史炜：LM航改型燃机与低碳综合能源

编者按：2021年12月7-8日，以“双碳目标下的智慧方案与行业机遇”为主题的第十七届中国分布式能源国际论坛于西安召开。本次会议由中国能源研究会分布式能源专业委员会、中国能源网主办，陕西分布式能源股份有限公司联合主办。会上，华电通用轻型燃机设备有限公司技术部经理史炜发表了“LM航改型燃机与低碳综合能源”的主旨演讲。以下内容根据大会演讲实录进行整理。

主持人 潘志刚：下面有请华电通用轻型燃机设备有限公司技术部经理史炜与大家分享《LM航改型燃机与低碳综合能源》，大家欢迎。

史炜：尊敬的各位嘉宾，大家上午好!

首先做个简单的自我介绍，我是来自华电通用轻型燃机设备有限公司，我叫史炜，非常感谢组委会给了我们这样一个交流、探讨、学习的平台。另外一个感谢，也是很凑巧，把我们两位同姓的放在了一起，前面是来自康明斯的史总，我也姓史，这个姓并不多见，也是很荣幸。

我今天分享的题目叫《LM航改型燃机与低碳综合能源》，其实大家这两天也一直都在这边做这样一个探讨，关于我们“双碳”背景，关于我们的目标等等，所以在这边我就不过多地赘述了，“双碳”目标我相信大家都非常清楚。只不过我们国家相对于欧盟、美国，我们碳达峰到碳中和的时间更短，所以我们大家也在互相探讨分布式能源，包括综合能源接下来怎么走。

我相信大家目前都有一个共识，未来新能源会有一个非常快速的发展，这也是我们国家能源转型的根本途径，我们叫电力生产清洁化。各个不同机构的统计可能会有一些区别，但是大部分，到2030年也好，2050、2060年也好，新能源的装机占比会非常高。中科院的报告当中，2050年清洁能源的装机会达到83%，在2030年就会超过50%。

清洁能源的发展也会给电网带来很多挑战，从美国的能源转型来看，其实美国是在2007年就碳达峰了，2007年之后一直在做减碳的活动。美国这么一个情况，跟2005年相比，从可再生能源的增加，达到减碳是在32%左右，其他的都是归根于煤改气还有其他一些减排的措施。

所以从这个角度来看，我们认为首先天然气肯定不是已经淘汰的能源，它在我们能源转型的过程当中是非常重要的一个过渡能源。未来氢又是大家非常热衷于讨论的话题，后面我也会跟大家分享一些LM航改型燃机在燃氢方面的应用。

前面我们也有来自同行和中航方的燃气，它也是航改型的燃机，前面也已经聊到了这个东西。作为我们华电通用来讲，引进了公司20000-50000千瓦，M2500以及M6000这两个系列航改型燃机发电机组。对这两个航改型燃机发电机组，大家平时都坐播音、空客，其实来源于航空的发电机。

当然我们也很荣幸看到中航外燃机在国产燃机的开发道路上迈出了坚实的一步，我们希望在市场当中会有更多的机型来参与竞争，也是对于用户，对于客户来讲，是一个很好的机会。

对于航改型燃机，我稍微多做一点补充，其实区别于重型燃机来讲，首先它有一个多轴的设计，多轴的设计使得启动非常的快速，然后复合的调节非常的灵活，在部分复合下面更加高效、安全。用多轴设计，比如高速轴可以达到一万转左右，这个可以灵活调节的一根轴。

另外的低速轴连接发电机，可以保持在3000转或者3600转，也就是50、60赫兹这么一个稳定的运行，所以它通过调节高速轴来进行燃机机组复合等等的调节，相对来说更加灵活。

第二，它适合无限次的起停，不损伤寿命，我们知道重型燃机都有一个等效运行小时的概念，所以它的起停也好，包括其他一些因素对它的设备寿命产生折损，对于航改型燃机来讲，因为它大量采用航空的合金材料，大家也都知道一架飞机一天要跑好几个地方。所以它的起停等等，都非常灵活，这也是我们说航改型燃气继承了航空发动机的特点。

右边这张图，航改型燃机引擎本体非常小，所以它的机组、模块化的设计占地也都非常小。我补充这么几点跟我后面讲的内容非常有关系，就是LM机组在低碳综合能源的应用。

首先跟大家分享一下，关于氢方面的应用，当然这跟我们航改型燃机应用的场景很多，包括之前的分布式能源，包括我们西气东输的管道，中国应该有70多台2500，用于西气东输的管道输送，包括美国的驱逐舰，用的也是LM2500的航改型燃机。

对于燃机减碳来讲，我们说主要可以从前端和后端。前端采用低碳燃料，包括氢气、包括合成气，包括氨气等等，这些不含碳的燃料。另外对于后端来讲，无非就是采用碳捕集、碳封存的技术。

氢作为大家探讨非常多的能源，这个燃机全球已经有超过110台运用于含氢燃料的发电。其中有19台是LM的航改燃机，这19台当中有13台在中国，主要应用于焦炉煤气的场景。因为大家也知道焦炉煤气，包括其他的一些化工，包括钢铁产业来讲，它排放的尾气含氢量比较高，像焦炉煤气大概是在60%左右。包括我们最近收到一些国内用户，一些化工厂等等，原来的尾气也不利用，就直接进行排放。

其实有些氢，虽然我们叫它灰氢，但是它的纯度也非常高。对于燃机来讲，当然它不挑，纯度高还是低都可以烧。从这个角度来讲，这部分的灰氢也好，包括将来的绿氢也好，都可以在燃机当中进行燃烧和再利用的方式。

以氢气作为燃料，它的发展历程也非常早，其实从上世纪的八九十年代就开始了，大家可以看到有很多合成器也好，包括煤化工的气体等等，只不过这两年因为“双碳”目标的提出以后，氢变成了一个非常热门的话题，再次回到大家的视野，所以我们现在也是重点讨论这个氢的问题。

LM燃机目前的燃氢能力，在LM2500最高的掺氢比例可以达到85%，当然未来的目标，其实各大厂商基本上都有一个共识，就是2030年之前达到100%烧氢的能力。我看到有一些内燃机其实已经在接近100%燃氢的能力，我相信都是大家共同的目标，未来的目标都是可以烧100%的氢气。

很重要的一点，对于含氢燃料的系统设计，它需要考虑很多不同的因素，因为氢气与甲烷的特性不同，所以我们说含氢燃料的燃机，对它的燃烧系统，包括火焰探测系统、控制系统、电闸安全系统等等，都需要做出一系列的改造。但是有一点，首先这个系统可以是新设计的，也可以在我们目前的，以天然气为燃料的燃机电场进行一些改造，包括昨天也有行业的同仁提到，我们在新建电场的时候，可能会把未来，有可能掺氢燃烧，或者纯氢燃烧作为考虑的前提，减少以后我们在改造的过程当中所增加的成本，所以这也是非常重要的一点。

可能对于现阶段来讲，因为制氢、储氢各个方面的技术还没有完全成熟，包括达到商业化、产业化之前，它的成本目前还偏高。但是目前可行的解决方案，就是将氢气掺入现有的燃气电闸系统，包括国家管网也好，包括有些地方也是在做这样一些实验。在我们原来的天然气管网当中掺入10%、20%的氢气，可以作为我们氢气的输送。另外一方面也可以作为混合气的燃料，用内燃机进行掺混的燃烧，达到节能减排降碳的作用。

未来随着氢气各方面的技术成熟，有可能达到安全脱碳的绿色解决方案，通过可再生能源、电解水、制氢，还有氢气进入到管道也好，或者就地进行一个消纳，同时燃气轮机发电。

大家可能会有一个疑惑，又是电解水制氢，再把氢放到燃机里面燃烧，这是一个什么意思，我们说多次的能源转化，效率越来越低。但是实际上我们可以看到可再生能源制氢会有一些余电，可以通过余电进行制氢，变成氢以后作为一个存储，它从空间上、从时间上，因为氢存储以后可以运输，也可以在当地消纳。从空间、时间上有一个时间差，比如说风电光伏缺电的时候，我们通过把氢进一步燃烧，对风光进行互补的作用。

所以关于综合能源多能互补，我刚刚简单开了一个头，对于我们说新能源的比例越来越高，对我们电力系统产生了更多的挑战，也存在着更多的安全风险。其实刚刚史总也提到了，有的同仁说我们有了风和光之后，就不需要其他的能源或者其他的电力系统，这个显然是不成立的说法。我们说未来以新能源为主的新型电力系统，必然是综合能源的系统，风力也好、光伏也好，它的特点就是间歇性、波动性和随机性，它的不可控因素非常多。

我们怎么解决由于风光大幅增加之后的波动性和随机性?我们就需要调峰这些技术，当然可以通过储能和其他方式，这都是我们综合利用的方式。首先这一个，我们对于它的波动性怎么解决。我们在美国加州白天，因为风电光伏装机容量很高，白天对于新能源来讲，可以提供很大的电力。但是在傍晚，在风电光伏降低的时候，但是正好又是一个用电高峰，这个时候所需要的调峰电力非常多，怎么解决这个问题?

另外就是系统频率稳定性的问题，风电光伏也好，通过直流是没有办法提供频率的调节，但是我们国家，比如50赫兹交流电，接入的直流功率和新能源功率的增加，平流稳定性就会相应地下降。大家也可以看到蓝色的曲线和红色的曲线，也就是预测了我们在新能源装机增加以后，它的频率对于我们说50赫兹的偏离情况，也是越来越大。

新型现代化电力系统需要灵活的调节电源，然后跟新能源装机进行互补的运行。一方面有利于促进新能源的消纳，另一方面也可以给我们系统安全提供必要的频率，电压响应以及转动惯量的支撑，这个转动惯量的支撑很重要，非常重要，因为我们说这个转动惯量只有通过这样的一些旋转设备它可以提供给我们系统提供这样的惯性，不然会产生非常大的波动，所以说对于新能源发电占比超过50%以上的必须配置足够数量的灵活性调节电源，与新能源机组互补运行，才能满足系统安全可靠的供电要求。

航改型燃机它的特性我前面提到，它的灵活调节性能、起停的快速，正好非常匹配电网稳定性的需求，大家可能听到电网辅助服务的概念，虽然我们国家电网辅助服务的市场启动比较晚，但是市场化也在逐步建立，我们对于电网稳定提供这类的辅助服务，都是可以得到政府的一些补贴各个方面的一些因素，我们说航改燃机除了在前面各位提到的联合循环当中的一些应用，它的调峰能力、调频能力也是非常强的。

对于现代化的综合能源系统必然是区别于我们以前集中式的供电系统，必然有常规和可再生能源分布式的综合能源系统，这个不多说了。

下面简单介绍几个案例，这是我们在美国风电互补的项目，它的功率更大，可以看到是为300兆瓦的风电厂做备用，其实它投用比较早，2009年，用了4台LM6000，一共是180兆瓦的燃机，大家可以看右面的图，有一条黑色的曲线，这是风电大的波动性提供的功率，稳定性非常差，但是有一条绿色的曲线，绿色的曲线就是说保持这个系统稳定所需要给风电进行互补的功率，我们可以看到红色的曲线就是实际LM6000燃机提供的功率，红色的曲线和绿色的曲线非常好地吻合在一起，我们LM燃机的调峰能力非常好地弥补了风电波动性大的问题。

另外这是我们EGT的系统，混合的系统，就是由燃机+电池的储能系统，通过这么一个混合系统形成50兆瓦的应急备用的电力。通过左边的图可以很清晰地看到它的原理很简单，尤其在美国它的及时响应的电力，美国的电网给的补贴非常高，有了电池储能系统之后可以达到及时的响应，虽然说航改型燃机启动非常快，但是前面还是需要一定短暂的时间，前面一点点时间通过电池马上进行放电，燃气启动之后我们可以看到紫色的这条直线，燃机启动之后它的负荷快速增加，形成50兆瓦及时响应的待机是零燃料消耗的系统，可以给电网提供好的辅助服务和调峰的作用。

我们是做燃机的，把燃机放到多能互补的拓扑结构离线，前面史总也提到了这个情况，燃机可以和风能、光伏以及其他的储能，储能包括电池也好，包括储氢也好，氢气也是我们说可以存储的手段，非常好地结合在一起，形成一个综合能源的系统。

LM的航改燃机电厂可以快速灵活地升降复合，并且可以和可再生能源联合部署，当然在未来随着我们制氢、储氢，包括燃机燃氢技术的发展，会有更多的燃气电厂逐步转型为燃氢的电厂，和风光联合在一起，一个是可以和可再生能源进行很好的互补，可以用可再生能源多余的电力制成的氢气作为燃机的燃料，形成闭环的完全绿色脱碳的解决方案。

最后讲一下我们华电通用，华电通用是华电集团和GE合资成立的一家公司，华电51%，GE49%，我们目前这个公司在上海，占地166亩，有6条满负荷的测试线，我们公司是GE全球第三家的航改燃机的装备工厂，原来休斯敦的工厂已经关停了，现在全球只有两家，一个在匈牙利的布达佩斯，还有就是在中国上海。

三大业务板块，一方面是LM的机组，还有TM，TM的机组是TM2500，它是一个移动式的发电设备，我们提供备件与服务等，我们现在已经自主完成了，最早可能是由美国的专家带一带，我们已经自主完成了10多台机组的安装调试，包括后期的服务和维修。

我们的优势通过本土化的战略，首先达到销售的本地化，我们在国内有大概30台机组的分布式能源站，可以组织大家参观交流，我们也积累了非常多的经验，这是从销售的角度说。另外从生产的角度说，我们现在已经完全达到本地化的生产和组装，可以更加灵活地调节供货周期。

对于服务本地化来说，我们现在可以做到24小时到位，包括备件的48小时到位，我们是7×24小时不间断服务，全都可以由中国国内团队进行完成。我们比较自豪的一点是去年2020年，在疫情期间，大家知道全球疫情很多的项目因为各种各样的原因延期，但是我们的团队保证了马来理文纸业的项目，去年在马来西亚顺利投产，这是我们感觉非常自豪的事情。

我们在进行数字化，包括智能化的一些转型，通过一站式的服务平台，通过远程诊断中心，包括通过仿真机的搭建培训，为我们客户提供更好的服务。

我的报告就到这里，谢谢各位。

主持人 潘志刚：感谢史经理的精彩发言。华电通用一出生就含着金钥匙，大家都看到了，是由大型的央企中国华电集团和世界500强通用电器合作成立，是2012年7月在上海注册成立，是国内首个轻型燃气轮机发电机组组装、测试以及维修基地，华电通用致力于航改型燃气轮机发电机组的研发、生产、销售以及维修服务，在国内建设了一大批分布式能源的经典示范项目，为行业的发展做出了重要贡献。

所以说在这里祝华电通用不负公司的使命，成为最好的供应商及最好的雇主，为中国分布式能源提供绿色的轻型燃机解决方案。