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下载手机APP 译者按：氢能是全球动力转型与发展的新趋势，被誉为21世纪最有前途的动力之一。我国氢能工业的商业化脚步正在不断加速，一些当地和动力企业纷繁布局氢能工业与运用项目。可是咱们对氢能的认知多局限于氢气储运与氢燃料电池等方面，对氢气焚烧发电范畴没有给予足够的重视，基于此，中国航发燃机编译了这篇文章，以期引发职业更多有益的思考。
中国航发燃机一直致力于氢能的开发与运用，凭仗燃气轮机与航空发动机技能同源的优势，完成了航空发动机焚烧技能和常识堆集向燃气轮机的搬运。AGT-2、AGT-12、AGT-25等多个自主燃气轮机型号已完成分散焚烧方法的富氢燃料发电运用，部分混氢焚烧发电项目的氢浓度最高到达了60%。现在，公司正在展开预混焚烧方法的富氢燃料干式低排放焚烧技能的开发，这也被国际动力巨子视为氢能工业化、规模化运用的干流途径。总体来看，中国航发燃机正为氢能大规模商业化运用储备技能，已具备展开零碳排放燃气轮机产品研制的根底。
以下为译文：
为什么氢燃料发电厂"将在动力转型中扮演重要人物"
西门子动力(SiemensEnergy)和Equinor的高管以为，假如不焚烧清洁的氢能进行发电，电力体系的深度脱碳是不或许完成的。2021年7月29日10：38GMT更新2021年7月30日0：49GMT由LeighCollins
乍一看，清洁氢能发电厂的概念似乎荒唐至极。为什么会有人用可再生动力制造绿色氢能，之后再焚烧氢能来发电?功率低于40%，每10千瓦时的风能或太阳能供给的电力不到4千瓦时。
为什么用碳捕获和贮存(CCS)技能从天然气中制取蓝氢——加上甲烷改造和压缩/液化、运输和贮存难以处理的氢气而发生的一切额定费用——当你可以在现有的燃气电厂中加入CCS技能时?
可是，西门子动力(Siemensenergy)、Equinor和苏格兰公用事业公司(SSE)等大型动力公司以为，氢能发电厂的远景光明。为什么?
绿氢发电厂
德国西门子动力公司(SiemensEnergy)上一年从母公司剥离出来，向客户供给氢能发电厂解决方案。西门子动力公司氢能发电销售副总裁ErikZindel表明：“假如将可再生动力转化为氢能并重新电气化，总循环功率不到40%，明显，只要将氢能用作长期贮存和对各种可再生动力的补偿时，才有含义。”
“假如想几天、几周、几个月，乃至几个季度地贮存电力——或者想从夏天到冬天都运用太阳能，亦或者想从秋天到夏天都运用风能发电——就需求以化学方法贮存电力。”
“在冬天，当两三周都没有阳光和风时，你依然需求(清洁的)电力——因而你需求氢能。”
ErikZindel以为，大规模储氢也将有助于削减刮风/晴天期间风能和太阳能的削减。他解说道：“一旦你进入绿色氢能范畴，就可以添加你期望在电网中构建的可再生动力数量，由于你可以运用剩下的可再生动力(不然，这些可再生动力将因无法出售而被削减)。”
因而，经过电解(运用电力将水分子分解成氢气和氧气)，并且可以将剩下的能量贮存为氢能，你确实可以让可再生动力在电力体系中占有重要位置。反之，氢能很快就会受到限制，由于会有太多的剩下的能量需求倾倒。可是，一旦你可以运用这种过剩的电力，你就可以将可再生动力成倍(两倍、三倍乃至四倍)添加。
蓝氢发电厂
挪威石油巨子Equinor和苏格兰公用事业公司SSE最近宣告了一项方案，方案最快10年内涵英格兰东北部的Keadby制作一座全新的1.8GW氢燃料发电站。两家公司表明，这家电厂会用低碳蓝氢供给动力，并用于支撑可变可再生动力，比方海上风能。那么，为什么蓝氢发电比运用CCS技能的天然气发电更有优势?
Equinor低碳技能副总裁HenrikSolgaardAndersen以为，在焚烧前阶段捕获碳比在燃气发电厂焚烧后捕获碳更具本钱效益。“在[燃气发电站]的烟气中，压力十分低，二氧化碳浓度十分低…所以这十分困难，”他解说道。“这就像大海捞针。你捕获的二氧化碳越多，捕获剩下二氧化碳的或许性就越小。最终，无法捕获。”
“在蓝氢电厂里，二氧化碳压力高。因而，开始有很多“针头”，这便是为什么与后焚烧电厂比较，蓝氢电厂可以取得更多二氧化碳的原因：压力十分高。所以可以降到[97-98%]。”
在一个不到50%运行时刻的燃气发电厂获取二氧化碳的本钱就更低了——就像Keadby备用发电厂那样。Andersen说：“不管运行时刻长短，后焚烧方法(即选用CCS技能的天然气)电厂有必要预备好在每次运行时捕获90%以上的(二氧化碳)。”“咱们以为，一切这些发动和中止都意味着捕获装置升温文冷却次数过多，所以无法捕获足够多的二氧化碳。”他弥补道：“曾经没有一家机构运用CCS技能运营过可调度发电厂。没人真正知道动力功率和捕获率。因而，存在一些不确定性。”
高本钱
在Equinor和SSE方案制作一座全新的氢能发电厂的一起，西门子动力公司正以现有化石气体发电厂的改造以及新的“氢安排妥当”联合循环燃气发电设备的建设为其商业模式的根底。
可是，Zindel指出，尽管将一座天然气发电厂改形成氢能发电厂“恰当廉价”，但如今运用清洁氢能发电“在经济上没有含义。”他解说说，天然气比绿氢、蓝氢乃至有增无减的灰氢廉价得多。据估计，绿氢的本钱在每千克2.50～6美元之间，蓝氢的本钱在每千克1.50～4美元之间。假如清洁氢气的本钱是每公斤2欧元(合2.35美元)，可以使其与化石燃料具有本钱竞争力，“需求每吨二氧化碳价格到达200～250英镑，因而任重而道远”。现在，欧盟发布的碳价格约为每吨53欧元。清洁氢能要到2035年才干用于大规模发电，部分原因是在运输和重工业等其他职业运用氢能更具本钱效益。
他表明：“咱们估计，氢能电气化将在2035年或2040年大规模完成——那时咱们真的有必要对电力职业进行深度脱碳。”
Equinor表明，其Keadby氢能设备只要在“恰当的方针机制到位的情况下”，换句话说，假如它得到大量补助，才干继续进行。
Andersen说：“咱们的市场失灵了。”咱们正在研究一种商业模式，这种商业模式或许更适合某种差异合同。因而，承购商将为天然气买单，而蓝氢的生产商将得到某种补助[额定本钱]。
为什么是现在?
假如西门子动力不相信电力职业将在15～20年内运用氢能发电，那么它今日又为什么要营销氢燃料发电解决方案呢?
Zindel说：“原因很多。其一，这是未来趋势，现在有必要展开工作，咱们的方案是具备10年内焚烧氢浓度到达100%的才能——因而，当咱们取得第一个真正的商业项目时，它现已可用了。”“咱们估计，在彻底脱碳的情况下，联合循环发电厂将成为供给剩下负荷的首要技能挑选，这些联合循环的运行时刻只要20～30%，不会再多了，由于体系中将有足够的风能和太阳能。”“其次——也是更重要的一点——咱们的客户现在需求制作天然气发电厂。所以，假如你有一个天然气发电厂正在建设，假设在2023～2024年投入商业运营，这意味着，这些发电厂在本世纪50年代仍将运营，届时咱们应彻底脱碳”“这意味着，从现在起即将制作的每座新的(燃气)发电厂都很或许在未来进行改造，以焚烧氢能。因而，咱们今日就为这些发电厂做好预备是十分重要的。这便是咱们所说的"氢安排妥当概念"。因而，咱们要保证咱们具有正确的材料，挑选正确的电气设备，[并且]咱们有足够的空间来供给额定的体系，这些体系将在电厂转换为氢能燃料时运用。”“咱们看到，至少在欧洲，几乎每个客户都在谈论预备为他们的新发电厂运用氢能。并且，世界其他地区现在也十分积极地削减碳排放。这是咱们职业中一个十分重要的论题。”“他们看到核电站在其商业和技能生命周期结束前好久就已中止运行——他们现在也看到燃煤发电站也被要求离网……他们对财物停滞感到厌烦，因而他们期望现在的联合循环能为未来供给保护伞。”
如何将燃气发电厂转化为氢能发电厂?
氢气与天然气特性不同，例如分子更小，动力密度更低，会导致氢脆现象。因而，要使燃气发电厂可以运用氢能，需求做出许多改变。
Zindel解说道：“体积密度下降首要对一切上游设备(燃气轮机、燃气体系)有所影响，需求添加燃料管道直径。”“因而，假如你知道发电厂将来要运用氢能，你需求直径更大的燃料管道。假如你想改造，你或许没有空间[用于更宽的管道]。”
他解说说，“假如燃气轮机需求进步中轴线以容纳更宽的管道，"会被当即质疑改造的经济可行性。”
其他改变或许包括新的电气和气体检测体系，以及——根据监管要求——添加挑选性催化复原(SCR)体系，以削减NOx排放(氢在富含氮气的空气中焚烧时发生的温室气体)。
但最明显的改变是调整燃气轮机以焚烧氢气，这将需求改善焚烧室和新的焚烧器。
Zindel说：“与天然气比较，氢气作为燃料，其反应率要高得多，火焰速度也更高。"这意味着火焰离焚烧器越来越近，有或许将发生回火现象。因而，需求新的防闪回焚烧器规划。一起，火焰温度稍高，意味着NOx排放量将会添加。”
“然后一切都是关于……当焚烧室的空气流量现已很低时，如安在不损坏焚烧器的情况下发动或关闭设备?”
“这或多或少是咱们面临的研制应战——规划一个稳定、安全的焚烧器来焚烧氢气，一起使NOx排放在可控范围内。”
“不行彻底消除，但可明显削减。”
Zindel说，需求统筹分析一切温室气体。因而，不仅是削减二氧化碳和NOx排放，还触及削减甲烷——一种强壮的温室气体——在运用天然气生成蓝氢时，会向上游排放甲烷。
为什么不运用燃料电池呢?
假如焚烧氢气总是会发生一些氮氧化物和温室气体，为什么不运用无排放的燃料电池将氢能转化为电能呢?
“与燃气轮机联合循环比较，燃料电池是一项有竞争力的技能——但最终……出于经济考虑，”Zindel。
“假如你看看功率，今日的联合循环技能…功率水平为63～64%。这现已高于一般的燃料电池——功率在60%以内。”
“此外，联合循环发电厂的出资本钱也比(相似规模的)燃料电池廉价得多。(燃料电池)完成与联合循环的动力本钱平等化还需求数年。”
“然后你要考虑燃气轮机具有更高的燃料灵活性，以及改造现有的天然气联合循环以焚烧氢气的或许性，这将进一步削减所需的出资。”
“一切这些都阐明，联合循环技能是未来氢能电气化的首要技能。燃料电池虽然是一项极具吸引力的技能，具有明显的改善潜力，但它的首要运用范畴是移动和小岛电网，而这些当地联合循环技能并不行行。”
试点工厂
Zindel解说说，西门子动力公司现在正在建设和调试三座试验性发电厂，这些发电厂要么焚烧100%氢气，要么焚烧富含氢燃料。
两个新的商业热电联产工厂——一个在俄罗斯西部500MW，一个在巴西圣保罗州80MW——都将运用炼油厂的副产品氢气为这些炼油厂供给电力和热量，浓度分别为27%和60%。这两家工厂都在调试中。
但可以说，西门子动力公司最重要的试点是法国的12MW的Hyflexpower项目，该项目将在现有的燃气热电厂运用100%的绿氢，为位于法国中西部的一家造纸厂供给电力和热量。
Zindel说：“关于咱们新的焚烧器技能来说，这是一个很好的演示项目，它可以(焚烧)天然气和氢气之间的任何燃料组合，咱们估计到2023年，氢燃料浓度将到达100%，一起下降NOx排放。这将是咱们在该范畴的第一个真正的演示项目。”
现有设备将由包括EngieSolutions、德国航空航天中心和四所欧洲大学在内的财团转换为氢能，并由欧盟委员会的地平线2020方案供给资金。
“十分十分大的可是”
Zindel表明，虽然西门子动力公司估计2035年之前不会大规模建设氢电厂，但有"一个十分十分大的可是"。
他解说道：“立法需求选用脱碳路线——并且要快。"各国需求强制脱碳。与在下届选举中的3000万选民比较，对50家大公司实施脱碳方针要简单得多。”
因而，电厂运营商面临的风险是，他们或许会更快地完成脱碳方针(比较估计)。他弥补道：“重要的是要理解，监管引领变革，由于现在这些技能都没有比现有技能更廉价。现在没有一家公司会改用氢能。”“不管是经过补助或碳税，进步二氧化碳证书价格，还是经过限制排放或其他办法，真正实施这一改变的法规，迟早会到来。”“然后就取决于整个职业的体现了。”中国航发燃机
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