编者按：

氢能是全球动力转型与开展的新趋势，也是现代动力体系的重要组成部分，将对我国动力运用的前景产生深刻影响。国际氢能工业的商业化步伐正在不断加速，各国动力巨头竞相布局氢能工业。

华天航空动力瞄准全球氢能工业开展方向，对燃氢燃气轮机的技能开展与实践运用进行了深入研讨，并编译了本文，以期为燃气轮机在氢能范畴的广泛运用供给可靠的技能支持与实践经验。

正文

跟着全球向净零碳排放跨进，间歇性可再生动力发电装机容量(尤其是风能和太阳能)飞速开展，怎么以最佳方法整合间歇性可再生动力，保障供电安全，现已成为国际性的话题。

氢焚烧的储能逻辑

可再生动力的装机容量不断扩展，使电网资源的平衡愈加杂乱。尽管储能电池现已成为一种越来越广泛的选择，但是运用氢气作为动力载体，将氢储能与燃气轮机相结合，确保间歇性可再生动力的最佳运用，也具有显著的吸引力。

最前沿的概念是运用过剩的风能和太阳能经过电解水制取“绿氢”，将其贮存起来，用于燃气轮机燃氢发电，以完成零碳与可调度发电。从本质上讲，绿氢可以作为风能和太阳能的一种存储形式。

燃机电厂燃氢改造的标准化开展

全球燃机厂商现在正在研讨的一切绿氢技能，包含绿氢的出产、绿氢的贮存以及绿氢在燃气轮机中的运用，均为成熟的商业技能。其挑战在于扩展这些技能的规划，并使其更快地进入市场。

现在，全球几家燃气轮机制造商均在改造电力部门的燃气轮机，在燃用氢气方面取得了稳步进展。2020年9月，三菱电力公司(mitsubishipower)推出了据称是国际上第一个绿氢一体化的“标准包”，支持了传统燃气电厂向氢能的转变。国际其他主机厂商也一直在与客户协作，陆续推出了各自的“标准包”，开发了一种适用于一切燃气电厂氢能改造的标准化处理方案。“标准包”处理了发电商和电网运营商在整合可再生动力、燃气轮机、绿氢和其他储能技能时或许遇到的杂乱问题。这也将有助于下降本钱，扩展规划，进步市场接受度。

相关标准包的内容首要集中在以下几个方面。

在电厂整体改造方面

经过共用公辅体系来下降改造本钱。在建造电解槽体系时，可以共用电厂原有的冷却水体系、软化水体系和诸多电气设备等。经过这个协同效应，有助于下降体系杂乱性，并进步运营功率和下降出本钱钱。

在物理集成方面

一是对整流器、变压器、建筑物和一切其他辅助设备进行一体化设计;二是在电解槽和燃气轮机的撬装方面，正在研讨怎么运用燃气轮机的余热。例如，为电解槽供给低品位热量，以协助其进步启动和运转功率。

数字化集成方面

在其他一切设备集成撬装时，寻求数字集成的标准化。

三菱电力的标准化实践案例

三菱电力正在供给一种名为“hydaptivestandardflexibilitypackage”的绿氢处理方案。hydaptive套件旨在经过近乎瞬时的功率平衡资源来供给可再生动力的灵活性，然后极大地增强了简略循环或联合循环电厂增/减功率的才能，来加强电网平衡服务的才能。

它将燃气轮机发电厂与电解水制氢装置集成在一起，同时结合现场氢气存储，然后出产100%可再生电力。此外，tomoni软件和控件经过集成燃气轮机和电解装置完成快速的负载呼应。hydaptive套件添加了扩展/扩展存储才能，可用于新的燃气轮机发电厂或现有电厂的改造，以进步灵活性和延长财物寿数。

“标准包”的中国测验

华天航空动力联合相关客户与科研院所，编制了《燃气轮机氢能发电全球技能开展蓝皮书》，也体系地提出了国产版的燃气电厂氢能改造“标准包”，其首要内容涉及以下几个方面。

氢燃料运送及贮存安全

氢气经过天然气管道大规划不间断的运送是被以为最方便有效的，但是氢气有着比天然气更宽的爆破极限和更快的焚烧速率，再加上氢气对金属资料的劣化效果，运用现有天然气管运送混氢或纯氢燃料的安全性问题亟待处理。

为确保燃机的出力坚持不变，管线中天然气的体积流量需求进步3.3倍，因而必需求进步管程的压降，增强燃料的运输才能，而氢气对金属资料的脆化特性和氢气的浸透等不利因素在高压运转环境中得到恶性叠加。

所以运送氢气或混氢燃料对管材及其处理工艺的要求特别高，一旦将来运用现有管道运送氢气或混氢燃料，就必须对管道从头进行缺点检测、修正、更新并定期检验。

电厂厂区很多贮存氢气必定是一个严重的危险源，遭到各部门的层层监管，为下降危险事故的产生，氢气发电的最佳模式是即制即用，消除贮存环节，削减中心进程的潜在危险。

燃氢燃气轮机联合循环电厂的改造

燃猜中假如氢含量百分比低时，对削减co2排放几乎没有影响，因而业界更希望尽快到达100%体积氢含量燃料运用。

在氢气焚烧期间，氢气的反响性(火焰传播速度)进步，或许会添加回火的危险;较短的点火延迟时间，或许会添加意外自燃的危险;与天然气比较，焚烧氢气的热声振幅水平和频率也不同，或许会对焚烧稳定性产生影响。

同等体积下，氢气的热值(lhv)低于天然气，这意味着完成相同的热功率下运转需求更大的体积流量氢气;焚烧氢气还会添加废气中的水分含量，导致向热端部件热传递的添加，从而需求更多的冷却;水分含量的添加还会使热腐蚀更容易产生，或许会使某些部件的运用寿数缩短。

nox排放

因为氢气的火焰温度较高，因而，在现有联合循环发电厂中引进氢气或许会导致nox排放超出限制，处理方案如下：

scr：氨或氨衍生物用作还原剂，添加到烟道气中并在催化剂上反响，将nox转化为氮气和水。关于现有的燃机电厂，假如已装置scr设备，或许有一些才能承受nox排放的添加。否则，只能改造scr或添加已装置scr的容量。

蒸汽稀释：当运用蒸汽作为稀释剂时，分散焚烧器现已可以处理富氢乃至纯氢燃料。但是，蒸汽稀释需求很多高纯度水、额定的能量来产生蒸汽，并且因为传热添加或许会添加燃气轮机热端部件的应力。

现在对燃氢燃气轮机的研讨焦点是干低nox(dln)技能的预混焚烧器。

空间

燃氢电厂改造，需求加宽管道和改变资料以适应更高的体积流量和避免氢脆。改造中并不总是有空间包容更宽的管道，因而假如电厂将来有或许运用氢气运转，应当建造更大直径的管道，以包容所需的氢气量。

氢气体积能量比天然气低约3倍，因而在供给相同能量的情况下，氢气将占有更多空间。需在现场贮存一些氢气以坚持电厂的接连运转。这会影响一般的电厂布局并需求额定的空间，因为储氢罐周围还需求安全区。

当时的电解厂无法接连为大型燃机电厂供给满足氢气确保其继续运转。例如，现在，nelm5000是较大的氢气电解槽设备之一，关于1台燃氢100%的571mw的ge9ha.02重型燃气轮机，仅能满足其需求的1.2%。但是跟着市场对氢气需求添加的适应，这种情况会继续改进，但假如要在现场电解氢气，则又会出现空间问题。

管道

经过管道运送氢气时，重要的是要考虑运送压力和温度，以避免管道和辅助设备中产生氢脆。氢气通常被压缩到35bar到150bar之间，用于管道传输;而向许多最终用户供给气体的分配体系通常在低于7bar的压力下运转。较大直径的管道或许会在较低的压力下供给相等的质量流量。

燃料处理

因为氢气是一种十分轻的气体，其分子十分小，可以分散到某些资猜中，包含某些类型的钢铁管道，并添加它们失效的危险。与天然气等大分子比较，小尺寸的氢分子也更容易经过密封件和连接器逸出。

因为燃猜中的天然气水平会不断下降，可以添加可以检测氢火焰的火焰探测器和晋级可以检测碳氢化合物水平下降的气体传感器。

一般情况下，需求修正箱体和通风体系以下降爆破和火灾危险。

树立氢能电厂燃料处理相关的标准和标准。

其他

因为燃氢燃气轮机排气能量或许更高，因而或许需求调整余热锅炉(hrsg)，这是一项重要的本钱开销。

一般情况下，还需求对控制体系进行很多更新，这或许会影响燃气轮机的性能，包含输出功率和热功率。

假如电厂有长期服务协议，因为或许会添加保护本钱，则需求与服务供给商讨论燃猜中能否添加氢气含量。

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