GE燃气发电：碳中和下的四阶段技术路径

碳中和是应对全球气候变化的必然选择，也是全球共识，中国更是明确提出了“2030年碳达峰、2060年碳中和”的目标。在中国要实现“碳达峰、碳中和”，应该如何积极调整能源结构，是当前行业内正深入探讨的议题。作为深耕能源行业多年的GE公司，也在结合其在世界各地的项目实践和经验，前瞻性研究如何构建一个新型的综合能源系统，以推动能源转型。

未来可再生能源势必迎来爆发式的增长，但不可忽视的是，气电因为灵活、可调度、可负担、二氧化碳排放量不到燃煤发电50%的特点，在未来一段时间内，其都将在新型的电力系统中发挥重要作用。GE在近期发布的能源转型白皮书《加速可再生能源和天然气发电增长，及时有效应对气候变化》中指出，单独采用可再生能源与天然气发电都无法满足需求，但二者联合部署后实现的低碳效果，无论在速度还是规模上都有助于达成可观的气候目标。确保电力系统可靠性和能源安全性的最有效方法是多种发电资源的协同作业。在各种情况或经济形势下，单一的发电方式都无法实现最有效的结果。

在GE燃气发电服务中国区总经理许欣看来，当下的碳减排与碳中和发展趋势，对GE来说并不是一种压力，反而是一个机遇。“大量可再生能源并入电网后，由于其自有的一些不稳定、不可靠的特性，需要有可靠的、稳定的技术帮助电网调峰，所以这给天然气发电创造了一个机遇。其次，煤电也可以调峰，但是煤电的响应速度没有那么快，同时煤电的排放也很高，所以用气电取代煤电是另外一个机遇。第三，燃气轮机还可以烧氢，并通过技术改造实现高比例掺氢燃烧或100%燃氢，最终实现零碳排放。”

GE相信推广部署更多可再生能源，在需要时通过增加天然气发电实现系统灵活性和可靠容量，这是使电力行业实现脱碳最有效的短期行动之一。在全球范围内，用可变的可再生能源、蓄电池和可调度的天然气发电组合替代煤炭，与单独部署可再生能源相比能实现更大程度的碳减排。也就是说，天然气发电是实现低碳或零碳发电的可行途径，并且在短期内是一条捷径。

在GE研究美国碳减排的历程中发现，此前其电力行业曾严重依赖煤炭，但通过快速且大规模部署可再生能源和天然气发电，目前在脱碳方面成绩显著。自2007年美国碳排放达到峰值以来，美国电力行业产生的CO2排放量已下降了33％，而总发电量则保持在4300TWh左右。在此期间，燃煤发电量大约减少了一半，从50％下降到24％，而天然气发电量从20％上升到37％，风能和太阳能的发电量则从不到1%上升到9％。因煤改气带来的排放量减少超过了因任何其他燃料来源引起的排放量的减少。

数据来源：《2020年GE全球天然气发电展望》

数据来源：美国能源信息管理局《能源评论月报》，2020年6月

碳中和的趋势下，GE燃气发电迎来了新的发展机会。

GE燃机走向低碳或零碳排放技术路线图

“在GE内部，综合比较了可再生能源、储能跟天然气发电的优劣势，从燃料、碳排放、成本、调度、峰值、容量因素考量，将多种发电形式做一个有机的结合，根据不同地区的情况提出因地制宜的方案。”GE燃气发电集团发电服务部技术总监阎福华介绍说。

按照GE设计的路线图，将走向低碳或零碳排放技术路线分成了四个阶段。第一阶段，天然气取代煤电，在现有的技术上可以做到碳减排45%。第二阶段，采用GE最先进的HA机组，实现极高的联合循环发电效率，目前7HA燃气机组最高可以实现超过63%的发电效率，9HA.02燃气机组可以实现超过64%的发电效率，实现减排60%。第三阶段，如果采用最新的HA级联合循环，天然气掺50%的氢气燃烧，可以进一步把碳减排降低到69%。第四阶段，例如碳捕捉有了非常实际可用的案例，能够达到90%的效率，高效率的HA联合循环，再加上碳捕捉，可以做到减碳97%。终极目标则是HA燃机燃烧百分之百的氢气，实现零碳。

在GE设计的路线图中，已经考虑到了未来氢能的大量使用。据介绍，截至目前全球氢燃料的燃机共有150台左右，GE燃机的份额占一半。在中国，也有一些GE的燃机机组实现了燃氢应用。“石化系统工艺中产生的含氢气体可以引入到燃气轮机中燃烧。在天然气发电中结合燃氢已经被证实是一种商业上可行的模式，成本可控且具有竞争优势。”GE燃气发电中国区新机业务总经理黄捷表示。

燃气轮机采用氢气为燃料的一种潜在好处(与天然气混合或100%氢气含量)，是可以通过新建或改造现有燃气发电机组来实现的，只需对燃机和工厂辅机系统进行少量改造。从上世纪90年代开始，7E燃机开始在美国煤气化联合循环发电系统（IGCC）试验烧氢。目前在国内，在钢厂、化工厂投产的几台烧氢9E机组中，掺氢比例可以达到40%。百分之百燃氢技术是未来发展方向，GE的计划是在2030年之前把烧氢能力提高到百分之百，在美国，GE正在建设全球首个百分之百燃氢示范项目——Long Ridge Energy。“我们的计划是在2030年之前把燃气轮机燃氢能力提高到百分之百的水平，这是将来GE燃气轮机技术发展的一个方向。”许欣对更清洁、更高效率的天然气发电市场前景充满信心，GE燃气发电将持续运用创新的技术助力中国向实现双碳目标迈进。