近日，國家電投荊門綠動電廠在運燃機實現15%摻氫燃燒改造和商業運行，這是我國首次在重型燃機商業機組上實施摻氫燃燒改造試驗和科研攻關，該項目成為全球首個在天然氣商業機組中進行摻氫燃燒的聯合循環、熱電聯供示范項目。

全球多家燃機廠商已開始探索傳統燃氣輪機摻氫技術，并取得初步發展。業內人士認為，可再生能源的規?；l展以及氣電行業的減排需求，將會促進燃氣輪機“摻氫”技術發展，作為大規模氫燃料發電的關鍵設備，摻氫燃氣輪機將迎來巨大的發展空間。

多國探路燃機“摻氫”

在現役天然氣機組中增加氫燃料來源，不僅能夠有效節約天然氣用量，保證冬季供暖安全穩定，還能顯著降碳。根據國家電投的數據，荊門一臺54兆瓦的燃機，摻氫30%后，每年可減少二氧化碳排放1.8萬噸以上。

事實上，在全球碳減排大勢下，天然氣的化石能源的屬性使得傳統天然氣發電用大型燃機市場不斷萎縮，全球各大燃機廠商找到新的市場立足點。

近年來，日本三菱日立、美國通用電氣、德國西門子能源和意大利安薩爾多能源公司等國際主要燃機廠商，均針對氫燃料燃機推出了相應的發展計劃，開啟了摻氫燃料甚至是純氫燃料燃機的研究、開發及示范應用工作，為電力行業深度脫碳奠定了技術基礎。三菱日立動力系統公司2018年開展了大型氫燃料燃機測試，氫氣含量30%的氫燃料測試結果表明，新開發的專有燃燒器可以實現混氫燃料的穩定燃燒，與純天然氣發電相比可減少10%的二氧化碳排放，聯合循環發電效率高于63%。

與三菱日立動力系統公司相似，西門子能源也致力于提高燃氣輪機的燃氫能力。2019年，西門子能源承諾，將在2030年前實現100%燃氫燃氣輪機，并且涵蓋從小功率到重型燃氣輪機的所有產品組合。

安全問題受關注

傳統的天然氣燃氣輪機摻入氫氣，意味著燃機設備對氫的適應性與摻氫后的安全性均面臨挑戰。

氫燃料的火焰溫度比天然氣高出近300攝氏度，著火延遲時間比天然氣低三倍以上。當燃料中的摻氫比例較高，燃料反應性會發生變化，造成火焰向上移動、燃燒時間過盈等問題，增加氮氧化物排放，并可能使燃燒室超溫過熱。因此，需要對燃燒室的使用穩定性及廢氣排放進行測試，重新設計或優化傳統燃燒室或燃燒系統。

與甲烷相比，氫氣具有更高的擴散系數、更低的點火能量以及更寬的爆炸極限，因此一些天然氣燃機的常規輔助系統，如通風、氣體泄漏檢測、管道裂紋檢測系統等，對于燃氫燃機的安全使用具有更為重要的意義，需要引起重視。

使用氫燃料還面臨著與整體安全相關的操作風險。據了解，氫火焰的亮度很低，肉眼難以發現，需要專門的氫火焰檢測系統；其次，氫氣具有比其他氣體更強的滲透性，可能不適用于原天然氣輸送采用的傳統密封系統；另外，氫氣比甲烷更易燃易爆，相比甲烷而言，氫氣的爆炸極限范圍寬的多。因此，氫氣泄漏會增加安全風險，需要考慮改變操作程序以及防爆危險區域劃分等問題。

經濟性待提升

“以氫為連接樞紐，燃氣輪機與新能源可發揮良好的互補和協同作用，由它們組成的混合發電系統具有更好的靈活性和穩定性，同時也能為純氫燃氣輪機發電產業奠定技術基礎?！鄙鲜鰧＜冶硎?，目前，受制氫成本、能源轉換效率等多重因素影響，氫燃氣輪機發電面臨經濟性偏低問題。我國目前電解水制氫的成本較高，約為1.8-3.6元/立方米。不過伴隨新能源發電占比的持續提升，預計2025年之后，電解水制氫的成本可降至1.35元/立方米以下。

集中式發電效率較低也制約著氫燃料發電的經濟性。有業內人士直言，在我國風電和光伏裝機容量還未遠超化石能源的情況下，通過可再生能源生產的“綠氫”仍主要供應給交通、工業等領域使用，在集中式氫燃料發電方面將會進展緩慢。雖然將陸續推出混氫或純氫燃料燃機發電示范項目，但在可再生能源尚未實現更大規模發展情況下，“電-氫-電”這一轉化過程降低了能源整體利用效率，如不解決上述問題，將很難得到廣泛應用。