HA燃機如何開啟天然氣發電新時代

今年6月，兩台GE 9HA.02重型燃氣輪機順利抵達東莞市。它們將會被安裝在東莞寧洲3×700MW燃氣-蒸汽聯合循環熱電冷聯產工程中。

在原沙角電廠的兩台機組退役之後，當地迫切需要同時滿足大容量發電、綠色低碳、靈活高效的發電機組。看起來難以兼顧的條件，卻能被GE的HA重型燃氣輪機完美契合。

東莞寧洲聯合循環燃機電廠將於2023年正式投入商業運營，建成后，寧洲電廠將成為國內最大的燃機電廠，發電能力將超過2.4GW。較原燃煤電廠每年可減排二氧化碳約500萬噸，減排二氧化硫約1,000噸，減排氮氧化物1,200噸，供熱能力達1,200萬吉焦，有效緩解東莞市電力供需矛盾，助力電廠實現脫碳轉型，邁進HA級燃機發電新時代。

寧洲燃機電廠的演進與當下中國的能源轉型不謀而合。在“雙碳”趨勢的碳約束下，一面是傳統能源退出造成“缺電困擾”，一面是新能源難當大任讓電力系統穩定成憂。

在當前的技術條件下，天然氣發電是解決這些現實問題的有效手段。“GE的燃氣輪機技術在經歷了幾年的迭代之後，始終代表着全球領先水平。”GE燃氣發電集團中國區重型燃機銷售總經理、哈電通用燃氣輪機（秦皇島）有限公司總經理馬俊對《能源》雜誌記者說，“代表目前燃機最高水平的GE HA級燃機是世界上最大、最高效，也是全球近幾年裝機增長速度最快的燃氣輪機，特別適用於純凝發電，因為效率高、功率大，也特別適合調峰，與可再生能源進行互補，具備調電網、調氣網等作用。”

在被譽為“工業領域皇冠上明珠”的燃氣輪機領域，HA級燃機無疑是當下的巔峰。HA級燃機如何實現助力能源轉型的重任？

轉型最佳幫手

全球天然氣發電市場已經開始全面轉向HA級燃機。

在2012年之前，F級燃機是全球市場當之無愧的主力。但是從2016年開始，HA級燃機開始異軍突起，迅速成為全球燃機市場的首選產品。

“HA級燃氣輪機效率最高、出力最大，既適用於純凝，又適用於調峰，它的技術先進性決定了它在歷史上將會扮演更加重要的角色。”馬俊說，“近10年市場的演變說明，隨着技術成熟、客戶認可度的提高，HA級燃機已經成為了絕對主力。”

強大的調峰能力一直都是天然氣發電無可匹敵的優勢，HA級燃機延續了這一優點。“9HA.01燃機調峰能力每分鐘可以調65兆瓦出力，9HA.02每分鐘可以調88兆瓦出力。”GE燃氣發電集團中國區產品技術總經理閻福華說，“通俗地說，9HA.02燃機1分鐘發電量可以滿足17.6萬個家庭1小時的用電量。”

HA燃機的調峰能力相較於“小弟”F級燃機有了極大的提升。9F燃機目前調峰能力是15兆瓦/分鐘左右，而9HA.02燃機升降負荷率為88兆瓦/分鐘，9HA.01燃機升降負荷率為65兆瓦/分鐘，如果用9HA.01和9F比較的話，它的調峰能力是9F的4倍，無論從速度上還是質量上，都有非常明顯的優勢。

如果說調峰能力是延續了燃機的傳統優勢，那麼作為純凝機組強大的發電能力，則讓HA燃機有了更廣闊的運行天地。

9HA.01一拖一聯合循環出力661兆瓦，發電效率63%以上；9HA.02一拖一聯合循環出力838兆瓦，發電效率64%以上。出力大、效率高，又清潔環保，HA燃機已經具備了作為負荷中心帶基荷機組的強大實力。

不僅在發電效率的技術指標上有提升，HA燃機的經濟性也有顛覆。“由於70%~80%的度電成本來自燃料，在效率比9F機組高4個點的境況下，按每年4000運行小時計算，單台9HA燃機較9F節約燃料的費用約5.7億元人民幣的現值，是非常可觀的数字。”閻福華說。

更高的發電效率、更強的調峰能力、更低廉的成本，如果再算上HA燃機更低的排放，那麼HA級燃機可謂是無往而不利。

從2020年開始，中國的能源轉型經歷了不平凡的2年時光。最讓人印象深刻的莫過於某些時間段內電力短缺問題帶來的一系列困擾。儘管中國提出了建設以新能源為主的新型電力系統成為電力轉型的總體方向。然而在風電、光伏無法解決“靠天吃飯”的發電出力波動問題背景下，電網系統的實時平衡就成為新型電力系統面臨的最大挑戰之一。

電化學儲能、抽水蓄能等技術的發展和普及可以起到一定的作用。但是考慮到未來煤電機組更大規模的退出，新的基荷電源建設也將成為未來中國電力系統的新考驗。

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“從幾個方面來看，燃氣輪機在中國的能源轉型中發揮着不可或缺的作用。”馬俊說道。

HA的中國實踐

2021年1月，首台搭載微孔預混燃燒室的GE 9HA.01燃氣輪機於中國天津軍糧城成功投運，這是中國首座投入商業運行的9HA.01燃機電廠。截至目前，GE燃氣發電在國內共收穫4個HA級燃機項目，涵蓋9台HA級燃機，包含6台9HA.01燃機及3台9HA.02燃機，總裝機量突破6.4吉瓦。

儘管成績斐然，但我們也要看到，中國的天然氣發電市場還處於從F級燃機向HA級燃機過渡的階段。HA級燃機的更進一步普及有待加強。

“中國與海外的天然氣發電應用場景還是有所區別。”馬俊說，“國際市場中HA主要應用基本以純凝發電為主，國內由於資源稟賦問題要更多地考慮調峰服務。”

技術上來說，HA燃機有能力承擔更多的輔助服務，但卻不得不考慮由此而來的經濟性問題。目前國內的電力市場改革尚在推進之中，輔助服務市場機制還不完善。相較之下，國外燃機可以利用調峰市場機制在高峰時段獲取高電價，彌補調峰服務帶來的成本壓力。

“國內還沒有成熟的調峰電價補償機制。”閻福華對《能源》雜誌記者說，“有些項目承擔了更多的調峰作用，但沒有特殊電價。這導致調峰的價值在經濟性上得不到充分體現。”

隨着“雙碳”戰略的推進，天然氣發電的優勢無疑會越來越突出，影響其發展的外部因素也會逐漸消解。GE也積極通過本土化的努力，為中國客戶提供更優質、高效的產品與服務。

2018年，GE與哈爾濱電氣集團在秦皇島建立合資公司，合資公司於2020年完成技術轉讓工作並投入運營，重點推進和實施重型燃機發展關鍵技術國產化。

“未來HA燃機不僅可以實現在中國本土的生產，還可以實現關鍵零部件生產、運維、修理等服務的全部本土化。”馬俊說。

中國天然氣發電項目往往會經過一個較為漫長的前期準備時間，但建設周期非常短。“國外電廠建設至少三四年，但國內可能2年就會實現發電。”

這對於燃機製造商來說，意味着交貨周期短。如果沒有強大的本土製造實力，就難以滿足國內客戶的需求。而且更大規模和供應鏈的本土化還意味着更低的成本和更貼心的服務，自然成為GE的重中之重。

以天然氣為原料，意味着燃氣發電的排放中不可避免的會有二氧化碳的存在。隨着人們對能源終極解決方案的追尋，燃機的摻氫燃燒正在成為新的技術創新方向。

廣東省能源集團旗下的惠州大亞灣石化區綜合能源站已經正式向GE及哈電集團訂購含兩台9HA.01重型燃氣輪機的聯合循環機組。項目投產後，兩台燃機將採用10%（按體積計算）的氫氣摻混比例與天然氣混合燃燒，並可以在未來提高其摻氫燃燒比例，成為中國內地首座天然氣-氫氣雙燃料9HA電廠。

“摻氫燃燒是未來的趨勢，我們也在不斷探索更高比例的摻氫燃燒。”馬俊說，“HA燃機的終極目標是實現100%燃氫。”