F)。此外，氢气和天然气的燃烧温度不同，燃烧后的烟气成分不同，涡轮增压器的出力也不同。

表1 氢气和天然气的特性

普通的燃气发电机组在天然气里面混合部分氢气，只能达到非常有限的氢气比例。更高的氢气比例则会导致机组出力下降，易发生回火，甚至无法运行。

颜巴赫氢气发电机组采用了进气道直喷技术，氢气直接从进气道喷入气缸。具有单缸独立的快速的空燃比调节能力，能够有效地避免氢气被提前点燃，降低回火风险，有效避免不正常燃烧的现象。

图1 颜巴赫氢气/天然气双燃料发电机组系统示例

氢气和天然气双燃料发电机组是以纯氢气发电机组为基础，同时配置了天然气的进气系统，并且涡轮增压器具有超过常规单一气体的调节范围，从而使发电机组支持氢气和天然气“不停机”切换。同时，机组也能够使用天然气和氢气的混合燃气，氢气和天然气可以按照指定比例进行混合，只需要在颜巴赫机组的Diane XT4控制屏上输入比例值即可，范围可以从0-100%。

颜巴赫氢气和天然气双燃料发电机组不仅能使用两种燃料气源，同时还具有极高的性能参数水平。以颜巴赫J420发电机组为例，在使用100%氢气时，机组功率输出最高可达1000kW。在使用100%天然气时，机组输出功率最高可达1500kW。

表2 J420氢气/天然气双燃料机组主要性能参数

案例介绍

2020年，颜巴赫氢气发电机组在德国汉堡市一个热电联供旗舰项目投入运行。1台颜巴赫 J416天然气机组经过优化，升级成为能够以 0% 到 100% 的可变氢气/天然气混合气为燃料运行。该项目的成功不仅证明了颜巴赫 4 系列发电机组可以使用氢气或天然气，同时还证实了现有发电机组经过升级改造也可以实现同样的效果。

图2 颜巴赫J416氢气/天然气双燃料机组

2023年，在荷兰的一个数据中心，6台颜巴赫氢气和天然气双燃料发电机组已经进行了调试并开始正式运行。该机组完全替代了传统数据中心以柴油发电机组为备用电源的模式，转而采用纯氢发电机组，提供零碳的解决方案。6台颜巴赫J420机组，在使用纯氢气时单机发电功率为1MW，在使用天然气时则可以达到1.5MW。

为了保障数据中心的安全性和灵活性，6台颜巴赫机组被设计为支持氢气/天然气双燃料，意味着一旦电网中断，机组能够使用现场储存的氢气立即启动。对于长时间的电网断电情况，机组则可以切换为使用管道天然气，提供长时间持续可靠的电能，避免了储存氢气量有限的制约。

图3 颜巴赫J420氢气/天然气双燃料机组

总结

颜巴赫燃气发电机组为用户提供了一种面向未来的绿色、灵活、可靠的供能解决方案。氢气和天然气双燃料发电机组既可以满足零碳排放的要求，又可以满足供能持续性的需求。通过不同燃气的自由切换或者混合，真正实现了供能方案灵活性和经济性的最大化。