燃氣輪機氫能轉型機遇和挑戰并存

當前，推動經濟全面綠色轉型已成為全球發展共識。氫能是清潔能源的重要組成部分，是推進能源清潔低碳轉型的重要貢獻力量。歷經多年探索，當前，我國已成為全球最大制氫國，年制氫產量約3300萬噸，初步掌握氫能制備、儲運、加氫、燃料電池和系統集成等主要技術和生產工藝，產業發展積累了豐富的氫能供給經驗和產業基礎。

我國氫能產業仍處于發展初期，相較于國際先進水平，關鍵材料和核心領域技術創新能力不強、國產化率較低、技術裝備水平不高，支撐產業發展的基礎性制度不夠完善，產業發展有待進一步完善提升。

燃機行業也逐漸達成了向燃燒純氫轉型的共識。我國的上海電氣、杭汽輪集團正在推進相關研究，加大燃氣輪機中的摻氫比例。此前，美國GE公司曾表示，其在全球已有超過100臺采用低熱值含氫燃料的機組在運行，預計2030年將具備100%燃氫能力。歐盟和日本也計劃在2030年前推出100%重型氫燃氣輪機。

據了解，與蒸汽輪機相比，燃氣輪機具有功率大、效率高、啟動快、體積小、重量輕等一系列優勢。有數據顯示，同等功率下，燃氣輪機體積僅相當于蒸汽輪機的1/5到1/10，并且，燃機轉子輕巧，在啟動機幫助下幾分鐘就可以達到最高轉速。

《燃氣輪機氫能發電全球技術發展藍皮書》（以下簡稱《藍皮書》）指出，利用風光制綠氫可以顯著增強電力系統的運行靈活性，借助燃氫燃氣輪機技術，可提升電力系統的供應保障能力并提供安全穩定性支撐。不過，燃氣輪機為實現從用天然氣到用氫的轉型，仍需要利用摻混燃燒作為過渡。

但與其他用氫方式相比，純氫燃機有較大優勢。《藍皮書》指出，燃氣輪機本來使用基礎設施完善的天然氣作為燃料來源。現有的基礎設施僅需少量或無需任何改造就可以輸送氫氣和天然氣混合物，這使得整個系統可以重復使用，而無需大量費用。

同時，純氫燃氣輪機的另一大優勢在于可以與化工和煉油廠等其他行業耦合。利用熱電聯產電廠中純氫燃氣輪機的余熱，實現諸如供熱、化工、冶金等傳統碳排放行業的深度脫碳。“隨著‘雙碳’目標深入推進，純氫燃氣輪機的發展可以成為未來的碳中和技術，實現能源行業長期深度減碳，同時整合更多可再生能源。

挑戰

1.技術挑戰

技術問題是制約我國氫燃氣輪機發展的關鍵，要想實現氫燃氣輪機產業的迅速發展就需要首先重點攻克“卡脖子”技術。我國通過多年的引進、消化、吸收已經使國產燃氣輪機的技術水平達到了足以支撐自主研發迭代的程度，只是目前離國際先進技術尚有差距。以渦輪葉片為例，我國已經能夠自主生產渦輪進口溫度約為1400℃的F級燃氣輪機的渦輪葉片，但溫度要求達1600℃的H級燃氣輪機渦輪葉片仍依賴國外技術。同時，燃氣輪機燃氫改造還需要克服眾多技術難點，我國在重型氫燃氣輪機領域和純氫燃氣輪機領域的技術水平仍亟待進步。

2.競爭挑戰

長期以來，來自國外廠商的有力競爭都是制約我國燃氣輪機產業發展和技術進步的關鍵。如果不能對西門子、GE等公司形成有效市場競爭力，那國內相關技術將會因缺乏資金支持而停滯不前。我國在運的重型燃機超過100臺，主要由美國GE、德國西門子、日本三菱與國內廠商合作生產。但壓氣機、燃燒室、高溫渦輪葉片等需要定期更換的核心部件技術歐美日不予轉讓，嚴重制約我國重型燃機可靠性和經濟性。當前我國企業在燃氣輪機部分核心零部件領域對國外廠商形成的技術依賴無疑會進一步制約自主技術的發展，這種情況根源上也是來自自身產品競爭力不足。

機遇

1.政策機遇

當前我國正在密集出臺氫能產業扶持政策，氫燃氣輪機作為氫電轉換的關鍵也成了我國政府政策扶持的重點。2月4日，工業和信息化部印發《工業領域碳達峰碳中和標準體系建設指南》，其中指出了燃氫燃氣輪機等氫能替代等技術和裝備標準。3月18日，國家能源局印發的《2024年能源工作指導意見》明確指出要深入探索火電摻燒氫、氨技術。3月19日，國家發改委發布了關于向社會公開征求《綠色低碳先進技術示范項目清單（第一批）》意見的公告，其中就包括了國電投基于純氫燃氣輪機創新的“電-氫-電”新模式實證示范項目。此前我國對氫燃氣輪機領域的政策支持相對不足，而當前國家部委密集出臺的相關政策已經表明國家正有意大力發展氫燃氣輪機產業，同時相關行業標準也開始逐步完善。政策上的有利條件給國內相關廠商提供了巨大的發展機遇，在可預見的未來將會推動我國氫燃氣輪機技術迅速進步。

2.市場機遇

當前我國可再生能源裝機量正在迅速增加，催生了較大的氫儲能需求，作為氫轉電的關鍵，預計氫燃氣輪機將會具有廣闊的市場空間。若大規模裝備氫燃氣輪機可有效地幫助我國電力系統實現靈活性資源削峰填谷、平抑新能源并網波動、提升電網調節和安全穩定運行水平的目標。根據全球能源互聯網發展合作組織發布的《中國2030年能源電力發展規劃研究及2060年展望》，預計到2050年，氫燃氣輪機裝機量達到1億千瓦，在我國電力總裝機中的占比達到1.3%；到2060年，裝機量和占比分別達到2億千瓦和2.5%。廣闊的市場為氫燃氣輪機的技術發展奠定了堅實的基礎。