▲图为燃气轮机主要机型太行110。中国航发燃机/供图
近日，记者在中国航发燃气轮机有限公司（以下简称“中国航发燃机”）召开的国产燃气轮机产品推介会上了解到，当前，我国燃气轮机的几种主要机型能够覆盖分布式能源、调峰电站、管输增压、煤化工、风光互补、生物质气化联合循环、移动电源车等领域的应用。未来，燃气轮机对新型电力系统的支撑作用或将越发显现。
助力实现“双碳”目标
据中国航发燃机副总经理杨军介绍，与同功率火电机组相比，110兆瓦重型燃气轮机一年可减少碳排放超过100万吨，联合循环一小时发电量超过15万千瓦，可以满足1500个家庭一天的用电量。
2016年，国家提出“加快实现航空发动机及燃气轮机自主研发和制造生产”，至此，我国开始实施“航空发动机及燃气轮机”两项重大专项决策。《新型电力系统发展蓝皮书》也指出，提升电力系统科技创新驱动效能，如大型燃气轮机，以支撑新型电力系统构建；在清洁安全高效发电技术装备领域，支持氢（氨）燃气轮机技术、燃气轮机机组大比例掺氢燃烧技术研发。
▲图为燃气轮机主要机型太行7。
近年来，燃气轮机在分布式能源、管输增压、煤化工、风光互补、生物质气化联合循环、移动电源车领域应用广泛，极大限度地利用燃气资源，实现能源综合利用。
“随着我国燃气轮机发电容量快速发展，自主研制重型燃气轮机打破了国外技术垄断，对实现‘双碳’目标、保障国家能源安全、助力高质量发展具有重大战略意义。”中国工程院院士刘大响此前表示。
中国航发燃机副总经理赵勇表示，未来10年，全球燃气轮机将主要在燃烧、结构材料和涂层、增材制造、热管理、非常规热力学循环、仿真和实验验证、系统集成、维修、数字孪生和应用场景拓展等技术领域开展进一步研究。
技术可满足多应用场景
燃气轮机应用场景广泛。例如，中国航发燃机主要机型太行7系列燃气轮机，体积小、启动快、运行维护方便、便于集中控制、燃料适应性强，可应用于分布式能源、海上平台、机械驱动、备用电源等领域；太行25燃气轮机具有可靠性高、效率高、排放低、耐海洋性气候腐蚀等优点，可用于天然气管道输送、分布式供能、中低热值、海上平台等领域。
“随着煤化工行业大力发展，高效利用其伴生气、尾气是当务之急。”中国航发燃机副总经理袁平介绍，“太行110重型燃气轮机利用煤化工生产过程中的伴生气、尾气，不仅可以用来发电，还可利用余热锅炉产生蒸汽供热，燃料综合利用效率85%以上，灵活调整发电和蒸汽量，自动化程度高、排放低，能够实现能源的综合梯级利用。”
▲图为燃气轮机主要机型太行15。
在生物质发电方面，以新疆地区为例，将生物质气化技术和燃气蒸汽联合循环相结合，利用生物质气化后的可燃组分，净化后送给燃气轮机进行联合循环发电。“生物质气化联合循环系统具有发电及运行成本低廉、自动化水平高等特点，能够解决新疆地区庞大的棉杆等生物质应用需求。此外，生物质燃料部分取代燃煤，减少了二氧化碳、二氧化硫的排放，符合节能减排要求。”赵勇说。
杨军进一步指出，太行7燃气轮机移动电源车具有运行稳定可靠、燃料适用性强、加载能力突出、环境适应性强、可灵活移动等特点，可以用于临时或紧急电力供应，如应急抢修、露天活动等场景，也可用于油气田钻井、开采等野外勘探作业，以实现偏远地区电力供应，满足各种场景下的电力需求。
成套研发体系待建立
“燃气轮机对保障国家能源安全、改善能源结构和环境可持续发展具有重要意义。”中国航发集团重大专项工程部副部长江勇表示，由于其便于接近负荷中心，提高供电可靠性，是可替代传统煤电的基荷能源和保障电力系统安全稳定可靠的环保低碳能源，作为未来新型电力系统的重要支撑，燃气轮机发电会愈发重要。
赵勇指出，未来燃气轮机的发展将在燃烧、数字孪生、健康监测等方向上布局。“未来，在低排放技术上，应继续开展太行7、太行25、太行110燃机产品整机验证及优化改进，不断充实完善低排放燃烧技术及验证平台；在双燃料技术上，继续开展太行7、太行25燃机双燃料切换控制优化及整机验证，并完成技术迁移和推广；在燃料多样性方向上，探索生物燃料燃烧技术，提高可再生能源开发。同时，持续开展纯氢燃料燃烧组织技术和热声振荡控制技术研究。在材料和涂层技术方面，后续将开展重燃用大尺寸定向柱晶空心透平叶片材料与精密铸造技术研究，针对涂层、渗层、热处理工艺对高温合金定向叶片组织性能的影响及其工艺相容性进行技术攻关；仿真与验证技术方面，后续开展F级重燃研制，满足新型电力系统对可靠调峰电源的需求。”
▲图为燃气轮机主要机型太行25。
在成套、运维和维修技术发展方面，新疆颐天热电有限公司董事长濮鉴光认为，我国燃气轮机成套设计研发能力、成套设计标准规范亟待加强和制定，应构建成套的研发体系。“此外，开展燃气轮机先进控制技术、故障预测及全寿命健康管理技术的研究和工程实施，建设燃机控制技术创新平台，实现具有世界领先水平的燃机控制产品的完全自主可控。”
文 | 本报记者 杨晓冉