史炜：LM航改型燃机在新型电力系统中的应用

编者按：“双碳”背景下，随着科技水平不断进步和能源行业快速发展，分布式能源已成为引领能源领域发展的重要趋势之一。第十九届中国分布式能源国际论坛”于2023年12月12日在重庆召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，华电通用轻型燃机设备有限公司总助史炜做了主题为《LM航改型燃机在新型电力系统中的应用》的报告。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

史炜：各位领导、各位专家大家下午好!非常荣幸，感谢中国能源网搭建这样的平台，感谢张秘书长的介绍。刚才张秘书长提到了，我是今天最后一个发言的，也非常感谢各位专家在这边的坚守，不光是对分布式能源领域行业的坚守，而且也是对大会论坛的坚守，希望最后再占用大家一点时间，和大家做一点有益的探讨。

实际上我个人也是参加了好几届分布式能源国际论坛，发现在这几年的过程中有个变化。一个是前几年大家讨论天然气分布式比较多，冷热电三联供比较多，尤其是今年看到我们的主题都在提源网荷储的大分布式的概念，提多能互补的概念。

实际上我们国家的双碳提出，对国家能源领域的发展带来了很大的变化，大家也能明显感受到。尤其是像今天，我作为唯一的燃气能机的厂家代表在这里发言，也想代表这样的产品和大家聊聊在新型能源系统和电力系统当中发挥什么样的作用。

先简单介绍一下华电通用这家公司，我们公司是华电集团和美国的通用电气合资形成的航改型燃气轮机发电机组的供应商。我们的公司在上海，包括生产销售研发包括服务，所有整个前沿到后沿，为国内国外客户提供服务。

我们的业务主要分成了IM业务、TM业务以及服务和备件。IM业务主要是立足国内的用户为主，最近做了几个海外的项目，TM移动式的发电机组国内应用比较少，因为它是应急包括移动式的发电设备。我们实际上在之前和四川，因为大家知道四川前面庞教授提到了有很多夜间其天然气开采的资源禀赋，实际上在夜间其开采过程中，之前聊到过，现在改成了电驱的设备，通过移动式机组可以在一个地方开采完以后马上挪到另外一个地方进行驱动开采设备，协助天然气和页岩气的开采。服务以及备件现在基本做到了全国产式的服务能力，这是我们公司在十年当中所作出的努力。

右下角马来西亚的理文纸业是我们做的第一个海外项目，原来国内项目都是燃机+锅炉再加汽轮机这样冷热电三联供的分布式能源站，马来西亚理文纸业是自备电站的项目，燃机+锅炉+补燃，因为热负荷的需求比较大，我们现在也在做很多自备电站的项目。

生产的本地化刚才说了工厂在本地在上海，服务也是可以做到24小时完全又国内服务工程师给大家进行服务，我们也在不断拓展中修以及大修的时间，给本地客户提供更好的服务，包括一些数字化的服务方案，这都是在计划和工作内容过程中。

公司介绍完之后和大家聊聊航改型燃机发电机组。实际上我们知道航改型燃机是从航空发动机的技术演变而来，最早通过了大量航空发动机的试验验证，再把技术演化到地面以及海上的应用。我们公司主要引进的是M2500和M67N两个系列20-60兆瓦区间段的燃气轮机发电机组。

这两个系列或者这个区间段产品是我们认为比较适合分布式能源，之前做的工业园区，区域式分布式能源的应用场景。这里可以看到实际上机组从2018年开始，几乎每年都在综合评选的过程中，至少4A甚至5A级的机组，可以看到运行的稳定性、可靠性等等各方面的指标，都在同级别机组中是比较优秀的产品。TM机组刚才说了，国内业用不太多，但国际需求比较大。

这张图重点和大家聊聊，作为航改型燃机来讲，它继承了航空发动机的优点，所以我们讲它适合无限次起停不折损寿命的概念，就是它的启动和停止不会对燃机寿命产生影响，我们叫实际运行小时。如果有熟悉重型燃机的专家，重型燃机有个等效运行小时的概念，启动和停机会对等效寿命进行折算。它的大修周期有两个概念，一个是等效运行寿命，如果到了需要进行大修，如果启动次数达到了极限也需要进行大修。为什么重点和大家分享这张图，实际上国内很多原来的燃机电厂，不管大小，大部分都集中在右下角这个区，我们叫基本符合基本负载的运行。个每年运行小时数很多，启动次数非常小，集中在右下角的区域。但实际上我们也了解到，包括华电集团去年在江苏和部分区域，实际上现在燃机在往中间甚至在往左边区域进行靠近，就是燃机电厂更多作为调峰机组进行运行。

像我说到的江苏有些机组每年启动次数达到了100多次甚至200多次，这样的每年启动次数实际上对重型燃机来讲寿命折损是很厉害的，我们对重型燃机的OEM大家都在研究这个问题。

对于航改型燃机来讲，天然不存在这样的问题，启动是不需要折损寿命的，一年启动一百两百甚至三百四百次，对大修周期没有实质影响，这是航改型燃机重要的特点，尤其是作为调峰机组来讲。

所以我们认为首先天然气发电它是在风光可再生能源大力发展的情况下，是国家能源转型过程中非常重要的，首先转型过程中是非常重要的支撑电源。在未来，天然气还不是零碳排放，实际上我们今天很多厂商也都提到了，我们都在研究氢，未来可以用氢掺入天然气或者完全替代天然气把它作为燃料进行燃烧，做到净零排放。包括天然气、氢气，未来对燃机来讲是可再生能源非常重要的补充，也是我们国家实现双碳目标非常重要的支撑。

尤其作为航改型燃机来讲，一个是它的起停不折损寿命，还有起停非常可靠非常快速，基本上在5-10分钟就可以达到从冷态达到满负荷这是快速的启动速度。包括负荷的调节率非常快，可以达到30-50兆瓦，有些中型燃机30-50兆瓦每分钟不是特别快，但从占比来讲，刚才说产品是20-60兆瓦，30-50兆瓦每分钟基本上就是100%负荷，和同级别的重型燃机来讲，是7-8倍的负荷调节率，调节负荷能力和速度是非常快的，大家也知道飞机在天上飞，发动机不断进行负荷工况的变化，这也得益于技术的来源。

最主要和大家分享的内容是航改型燃机在新型电力机组中有哪些应用。这张曲线，前几年我在很多地方也分享过，前几年，2020、2021年的预测，所谓的净负荷，这边表示实际电网需求去掉风电和光伏以后，需要其他电源提供电力，是这么一个净负荷的概念。大家可以看到在2022、2023年区间，可以看到随着光伏风电这样的装机容量增加，美国加州这个地方实际上在中午12-2点的时候，基本上鸭子肚子已经贴到底了，这时候基本上可再生能源可以完全满足整个电力负荷的需求，需要很少量其他额外的电源提供电力。到了晚上6-8点，实际负荷侧需求增加，但这时候太阳下山，光伏发不了电，这时候调峰需求非常大，大家可以看到4-8点这几个小时里，从接近0，或者一两个GW就到了15-20个GW，这就是在这几个小时里的调峰需求。因为新能源这个时候没法提供电量，新能源装机容量大了必然会带来这样的问题。

我们看在美国现在航改机怎么支持可再生能源，刚才提到了主要是调峰调频，给电网提供电力辅助服务。可以看到一个是左边这张图是整个利用率在逐年提高，右边的图可以看到蓝色的曲线是启动次数，每年到了300-400次，黄色的是运行小时数，这不是特别高，每年在2000多小时的概念。但调峰作用是非常明显的，对电网稳定的支持作用是非常明显的。

这里是澳大利亚的案例，可以看到有很多发达国家，他们新能源发展比我们早比我们快，对电网稳定的需求，需要调峰的需求比我们迫切。像澳大利亚为了发展可再生能源，发展到一定程度必须要有足够的调峰电源跟上，租赁了四台燃机，下面这张图是德国的一个地区，借用上午段主任和尹博士提到的平衡结算单元这么一个概念，实际上平衡结算单元来讲就是要求在整个主体内部达到平衡、可控稳定的状态，实际上像这里德国上了11台M2500，总装机在300多兆瓦，就是给可再生能源进行调峰调频，提供电力辅助服务，稳定电网，这也是德国能够提出我在2023年达到80%的可再生能源这么个目标，必然会需要足够的调峰电源进行支撑。实际上这里说的30分钟内交付电力，航改机可以做到更短，5-10分钟就可以交满负荷电力。

刚才说到双碳，不得不提一下氢，这是目前LM航改型燃机在燃氢方面的规划。目前来讲最高的M2500已经可以实现85%的燃烧，未来会实现100%的纯氢燃烧，目标是在2030年之前。氢这两年话题比较热，但实际上在整个燃机产业已经有40多年的烧氢历史了，不是现在才研究这个事，很多年前就有，原来是从被动的烧氢，中国有十几台机组用于CUG自备电厂发电，这些电厂尾气氢含量在60%，在中国已经运行了十几年。刚才说原来是被动烧氢，未来是主动烧氢，通过主动的掺甚至烧氢来实现双碳的目标。

这是在美国做的实验示范，像纽约电力局的发电站，去年做了43%的试验，目前在国内在寻求和国内现有电厂和新开发的电厂进行合作，在国内进行掺氢的研究和示范。

最后和大家分享一个绿色示范电厂，满足90%的可利用率，实际上这张图燃机这块大家想到的是产出来氢以后不一定就少燃机烧，像于总这边的内燃机也可以烧氢，氢燃料电池也可以烧氢。我们因为是燃机厂家，在系统当中是用燃气轮机做烧氢设备。主要的概念和原理无非是风光过剩的电力，用电解槽制氢、储氢，储氢可以到ARM燃机里进行纯氢燃烧，下面可以搭配储能的电池，来实现整个系统，还是借用刚才提到的概念，平衡结算单元，如果看作是平衡结算单元来看，内部可能有新能源风光，有电化学储能，有氢储能，有制氢和储氢，还有烧氢的燃机，看看整个系统怎么协作，用平衡结算单元来实现90%以上的可利用率，满足这个系统的稳定发电出力。

我们做了这么一个模型的测算，比如说风光是在200兆瓦，装机电化学电池是10%，把稳定电量设定在50兆瓦，可以变，只是作为案例来研究，整个系统稳定的发出50兆瓦的电量，整个系统怎么运行。大家会比较奇怪，200兆瓦的风光电为什么要设定在50兆瓦。大家知道风电的容量系数可能是40%多，光伏是20%多，实际上在稳定的能够发出的电量和装机来讲是很少的，可以看看这个系统会是怎么样的结果。

这里放了几张图，春夏秋冬几个不同季节的光伏、风电以及电池还有燃机协同的运行。可以看到中间黄色的线光伏很明显，中午有晚上没有，风电相对来说在4月和10月的时候资源比较丰富，7月份是风电低谷的阶段。从整个系统来讲，大家可以看到一个是风光的波动很大，黑色的曲线是希望它整体输出50兆瓦的电量，不足的时候通过燃机进行补足，别看风光装机200兆瓦，但少的时候只能发10兆瓦20兆瓦，不足50兆瓦通过燃机进行补足，多于50兆瓦把多余电量用于制氢储氢，通过氢储能实现时间和空间上的差异。

最后看一下结果，如果说仅使用可再生能源满足50兆瓦的电量，它的可利用率只有60%几，其他时间达不到。加上10%的电池会怎么样?会上升70%，就是70%的时间满足50兆瓦的处理。再看看M6000和2500燃机之后，都可以达到90%以上，就是说整个系统搭建起来之后，可以满足90%以上的时间都能满足50兆瓦的储能，当然这个还可以 更高。

大家可以看看倒数第二行的数据，这里燃机的启动次数接近250次，甚至更多，也就是在这个系统当中，燃机作用主要是用来调峰，它的燃料来源以氢和天然气混合燃料为主，未来可以是纯氢的配比。整个系统的搭建，不一定是50兆瓦，可以是60兆瓦40兆瓦，或者多少都可以，包括储氢罐的设计，它放多少，实际上燃机多长时间的调控在于氢气燃料油多少，储氢罐大一些调控的时间就长，整个系统可以通过不同的参数进行优化计算达到整个系统经济性的最优，使整个系统满足平衡结算单元的概念，它是智能、稳定的系统，来满足电网稳定的需求。

通过风光低廉的价格，可以平衡天然气甚至氢气燃料价格比较高的，摊薄它的成本。这里可以看到燃机的运行一年就2000多小时，减少燃料的使用，使整个系统达到平衡。这是我们希望在未来去做更多的优化计算包括在实际电厂进行示范，来达到未来低碳甚至零碳的综合能源系统。

谢谢大家，我的分享到这里。

主持人：感谢史总最后压轴给我们详细介绍了航改型燃机在电力系统的应用，实际上我们也看到了，航改型燃机在系统灵活性方面有得天独厚的优势，对新型电力系统，对大分布式能源的发展都起到了很重要的作用。