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下載手機APP 譯者按：氫能是全球動力轉型與開展的新趨勢，被譽為21世紀最有出路的動力之一。我國氫能工業的商業化步伐正在不斷加快，一些當地和動力企業紛紛布局氫能工業與運用項目。可是咱們對氫能的認知多局限于氫氣儲運與氫燃料電池等方面，對氫氣焚燒發電范疇沒有給予滿足的重視，基于此，中國航發燃機編譯了這篇文章，以期引發職業更多有利的思考。
中國航發燃機一向致力于氫能的開發與運用，憑仗燃氣輪機與航空發動機技能同源的優勢，完成了航空發動機焚燒技能和常識積累向燃氣輪機的轉移。AGT-2、AGT-12、AGT-25等多個自主燃氣輪機類型已完成擴散焚燒方法的富氫燃料發電運用，部分混氫焚燒發電項目的氫濃度最高到達了60%。現在，公司正在開展預混焚燒方法的富氫燃料干式低排放焚燒技能的開發，這也被世界動力巨子視為氫能工業化、規模化運用的干流途徑。整體來看，中國航發燃機正為氫能大規模商業化運用儲備技能，已具有開展零碳排放燃氣輪機產品研發的基礎。
以下為譯文：
為什么氫燃料發電廠"將在動力轉型中扮演重要人物"
西門子動力(SiemensEnergy)和Equinor的高管以為，假如不焚燒清潔的氫能進行發電，電力體系的深度脫碳是不行能完成的。2021年7月29日10：38GMT更新2021年7月30日0：49GMT由LeighCollins
乍一看，清潔氫能發電廠的概念似乎荒唐備至。為什么會有人用可再生動力制造綠色氫能，之后再焚燒氫能來發電?功率低于40%，每10千瓦時的風能或太陽能供給的電力不到4千瓦時。
為什么用碳捕獲和貯存(CCS)技能從天然氣中制取藍氫——加上甲烷改造和壓縮/液化、運送和貯存難以處理的氫氣而發生的一切額定費用——當你可以在現有的燃氣電廠中加入CCS技能時?
可是，西門子動力(Siemensenergy)、Equinor和蘇格蘭公用事業公司(SSE)等大型動力公司以為，氫能發電廠的前景光明。為什么?
綠氫發電廠
德國西門子動力公司(SiemensEnergy)去年從母公司剝離出來，向客戶供給氫能發電廠解決方案。西門子動力公司氫能發電出售副總裁ErikZindel表明：“假如將可再生動力轉化為氫能并從頭電氣化，總循環功率不到40%，明顯，只要將氫能用作長時刻貯存和對各種可再生動力的補償時，才有意義。”
“假如想幾天、幾周、幾個月，乃至幾個季度地貯存電力——或許想從夏天到冬天都運用太陽能，亦或許想從秋天到夏天都運用風能發電——就需求以化學方法貯存電力。”
“在冬天，當兩三周都沒有陽光和風時，你依然需求(清潔的)電力——因而你需求氫能。”
ErikZindel以為，大規模儲氫也將有助于削減刮風/晴天期間風能和太陽能的削減。他解說道：“一旦你進入綠色氫能范疇，就可以添加你希望在電網中構建的可再生動力數量，由于你可以運用剩余的可再生動力(不然，這些可再生動力將因無法出售而被削減)。”
因而，經過電解(運用電力將水分子分解成氫氣和氧氣)，而且可以將剩余的能量貯存為氫能，你確實可以讓可再生動力在電力體系中占有重要地位。反之，氫能很快就會受到約束，由于會有太多的剩余的能量需求傾倒。可是，一旦你可以運用這種過剩的電力，你就可以將可再生動力成倍(兩倍、三倍乃至四倍)添加。
藍氫發電廠
挪威石油巨子Equinor和蘇格蘭公用事業公司SSE最近宣告了一項方案，方案最快10年內在英格蘭東北部的Keadby制作一座全新的1.8GW氫燃料發電站。兩家公司表明，這家電廠會用低碳藍氫供給動力，并用于支持可變可再生動力，比方海上風能。那么，為什么藍氫發電比運用CCS技能的天然氣發電更有優勢?
Equinor低碳技能副總裁HenrikSolgaardAndersen以為，在焚燒前階段捕獲碳比在燃氣發電廠焚燒后捕獲碳更具本錢效益。“在[燃氣發電站]的煙氣中，壓力十分低，二氧化碳濃度十分低…所以這十分困難，”他解說道。“這就像大海撈針。你捕獲的二氧化碳越多，捕獲剩余二氧化碳的或許性就越小。終究，無法捕獲。”
“在藍氫電廠里，二氧化碳壓力高。因而，最初有許多“針頭”，這便是為什么與后焚燒電廠比較，藍氫電廠可以獲得更多二氧化碳的原因：壓力十分高。所以可以降到[97-98%]。”
在一個不到50%運轉時刻的燃氣發電廠獲取二氧化碳的本錢就更低了——就像Keadby備用發電廠那樣。Andersen說：“無論運轉時刻長短，后焚燒方法(即采用CCS技能的天然氣)電廠有必要預備好在每次運轉時捕獲90%以上的(二氧化碳)。”“咱們以為，一切這些發動和中止都意味著捕獲裝置升溫文冷卻次數過多，所以無法捕獲滿足多的二氧化碳。”他彌補道：“以前沒有一家機構運用CCS技能運營過可調度發電廠。沒人真正知道動力功率和捕獲率。因而，存在一些不確定性。”
高本錢
在Equinor和SSE方案制作一座全新的氫能發電廠的一起，西門子動力公司正以現有化石氣體發電廠的改造以及新的“氫安排妥當”聯合循環燃氣發電設備的制作為其商業模式的基礎。
可是，Zindel指出，盡管將一座天然氣發電廠改造成氫能發電廠“適當廉價”，但現在運用清潔氫能發電“在經濟上沒有意義。”他解說說，天然氣比綠氫、藍氫乃至有增無減的灰氫廉價得多。據估計，綠氫的本錢在每千克2.50～6美元之間，藍氫的本錢在每千克1.50～4美元之間。假如清潔氫氣的本錢是每公斤2歐元(合2.35美元)，可以使其與化石燃料具有本錢競爭力，“需求每噸二氧化碳價格到達200～250英鎊，因而任重而道遠”。現在，歐盟公布的碳價格約為每噸53歐元。清潔氫能要到2035年才干用于大規模發電，部分原因是在運送和重工業等其他職業運用氫能更具本錢效益。
他表明：“咱們估計，氫能電氣化將在2035年或2040年大規模完成——那時咱們真的有必要對電力職業進行深度脫碳。”
Equinor表明，其Keadby氫能設備只要在“適當的方針機制到位的情況下”，換句話說，假如它得到大量補助，才干繼續進行。
Andersen說：“咱們的商場失靈了。”咱們正在研究一種商業模式，這種商業模式或許更適合某種差異合同。因而，承購商將為天然氣買單，而藍氫的生產商將得到某種補助[額定本錢]。
為什么是現在?
假如西門子動力不相信電力職業將在15～20年內運用氫能發電，那么它今日又為什么要營銷氫燃料發電解決方案呢?
Zindel說：“原因許多。其一，這是未來趨勢，現在有必要開展工作，咱們的方案是具有10年內焚燒氫濃度到達100%的能力——因而，當咱們獲得第一個真正的商業項目時，它現已可用了。”“咱們估計，在徹底脫碳的情況下，聯合循環發電廠將成為供給剩余負荷的首要技能挑選，這些聯合循環的運轉時刻只要20～30%，不會再多了，由于體系中將有滿足的風能和太陽能。”“其次——也是更重要的一點——咱們的客戶現在需求制作天然氣發電廠。所以，假如你有一個天然氣發電廠正在制作，假設在2023～2024年投入商業運營，這意味著，這些發電廠在本世紀50年代仍將運營，屆時咱們應徹底脫碳”“這意味著，從現在起即將制作的每座新的(燃氣)發電廠都很或許在未來進行改造，以焚燒氫能。因而，咱們今日就為這些發電廠做好預備是十分重要的。這便是咱們所說的"氫安排妥當概念"。因而，咱們要確保咱們具有正確的材料，挑選正確的電氣設備，[而且]咱們有滿足的空間來供給額定的體系，這些體系將在電廠轉換為氫能燃料時運用。”“咱們看到，至少在歐洲，簡直每個客戶都在談論預備為他們的新發電廠運用氫能。而且，世界其他地區現在也十分積極地削減碳排放。這是咱們職業中一個十分重要的話題。”“他們看到核電站在其商業和技能生命周期結束前好久就已中止運轉——他們現在也看到燃煤發電站也被要求離網……他們對資產停滯感到厭煩，因而他們希望現在的聯合循環能為未來供給保護傘。”
如何將燃氣發電廠轉化為氫能發電廠?
氫氣與天然氣特性不同，例如分子更小，動力密度更低，會導致氫脆現象。因而，要使燃氣發電廠可以運用氫能，需求做出許多改動。
Zindel解說道：“體積密度下降首要對一切上游設備(燃氣輪機、燃氣體系)有所影響，需求添加燃料管道直徑。”“因而，假如你知道發電廠將來要運用氫能，你需求直徑更大的燃料管道。假如你想改造，你或許沒有空間[用于更寬的管道]。”
他解說說，“假如燃氣輪機需求提升中軸線以容納更寬的管道，"會被當即質疑改造的經濟可行性。”
其他改變或許包含新的電氣和氣體檢測體系，以及——依據監管要求——添加挑選性催化還原(SCR)體系，以削減NOx排放(氫在富含氮氣的空氣中焚燒時發生的溫室氣體)。
但最明顯的改變是調整燃氣輪機以焚燒氫氣，這將需求改善焚燒室和新的焚燒器。
Zindel說：“與天然氣比較，氫氣作為燃料，其反應率要高得多，火焰速度也更高。"這意味著火焰離焚燒器越來越近，有或許將發生回火現象。因而，需求新的防閃回焚燒器規劃。一起，火焰溫度稍高，意味著NOx排放量將會添加。”
“然后一切都是關于……當焚燒室的空氣流量現已很低時，如安在不損壞焚燒器的情況下發動或關閉設備?”
“這或多或少是咱們面對的研發挑戰——規劃一個穩定、安全的焚燒器來焚燒氫氣，一起使NOx排放在可控范圍內。”
“不行徹底消除，但可明顯削減。”
Zindel說，需求統籌剖析一切溫室氣體。因而，不僅是削減二氧化碳和NOx排放，還觸及削減甲烷——一種強壯的溫室氣體——在運用天然氣生成藍氫時，會向上游排放甲烷。
為什么不運用燃料電池呢?
假如焚燒氫氣總是會發生一些氮氧化物和溫室氣體，為什么不運用無排放的燃料電池將氫能轉化為電能呢?
“與燃氣輪機聯合循環比較，燃料電池是一項有競爭力的技能——但終究……出于經濟考慮，”Zindel。
“假如你看看功率，今日的聯合循環技能…功率水平為63～64%。這現已高于一般的燃料電池——功率在60%以內。”
“此外，聯合循環發電廠的出資本錢也比(類似規模的)燃料電池廉價得多。(燃料電池)完成與聯合循環的動力本錢平等化還需求數年。”
“然后你要考慮燃氣輪機具有更高的燃料靈活性，以及改造現有的天然氣聯合循環以焚燒氫氣的或許性，這將進一步削減所需的出資。”
“一切這些都說明，聯合循環技能是未來氫能電氣化的首要技能。燃料電池雖然是一項極具吸引力的技能，具有明顯的改善潛力，但它的首要運用范疇是移動和小島電網，而這些當地聯合循環技能并不行行。”
試點工廠
Zindel解說說，西門子動力公司現在正在制作和調試三座試驗性發電廠，這些發電廠要么焚燒100%氫氣，要么焚燒富含氫燃料。
兩個新的商業熱電聯產工廠——一個在俄羅斯西部500MW，一個在巴西圣保羅州80MW——都將運用煉油廠的副產品氫氣為這些煉油廠供給電力和熱量，濃度分別為27%和60%。這兩家工廠都在調試中。
但可以說，西門子動力公司最重要的試點是法國的12MW的Hyflexpower項目，該項目將在現有的燃氣熱電廠運用100%的綠氫，為位于法國中西部的一家造紙廠供給電力和熱量。
Zindel說：“關于咱們新的焚燒器技能來說，這是一個很好的演示項目，它可以(焚燒)天然氣和氫氣之間的任何燃料組合，咱們估計到2023年，氫燃料濃度將到達100%，一起下降NOx排放。這將是咱們在該范疇的第一個真正的演示項目。”
現有設備將由包含EngieSolutions、德國航空航天中心和四所歐洲大學在內的財團轉換為氫能，并由歐盟委員會的地平線2020方案供給資金。
“十分十分大的可是”
Zindel表明，雖然西門子動力公司估計2035年之前不會大規模制作氫電廠，但有"一個十分十分大的可是"。
他解說道：“立法需求采用脫碳路線——而且要快。"各國需求強制脫碳。與在下屆選舉中的3000萬選民比較，對50家大公司實施脫碳目標要簡單得多。”
因而，電廠運營商面對的危險是，他們或許會更快地完成脫碳目標(比較估計)。他彌補道：“重要的是要明白，監管引領變革，由于現在這些技能都沒有比現有技能更廉價。現在沒有一家公司會改用氫能。”“無論是經過補助或碳稅，進步二氧化碳證書價格，仍是經過約束排放或其他措施，真正實施這一轉變的法規，遲早會到來。”“然后就取決于整個職業的體現了。”
中國航發燃機
標簽：
中國航發燃機 氫燃料發電廠
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