全球首例：重型燃机商业机组高比例掺氢燃烧

在重型燃机商业机组上实施高比例掺氢燃烧，是开辟氢能利用路径的新尝试。

在荆门燃机项目掺氢燃烧试验之前，国内外只有利用在役天然气管道进行掺氢输送的探索，对燃机掺氢燃烧试验尚无先例。

荆门燃机项目由国家电投北京重燃能源科技发展有限公司牵头，西门子能源、盈德气体进行协作，并统筹了上海成套院、上海舜华等多个单位，完成了从燃机本体改造、电厂内混氢站建设到厂外供氢全流程的方案设计和组织实施。该项目分别于2021年12月30日、2022年9月29日相继完成我国首次、全球首例在重型燃机商业机组上实施高比例掺氢燃烧改造试验和科研攻关，燃气掺氢比例由15%提高到了30%。燃机在掺氢运行过程中，系统各项指标稳定，整体方案可靠性得到充分验证。

步入荆门燃机项目，记者看到，为了进行掺氢燃烧，机组新增了卸氢装置、减压装置、混氢装置和相关配套设施。另外，试验示范项目团队还对燃机开展了燃烧器、控制系统相关改造。

“氢气供应商通过高压管束车将氢气运到公司卸氢柱，氢气卸下来后要进行2次调压，然后在混氢罐管道中同天然气进行掺和，最终通过燃气轮机实现生产发电和供热。”国家电投湖北鄂中区域公司负责人于红伟向中能传媒记者介绍了荆门燃机项目的运行流程。

据国家电投湖北公司鄂中区域公司副总经理白红涛介绍，在重型燃机商业机组上实施高比例掺氢燃烧的初衷是探索氢气商业化利用的新路径，为加速国内自主氢燃机开发、运行积累经验。

项目团队攻克了燃机高比例掺氢带来的易回火难题、氮氧化物排放控制难点、大规模氢气掺混精准控制技术与燃机的联调技术。在30%高比例掺氢情况下，燃机满负荷运行每小时耗氢超过5000标准立方米。改造后的燃机机组具备了纯天然气和天然气掺氢两种运行模式的兼容能力，具备了0%-30%掺氢运行条件下的灵活性。

记者在采访中获悉，当前，经济性仍然是制约氢气作为燃气电厂燃料推广的最重要条件。白红涛向记者算了一笔掺氢的经济账：1立方米的天然气热值相当于3立方米以上的氢气热值，目前湖北荆门天然气的价格为2.7元/立方米，与当地氢气价格相当，也就是说，发同样的电，当氢气成本降至天然气的1/3时，才能在经济性方面具备竞争力。

虽然燃料费用和燃机掺氢改造费用尚不具备竞争力，但白红涛对该项目的前景依然乐观：随着氢气制造成本的不断下降，也许用不了几年就可实现大规模商业化运用。

氢能是未来我国国家能源体系的重要组成部分。

2022年3月，国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》（以下简称《规划》），明确了氢的能源属性，强调氢能是战略性新兴产业的重点方向。根据《规划》，到2030年，我国将形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，有力支撑碳达峰目标实现。《规划》部署了推动氢能产业高质量发展的重要举措，提出稳步推进氢能多元化示范应用等，探索形成商业化发展路径。

中电联规划发展部副主任韩放在接受记者采访时提出，就目前氢能产业而言，依托项目加快推动技术装备创新，不断突破核心技术和关键材料瓶颈，积极推广应用国产自主化装备，有效降低氢能应用成本是未来的发展方向。

荆门燃机项目成功拓展了氢能的利用范围，是依托项目加快推动相关技术装备创新的典型例子。项目的成功标志着国内已掌握一套完整的燃气轮机电站掺氢改造工程设计方案，为加速国内自主氢燃机开发、运行积累了宝贵的经验，推动了燃气轮机高端装备制造产业升级，这是将“能源饭碗端在自己手中”的自觉行动。

现阶段，荆门燃机项目的成功对缓解国内天然气供应压力，助力“双碳”目标实现有着重要意义。对天然气产业而言，燃气掺氢能够利用氢气替代一部分天然气消费，若按掺氢比10%-20%测算，预计每年可替代100亿立方米-200亿立方米天然气，可以一定程度上缓解我国天然气供应紧张问题。更为重要的是，掺氢天然气相比纯天然气，是一种更清洁低碳燃料，能降低终端用能的碳排放水平。

清华大学汽车安全与节能国家重点实验室马凡华表示，假如在天然气当中掺入20%体积比的氢气，燃烧后氮氧化物、一氧化碳、未燃碳氢都可降低50%以上。

荆门燃机项目在掺氢运行过程中减碳效果十分显著。据国家电投湖北公司绿能科技公司生产技术部主管雷晓峰介绍，荆门燃机项目在掺氢运行过程中，环保排放等各项指标合格稳定，单台机组在掺氢30%的情况下，每年可减少二氧化碳排放达1.8万吨以上。

于红伟告诉记者，未来，荆门燃机项目还将继续提高掺氢比例进行燃机掺氢研究，为加速国内自主氢燃机开发和运行积累经验，为商业化运用扫清障碍。