氢燃气轮机实现碳中和的重要技术路径【SMM分析】
燃气轮机的混氢和纯氢燃烧,是实现碳中和的重要技术路径,近日国内在氢燃气轮机研发方面接连迎来突破。
12月26日,明阳“木星一号”30MW级纯氢燃气轮机下线,该款燃气轮机是全球首款30MW级纯氢燃气轮机,搭载明阳氢燃自主研发的““木星一号””纯氢燃烧室,可实现百分之百的纯氢燃烧和真正意义的零碳排放。
11月19日,上海电气成功实现大F重型在运燃机掺氢技术自主升级及示范验证。测试掺氢比例达到7%,测试过程各设备运行稳定、排放优异。这是国内首次大F重型燃机实施的掺氢燃烧改造和科研攻关项目,标志着上海电气在国内重型燃机掺氢燃烧领域实现从“0到1”的重大技术突破。
11月,杭汽轮集团在高效低碳燃气轮机试验装置国家重大科技基础设施(江苏中科能源动力研究中心)CTF#1燃烧室试验平台成功开展自主HGT51F燃气轮机燃烧室掺氢中压全温试验,天然气燃料的掺氢比例达到25%(体积比例),也是国内首次在自主重型燃气轮机全尺寸燃烧室开展掺氢比例超过20%的试验研究。
燃气轮机(GasTurbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机在空气和燃气的主要流程中,只有压气机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和燃气涡轮(Turbine)这三大部件组成的燃气轮机循环,通称为简单循环。大多数燃气轮机均采用简单循环方案。
氢燃气轮机计划专注于涡轮技术的进一步发展,以达到带有CCUS的IGCC发电厂的最终性能目标。NETL研究表明:
•以氢为燃料的燃气轮机,联合循环效率提高了3-5个百分点(总计高于基础)
•接近零排放系统具有竞争力的电力成本
•以氢燃料的IGCC在发电厂废气时带有2 ppm的氮氧化物
氢气是一种可接受的、非常清洁的燃料。它表明它可以在现有的现场系统中以较低的水平使用,目前在现场存在一些低氮氧化物的燃气轮机,可以在氢气水平高达50%的情况下运行,与天然气共燃。此外,已经开发了使用纯氢的系统。未来的关键发展挑战是低NOx,即燃料的灵活系统,可以随时使用一系列的燃料成分,从氢到天然气。
这些氢燃气轮机的研发被视为是未来绿色能源大规模应用的重要突破口,通过利用燃气轮机将氢气与空气混合燃烧产生热能,并通过涡轮驱动发电机发电,可在发电、分布式能源、电网调峰、机动电源、长距离管输增压等领域扮演重要角色。