氢燃气轮机将是实现“氢—电”转换关键一环

本文转自：中国改革报

□ 丛宇

在可再生能源迅速发展的时代背景下，氢储能因其大容量、长周期的优点而备受关注。实现“氢—电”转换，不仅要依靠电解水制氢，氢燃气轮机也是关键一环。探索火电掺烧氢、氨技术，氢燃气轮机是其中的关键，正日益受到国家政策的关注。

起步较晚，遭遇多重挑战

技术问题是制约我国氢燃气轮机发展的关键，要想实现氢燃气轮机产业的迅速发展，需要重点攻克“卡脖子”技术。我国通过多年的引进、消化、吸收，已经使国产燃气轮机的技术水平达到了足以支撑自主研发迭代的程度，但距离国际先进水平尚有差距。同时，燃气轮机燃氢改造还需要攻克众多技术难点，我国在重型氢燃气轮机领域和纯氢燃气轮机领域的技术水平仍亟待进步。

长期以来，来自国外厂商的有力竞争是制约我国燃气轮机产业发展和技术进步的重要因素。我国在运的重型燃气轮机超过100台，但其中压气机、燃烧室、高温涡轮叶片等需要定期更换的核心部件技术尚需要突破对国外厂商的依赖，实现进一步的自主发展。

新兴领域，发展充满机遇

近两年来，我国密集出台氢能产业扶持政策，氢燃气轮机作为“氢—电”转换的关键也成为了政府扶持工作的重点。4月16日，国家发展改革委发布第一批绿色低碳先进技术示范项目清单，其中包括国家电投基于纯氢燃气轮机创新的“电—氢—电”新模式实证示范项目。3月18日，国家能源局发布《2024年能源工作指导意见》，提出要深入探索火电掺烧氢、氨技术。2月4日，工信部发布的《工业领域碳达峰碳中和标准体系建设指南》明确，将重点制定燃氢燃气轮机等氢能替代技术和装备标准。

在重型燃气轮机的自主研发方面，2023年，国家电投联合多家单位研制出了国产首台300兆瓦F级重型燃气轮机样机，且具有完全自主的知识产权。在燃气轮机掺氢燃烧技术方面，2023年，明阳30兆瓦级纯氢燃气轮机下线，搭载明阳氢燃自主研发的“木星一号”纯氢燃烧室，实现了100%的纯氢燃烧，是构建新型电力系统过程中的重要成果和技术上的重大突破。

同时，在燃气轮机掺氢燃烧领域，国内厂商正积极开展项目示范。国家电投荆门绿动电厂二期已于2022年底开展了30%掺氢燃烧改造和运行，使在运燃气轮机机组具备了兼容纯天然气和天然气掺氢两种运行模式的能力。2023年7月，国家电投联合多家单位在“通辽霍林河循环经济纯氢燃机示范项目”“中国重燃上海临港试验基地智慧能源项目”中建设了纯氢燃气轮机。

当前，我国可再生能源装机量迅速增加，催生了较大的氢储能需求。作为氢转电的关键，氢燃气轮机很可能迎来广阔的市场空间。大规模装备氢燃气轮机可有效地帮助我国电力系统实现灵活性资源削峰填谷、平抑新能源并网波动、提升电网调节和安全稳定运行水平的目标。据行业组织预测，到2050年氢燃气轮机装机量将达到1亿千瓦，占我国电力总装机的1.3%；到2060年，氢燃气轮机装机量和占比将分别达到2亿千瓦和2.5%。广阔的市场空间为氢燃气轮机的技术发展奠定了坚实的基础。

长期来看，能否提高热效率仍然是决定燃气轮机市场竞争力的关键，工业界希望到2030年氢燃气轮机的热效率可以达到65%以上。提高热效率的关键在于建立联合循环，这就需要对氢燃气轮机的整体系统结构进行改进。同时，需要开发新材料和新制造工艺：在材料方面，需要评估和开发隔热涂层，并使用冷却高温陶瓷基复合材料喷嘴提高热效率；在新制造工艺方面，需要开发大尺寸高温合金（单晶、定向结晶）铸造技术、复杂结构高温合金无余量精密铸造技术、高精度与高质量3D打印技术等。

自主研创，掌握发展主动权

我国只有坚持自主研发、自主创新，才能在氢燃气轮机领域掌握发展的主动权。

一是政府牵头，组织核心技术攻关。首先，完善技术标准，明确发展目标。其次，对关键领域进行精准补贴，提升透平叶片、燃烧室气阀等核心部件的国际竞争力。最后，广泛开展掺氢、纯氢燃烧示范项目，依托现有的天然气基础设施，开展管道掺氢和燃气轮机掺氢示范项目，在风光条件好的可再生氢基地中建立纯氢燃气轮机运行示范项目，积极培育产业链。

二是产学研融合，促进研究成果转化。氢燃气轮机基础理论的进步将对技术和产业发展起到巨大的推动作用。促进产学研融合与科技成果转化，将激励高校、科研院所在氢燃气轮机基础理论上开展深入研究，也有利于提高人才和资源的配置效率。