氢能动力作为燃气轮机行业结构转型的重要战略任务，混氢、掺氢、纯氢成为燃气轮机迈向低碳化发展道路的技术重点。燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。其中，燃气轮机可分为重型结构和轻型结构：重型结构燃机体型重，结构件一般采用传统金属材料，仅用于地面固定式发电；轻型结构燃机体型轻巧，并大量使用钛合金、高温合金等先进材料，适合移动环境使用，如航空发动机、舰船燃机、快速布置的应急电源和分布式能源。值得一提的是，氢气是燃气轮机上好燃料之一，其重量轻，比热值高。2023年国内氢燃气轮机领域企业/相关部门正在积极探索氢燃气轮机的开发和示范应用，从而加速其发展进程。
美国、欧盟、日本等国家和地区已经在氢燃气轮机领域发展多年，并制定了相应的行业标准和项目计划。目前，国内氢燃气轮机与氢内燃机所面临的处境大同小异，在此方面还属于早期的开荒阶段，尤其是行业标准对氢燃气轮机的高质量发展形成了制约。5月22日，工业和信息化部科技司公开征求对《工业领域碳达峰碳中和标准体系建设指南（2023版）》（征求意见稿）的意见，其中指出：重点制定燃氢燃气轮机、氢燃料内燃机等氢能替代，氢冶金等技术和装备标准。虽说只是标准的相关意见征求，但却是一个良好的开端，对于后续氢燃气轮机的标准研究、制定和认证会起到一定的推动作用，也能够支撑坚守该领域的企业看到氢燃气轮机蓬勃发展的曙光就在不远的将来。尽管没有行业标准以及相关政策的支持，但在国内的氢燃气轮机相关企业也并没有松懈，开年至今各家积极布局，也取得了一定的进展，使得氢燃气轮机领域与氢内燃机一般，正成为今年一大热门领域。4月3日，内蒙古公司总经理、电力协同产业创新中心主任王伟光在会见国家电投北京重燃能源科技发展有限公司总经理米文真一行，双方就共同推进纯氢燃气轮机研制及应用验证进行工作交流。北京重燃与内蒙古公司共同推动全球首个基于纯氢燃气轮机的“电-氢-电”示范项目落地，是落实国家能源局“首台套”科研项目及集团公司“2035一流战略”，推动“创新驱动、落地见效”的具体行动。3月初，西门子能源携手杭州汽轮动力集团股份有限公司对舟山绿色石化基地年产4000万吨炼化一体化项目（“舟山项目”）中的三台SGT5-2000E燃气轮机成功进行了混合气燃烧调试。西门子能源通过长期的研发投入和丰富的项目执行经验，在舟山项目上实现了掺混合气燃烧的稳定运行，掺氢比例达到20%，不仅降低了项目的用能成本，还能减少废气排放。
3月下旬，主攻氢燃气轮机多年的上海慕帆动力科技有限公司完成了5000万元的战略融资。据悉，慕帆动力已成功研发了全球首个三燃料零碳干式低氮燃烧器，可以在一个燃烧器上不改变燃烧系统硬件实现氢气、氨气和天然气的干式低氮燃烧，并已经通过了全温全压满负荷燃烧测试。2月17日，由哈电通用生产的首台国产HA级重型燃机在秦皇岛顺利下线。该燃机会运往惠州大亚湾石化区综合能源站，将采用10%（按体积计算）的氢气掺混比例与天然气混合燃烧，可为当地新增1.34吉瓦的供电能力。目前，氢燃气轮机发电是构建新型电力系统的有效支撑，也是近期能源转型的“桥梁装备”。因此，随着能源新趋势的发展，氢燃气轮机也有望成为未来新型电力系统的主要设备，在未来能源系统中发挥重要作用，并在企业对氢燃气轮机的技术研发和示范应用努力下，该领域也或就迎来极为可观的发展空间。
在向以氢为基础的能源系统过渡的过程中，需要使用燃料适应性强的燃气轮机，以利用氢和其他气体燃料（如天然气）的混合物。燃烧室需要适应不同比例天然气/氢气混合物。在中期内，需要开发能够燃烧氢气/天然气混合物的灵活燃料燃气轮机，其氢气含量比目前更高。从长远来看，需要开发具有完全燃料灵活性（氢气和天然气以及纯氢气的任何混合物）的燃气轮机，这需要高强度研发投入的支持。其中，干式低排放（DLE）技术有可能使燃气轮机在0-100%氢气下以低排放灵活运行。但是需要进一步研发，存在的主要技术难点如下： 自燃风险较高；回火风险较高；优化热声振荡水平和频率；NOx排放量增加；压降较大；传热的增加，减少了寿命，需要更多的冷却。除了上述技术难点，氢燃气轮机走向大规模商业化阶段同样也面临一些挑战：首先，是燃气轮机当使用氢气作为燃料时，最重要的是考虑输送压力和温度，以避免管道和其他辅助设备发生氢脆；另一个需要考虑的问题是系统内不正确的氢气的吹扫，因所涉及的组件越多，一些氢气留在其中的可能性就越高，在进行维护或维修时会导致爆炸风险。到目前为止，为了充分释放零排放燃氢燃气轮机技术在未来能源领域的潜力，制造商、终端用户和学术界之间的合作将至关重要，以将技术准备水平提高至示范水平，加速氢燃汽轮机的商业化运行。当以上技术、商业化所有要素都发展成熟后，氢气轮机发电因其零碳、低NOx的排放优势，也必将成为电力能源结构的中坚力量。
文章来源：势银能链
