HA燃机如何开启天然气发电新时代
更高的效率、更强的调峰能力与经济性，HA燃机可谓是能源转型的必备利器。
文 | 本刊记者 武魏楠
今年6月，两台GE 9HA.02重型燃气轮机顺利抵达东莞市。它们将会被安装在东莞宁洲3×700MW燃气-蒸汽联合循环热电冷联产工程中。
在原沙角电厂的两台机组退役之后，当地迫切需要同时满足大容量发电、绿色低碳、灵活高效的发电机组。看起来难以兼顾的条件，却能被GE的HA重型燃气轮机完美契合。
东莞宁洲联合循环燃机电厂将于2023年正式投入商业运营，建成后，宁洲电厂将成为国内最大的燃机电厂，发电能力将超过2.4GW。较原燃煤电厂每年可减排二氧化碳约500万吨，减排二氧化硫约1,000吨，减排氮氧化物1,200吨，供热能力达1,200万吉焦，有效缓解东莞市电力供需矛盾，助力电厂实现脱碳转型，迈进HA级燃机发电新时代。
宁洲燃机电厂的演进与当下中国的能源转型不谋而合。在“双碳”趋势的碳约束下，一面是传统能源退出造成“缺电困扰”，一面是新能源难当大任让电力系统稳定成忧。
在当前的技术条件下，天然气发电是解决这些现实问题的有效手段。“GE的燃气轮机技术在经历了几年的迭代之后，始终代表着全球领先水平。”GE燃气发电集团中国区重型燃机销售总经理、哈电通用燃气轮机（秦皇岛）有限公司总经理马俊对《能源》杂志记者说，“代表目前燃机最高水平的GE HA级燃机是世界上最大、最高效，也是全球近几年装机增长速度最快的燃气轮机，特别适用于纯凝发电，因为效率高、功率大，也特别适合调峰，与可再生能源进行互补，具备调电网、调气网等作用。”
在被誉为“工业领域皇冠上明珠”的燃气轮机领域，HA级燃机无疑是当下的巅峰。HA级燃机如何实现助力能源转型的重任？
转型最佳帮手
全球天然气发电市场已经开始全面转向HA级燃机。
在2012年之前，F级燃机是全球市场当之无愧的主力。但是从2016年开始，HA级燃机开始异军突起，迅速成为全球燃机市场的首选产品。
“HA级燃气轮机效率最高、出力最大，既适用于纯凝，又适用于调峰，它的技术先进性决定了它在历史上将会扮演更加重要的角色。”马俊说，“近10年市场的演变说明，随着技术成熟、客户认可度的提高，HA级燃机已经成为了绝对主力。”
强大的调峰能力一直都是天然气发电无可匹敌的优势，HA级燃机延续了这一优点。“9HA.01燃机调峰能力每分钟可以调65兆瓦出力，9HA.02每分钟可以调88兆瓦出力。”GE燃气发电集团中国区产品技术总经理阎福华说，“通俗地说，9HA.02燃机1分钟发电量可以满足17.6万个家庭1小时的用电量。”
HA燃机的调峰能力相较于“小弟”F级燃机有了极大的提升。9F燃机目前调峰能力是15兆瓦/分钟左右，而9HA.02燃机升降负荷率为88兆瓦/分钟，9HA.01燃机升降负荷率为65兆瓦/分钟，如果用9HA.01和9F比较的话，它的调峰能力是9F的4倍，无论从速度上还是质量上，都有非常明显的优势。
如果说调峰能力是延续了燃机的传统优势，那么作为纯凝机组强大的发电能力，则让HA燃机有了更广阔的运行天地。
9HA.01一拖一联合循环出力661兆瓦，发电效率63%以上；9HA.02一拖一联合循环出力838兆瓦，发电效率64%以上。出力大、效率高，又清洁环保，HA燃机已经具备了作为负荷中心带基荷机组的强大实力。
不仅在发电效率的技术指标上有提升，HA燃机的经济性也有颠覆。“由于70%~80%的度电成本来自燃料，在效率比9F机组高4个点的境况下，按每年4000运行小时计算，单台9HA燃机较9F节约燃料的费用约5.7亿元人民币的现值，是非常可观的数字。”阎福华说。
更高的发电效率、更强的调峰能力、更低廉的成本，如果再算上HA燃机更低的排放，那么HA级燃机可谓是无往而不利。
从2020年开始，中国的能源转型经历了不平凡的2年时光。最让人印象深刻的莫过于某些时间段内电力短缺问题带来的一系列困扰。尽管中国提出了建设以新能源为主的新型电力系统成为电力转型的总体方向。然而在风电、光伏无法解决“靠天吃饭”的发电出力波动问题背景下，电网系统的实时平衡就成为新型电力系统面临的最大挑战之一。
电化学储能、抽水蓄能等技术的发展和普及可以起到一定的作用。但是考虑到未来煤电机组更大规模的退出，新的基荷电源建设也将成为未来中国电力系统的新考验。
“从几个方面来看，燃气轮机在中国的能源转型中发挥着不可或缺的作用。”马俊说道。
HA的中国实践
2021年1月，首台搭载微孔预混燃烧室的GE 9HA.01燃气轮机于中国天津军粮城成功投运，这是中国首座投入商业运行的9HA.01燃机电厂。截至目前，GE燃气发电在国内共收获4个HA级燃机项目，涵盖9台HA级燃机，包含6台9HA.01燃机及3台9HA.02燃机，总装机量突破6.4吉瓦。
尽管成绩斐然，但我们也要看到，中国的天然气发电市场还处于从F级燃机向HA级燃机过渡的阶段。HA级燃机的更进一步普及有待加强。
“中国与海外的天然气发电应用场景还是有所区别。”马俊说，“国际市场中HA主要应用基本以纯凝发电为主，国内由于资源禀赋问题要更多地考虑调峰服务。”
技术上来说，HA燃机有能力承担更多的辅助服务，但却不得不考虑由此而来的经济性问题。目前国内的电力市场改革尚在推进之中，辅助服务市场机制还不完善。相较之下，国外燃机可以利用调峰市场机制在高峰时段获取高电价，弥补调峰服务带来的成本压力。
“国内还没有成熟的调峰电价补偿机制。”阎福华对《能源》杂志记者说，“有些项目承担了更多的调峰作用，但没有特殊电价。这导致调峰的价值在经济性上得不到充分体现。”
随着“双碳”战略的推进，天然气发电的优势无疑会越来越突出，影响其发展的外部因素也会逐渐消解。GE也积极通过本土化的努力，为中国客户提供更优质、高效的产品与服务。
2018年，GE与哈尔滨电气集团在秦皇岛建立合资公司，合资公司于2020年完成技术转让工作并投入运营，重点推进和实施重型燃机发展关键技术国产化。
“未来HA燃机不仅可以实现在中国本土的生产，还可以实现关键零部件生产、运维、修理等服务的全部本土化。”马俊说。
中国天然气发电项目往往会经过一个较为漫长的前期准备时间，但建设周期非常短。“国外电厂建设至少三四年，但国内可能2年就会实现发电。”
这对于燃机制造商来说，意味着交货周期短。如果没有强大的本土制造实力，就难以满足国内客户的需求。而且更大规模和供应链的本土化还意味着更低的成本和更贴心的服务，自然成为GE的重中之重。
以天然气为原料，意味着燃气发电的排放中不可避免的会有二氧化碳的存在。随着人们对能源终极解决方案的追寻，燃机的掺氢燃烧正在成为新的技术创新方向。
广东省能源集团旗下的惠州大亚湾石化区综合能源站已经正式向GE及哈电集团订购含两台9HA.01重型燃气轮机的联合循环机组。项目投产后，两台燃机将采用10%（按体积计算）的氢气掺混比例与天然气混合燃烧，并可以在未来提高其掺氢燃烧比例，成为中国内地首座天然气-氢气双燃料9HA电厂。
“掺氢燃烧是未来的趋势，我们也在不断探索更高比例的掺氢燃烧。”马俊说，“HA燃机的终极目标是实现100%燃氢。”
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