燃气轮机氢能转型机遇和挑战并存

当前，推动经济全面绿色转型已成为全球发展共识。氢能是清洁能源的重要组成部分，是推进能源清洁低碳转型的重要贡献力量。历经多年探索，当前，我国已成为全球最大制氢国，年制氢产量约3300万吨，初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，产业发展积累了丰富的氢能供给经验和产业基础。

我国氢能产业仍处于发展初期，相较于国际先进水平，关键材料和核心领域技术创新能力不强、国产化率较低、技术装备水平不高，支撑产业发展的基础性制度不够完善，产业发展有待进一步完善提升。

燃机行业也逐渐达成了向燃烧纯氢转型的共识。我国的上海电气、杭汽轮集团正在推进相关研究，加大燃气轮机中的掺氢比例。此前，美国GE公司曾表示，其在全球已有超过100台采用低热值含氢燃料的机组在运行，预计2030年将具备100%燃氢能力。欧盟和日本也计划在2030年前推出100%重型氢燃气轮机。

据了解，与蒸汽轮机相比，燃气轮机具有功率大、效率高、启动快、体积小、重量轻等一系列优势。有数据显示，同等功率下，燃气轮机体积仅相当于蒸汽轮机的1/5到1/10，并且，燃机转子轻巧，在启动机帮助下几分钟就可以达到最高转速。

《燃气轮机氢能发电全球技术发展蓝皮书》（以下简称《蓝皮书》）指出，利用风光制绿氢可以显著增强电力系统的运行灵活性，借助燃氢燃气轮机技术，可提升电力系统的供应保障能力并提供安全稳定性支撑。不过，燃气轮机为实现从用天然气到用氢的转型，仍需要利用掺混燃烧作为过渡。

但与其他用氢方式相比，纯氢燃机有较大优势。《蓝皮书》指出，燃气轮机本来使用基础设施完善的天然气作为燃料来源。现有的基础设施仅需少量或无需任何改造就可以输送氢气和天然气混合物，这使得整个系统可以重复使用，而无需大量费用。

同时，纯氢燃气轮机的另一大优势在于可以与化工和炼油厂等其他行业耦合。利用热电联产电厂中纯氢燃气轮机的余热，实现诸如供热、化工、冶金等传统碳排放行业的深度脱碳。“随着‘双碳’目标深入推进，纯氢燃气轮机的发展可以成为未来的碳中和技术，实现能源行业长期深度减碳，同时整合更多可再生能源。

挑战

1.技术挑战

技术问题是制约我国氢燃气轮机发展的关键，要想实现氢燃气轮机产业的迅速发展就需要首先重点攻克“卡脖子”技术。我国通过多年的引进、消化、吸收已经使国产燃气轮机的技术水平达到了足以支撑自主研发迭代的程度，只是目前离国际先进技术尚有差距。以涡轮叶片为例，我国已经能够自主生产涡轮进口温度约为1400℃的F级燃气轮机的涡轮叶片，但温度要求达1600℃的H级燃气轮机涡轮叶片仍依赖国外技术。同时，燃气轮机燃氢改造还需要克服众多技术难点，我国在重型氢燃气轮机领域和纯氢燃气轮机领域的技术水平仍亟待进步。

2.竞争挑战

长期以来，来自国外厂商的有力竞争都是制约我国燃气轮机产业发展和技术进步的关键。如果不能对西门子、GE等公司形成有效市场竞争力，那国内相关技术将会因缺乏资金支持而停滞不前。我国在运的重型燃机超过100台，主要由美国GE、德国西门子、日本三菱与国内厂商合作生产。但压气机、燃烧室、高温涡轮叶片等需要定期更换的核心部件技术欧美日不予转让，严重制约我国重型燃机可靠性和经济性。当前我国企业在燃气轮机部分核心零部件领域对国外厂商形成的技术依赖无疑会进一步制约自主技术的发展，这种情况根源上也是来自自身产品竞争力不足。

机遇

1.政策机遇

当前我国正在密集出台氢能产业扶持政策，氢燃气轮机作为氢电转换的关键也成了我国政府政策扶持的重点。2月4日，工业和信息化部印发《工业领域碳达峰碳中和标准体系建设指南》，其中指出了燃氢燃气轮机等氢能替代等技术和装备标准。3月18日，国家能源局印发的《2024年能源工作指导意见》明确指出要深入探索火电掺烧氢、氨技术。3月19日，国家发改委发布了关于向社会公开征求《绿色低碳先进技术示范项目清单（第一批）》意见的公告，其中就包括了国电投基于纯氢燃气轮机创新的“电-氢-电”新模式实证示范项目。此前我国对氢燃气轮机领域的政策支持相对不足，而当前国家部委密集出台的相关政策已经表明国家正有意大力发展氢燃气轮机产业，同时相关行业标准也开始逐步完善。政策上的有利条件给国内相关厂商提供了巨大的发展机遇，在可预见的未来将会推动我国氢燃气轮机技术迅速进步。

2.市场机遇

当前我国可再生能源装机量正在迅速增加，催生了较大的氢储能需求，作为氢转电的关键，预计氢燃气轮机将会具有广阔的市场空间。若大规模装备氢燃气轮机可有效地帮助我国电力系统实现灵活性资源削峰填谷、平抑新能源并网波动、提升电网调节和安全稳定运行水平的目标。根据全球能源互联网发展合作组织发布的《中国2030年能源电力发展规划研究及2060年展望》，预计到2050年，氢燃气轮机装机量达到1亿千瓦，在我国电力总装机中的占比达到1.3%；到2060年，装机量和占比分别达到2亿千瓦和2.5%。广阔的市场为氢燃气轮机的技术发展奠定了坚实的基础。