中國航發(fā)燃機助力 “雙碳”戰(zhàn)略落地

■ 盧繼斌 / 中國航發(fā)燃機

燃?xì)廨啓C作為國之重器，代表著機械行業(yè)的高端科技水平，是21世紀(jì)的先導(dǎo)技術(shù)，燃?xì)廨啓C技術(shù)的發(fā)展對我國的基礎(chǔ)科研、材料體系、工業(yè)設(shè)計、先進工藝有著極大的帶動作用。

在2020年第75屆聯(lián)合國大會上，我國向世界鄭重承諾力爭在2030年前實現(xiàn)碳達峰，努力爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和。2021年全國兩會的政府工作報告明確提出要扎實做好碳達峰和碳中和（“雙碳”）的各項工作。而大力推進低碳能源替代高碳能源、可再生能源替代化石能源是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵之一。為兼顧碳減排和保障電力系統(tǒng)安全，需要可再生能源規(guī)模化利用、化石能源清潔高效利用、“風(fēng)光氣儲”的一體化同步推進。燃?xì)廨啓C是大規(guī)模能源轉(zhuǎn)換效率最高的成熟裝置，是實現(xiàn)化石能源清潔高效利用和促進“風(fēng)光氣儲”一體化的最佳選擇，將在“雙碳”過程中持續(xù)扮演重要角色。中國航發(fā)燃?xì)廨啓C有限公司（中國航發(fā)燃機）作為中國航發(fā)集團旗下的專業(yè)化燃?xì)廨啓C發(fā)展平臺，積極響應(yīng)國家“雙碳”戰(zhàn)略，瞄準(zhǔn)世界燃?xì)廨啓C技術(shù)發(fā)展方向，大力布局多能互補與氫燃燒技術(shù)發(fā)展，為“雙碳”戰(zhàn)略落地貢獻航發(fā)力量。

中國航發(fā)燃機的基本情況

為貫徹落實習(xí)近平總書記關(guān)于“加快實現(xiàn)航空發(fā)動機及燃?xì)廨啓C自主研發(fā)和制造生產(chǎn)”的重要指示，以及黨中央關(guān)于東北振興的一系列決策部署，中國航發(fā)與沈陽市人民政府于2019年合資成立了中國航發(fā)燃?xì)廨啓C有限公司。

作為中國燃?xì)廨啓C事業(yè)的“國家隊”，中國航發(fā)燃機理應(yīng)擔(dān)當(dāng)起國家賦予的燃?xì)廨啓C自主研發(fā)和制造生產(chǎn)的戰(zhàn)略重任，加快構(gòu)建自主創(chuàng)新的技術(shù)體系和有市場競爭力的產(chǎn)業(yè)體系，在成立伊始就承擔(dān)了國家能源局第一批燃?xì)廨啓C創(chuàng)新發(fā)展示范項目中的5個。中國航發(fā)燃機依托中國航發(fā)完整的航空發(fā)動機研發(fā)制造產(chǎn)業(yè)鏈，初步形成了自主高效的燃?xì)廨啓C技術(shù)創(chuàng)新、質(zhì)量控制、客戶服務(wù)、運營管理等體系。公司秉承發(fā)展燃機產(chǎn)業(yè)、高效利用能源、推動社會進步的使命，努力發(fā)展成為世界一流的燃?xì)廨啓C綜合能源解決方案提供商。

中國航發(fā)燃機的子公司長期開展燃機成套業(yè)務(wù)，擁有20多年燃?xì)廨啓C動力工程經(jīng)驗，先后承攬了國內(nèi)外50多個型號200余項燃?xì)廨啓C安裝、調(diào)試、運維、維修等工程服務(wù)項目。公司還建立了具備快速響應(yīng)能力的燃?xì)廨啓C服務(wù)體系，可在24h內(nèi)實現(xiàn)對國內(nèi)用戶的緊急服務(wù)，并具備為用戶提供方案設(shè)計、備件管理、安裝調(diào)試、技術(shù)培訓(xùn)、運維服務(wù)和維修服務(wù)的一站式綜合能源解決方案的能力。

圖2 中國航發(fā)燃機公司發(fā)電機組示意

作為集軍民用燃?xì)廨啓C研發(fā)、制造裝試、市場服務(wù)和維修保障于一體的燃?xì)廨啓C專業(yè)化發(fā)展平臺，公司高度重視客戶需求與市場需要，建立了以產(chǎn)品研發(fā)和運維服務(wù)為核心的客戶需求滿足機制，不斷增強服務(wù)客戶的能力，形成了“以客戶為中心、以貢獻者為本、創(chuàng)新進取、協(xié)作共贏”的《中國航發(fā)燃機共同準(zhǔn)則》，導(dǎo)入了以中國航發(fā)運營管理體系（AEOS）與集成產(chǎn)品開發(fā)（IPD）為指導(dǎo)的集成產(chǎn)品開發(fā)體系，對標(biāo)世界一流燃?xì)廨啓C廠商與國內(nèi)標(biāo)桿企業(yè)實踐，努力構(gòu)建具有航發(fā)特色的現(xiàn)代企業(yè)制度，走出中國燃?xì)廨啓C的世界品牌之路。

燃?xì)廨啓C是新型電力系統(tǒng)的底層布置

實現(xiàn)發(fā)電行業(yè)碳減排的關(guān)鍵是大力推進低碳能源替代高碳能源、可再生能源替代化石能源。近年來，我國持續(xù)推進能源革命，正在建設(shè)以大規(guī)模可再生能源發(fā)電為主體、安全高效的新型電力系統(tǒng)，大力提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力，最大化利用清潔能源。

儲能電池在新型電力系統(tǒng)中存在一定局限性

近年來，多能互補微電網(wǎng)成為了新能源領(lǐng)域的熱詞，綠色微電網(wǎng)項目在各應(yīng)用領(lǐng)域遍地開花，尤其是以民營企業(yè)為先導(dǎo)的儲能行業(yè)呼聲尤為高漲。但是儲能電池本身發(fā)展還存在一定局限性：一是儲能電池本身是高危險化工產(chǎn)品，處理污染難度較大，后期仍需投入大量資金進行危廢處理；二是儲能電池安全事故頻發(fā)，安全性有待提高，此外，容量與壽命不達標(biāo)現(xiàn)象較為常見，技術(shù)尚需成熟；三是目前儲能電池單位容量與時長有限，難以應(yīng)對電力的彈性需求，與工業(yè)化應(yīng)用的適配性還需提升；四是儲能電池占地過大，難以在土地資源緊張的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)大量鋪設(shè)。

燃?xì)廨啓C在新型電力系統(tǒng)中可發(fā)揮重要作用

針對儲能電池在新型電力系統(tǒng)中存在的問題，燃?xì)廨啓C可以憑借其良好的功率爬坡能力與儲能電池形成優(yōu)勢互補，形成“增量儲能”效應(yīng)。我國可再生能源發(fā)電發(fā)展迅速，但其自身存在隨機性、間歇性和波動性，使得電網(wǎng)系統(tǒng)和電力供應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性備受考驗，需要燃?xì)廨啓C發(fā)電作為伴生電源用于調(diào)峰。在儲能技術(shù)尚未大規(guī)模商業(yè)化的情況下，燃?xì)廨啓C發(fā)電是不可或缺的最佳伴生電源方案，能夠提供可靠的電力供應(yīng)。它可即時快速響應(yīng)可再生能源發(fā)電中的停滯，在幾分鐘內(nèi)達到滿負(fù)荷，具有良好的功率爬坡能力，并可按需大幅增加發(fā)電量，調(diào)峰能力遠(yuǎn)高于燃煤電站。與此同時，與燃煤電站相比可減少二分之一的碳排放，與風(fēng)電、光伏的耦合可以同時解決規(guī)模和性能兩個問題。燃?xì)廨啓C還具有占地小、可靠性好、效率高、能夠快速起停等優(yōu)點，其發(fā)電、調(diào)峰、備用電源的功能更適應(yīng)工業(yè)化發(fā)展，是目前以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)底層布置的最優(yōu)選擇。

燃?xì)廨啓C可適配新能源的多種應(yīng)用場景

燃?xì)廨啓C適配以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)主要有荷端耦合、源端耦合及應(yīng)急耦合3種模式。在荷端與新能源耦合方面，面向終端用戶的多種用能需求，通過天然氣冷熱電三聯(lián)供、分布式可再生能源和能源智能微網(wǎng)等方式，實現(xiàn)新能源等多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級利用。源端與新能源耦合方面，利用大型綜合能源基地風(fēng)能、太陽能、水能、天然氣等資源組合優(yōu)勢，推進“風(fēng)光水火儲”多能互補系統(tǒng)建設(shè)運行，有利于提高能源供需協(xié)調(diào)能力，推動可再生就近消納，減少棄風(fēng)、棄光、棄水限電現(xiàn)象，提高能源系統(tǒng)綜合效率。在應(yīng)急能源與新能源耦合方面，近年來全球極端氣候時有發(fā)生，新能源發(fā)電的安全性問題受到世界各國的高度重視，燃?xì)廨啓C發(fā)電機組的體積小、質(zhì)量輕、功率密度高等技術(shù)特點，使其成為大功率應(yīng)急移動電源的不二之選，可以為災(zāi)害狀態(tài)下大面積停電時的應(yīng)急電力供應(yīng)提供可靠保障。

燃?xì)廨啓C是氫能零碳發(fā)電的主要路徑

全人類應(yīng)對氣候變化的壓力和各國布局未來能源產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展，使得發(fā)展氫能成為一種必然的趨勢。國家“十四五”規(guī)劃也提出：在氫能與儲能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計劃，謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)。

燃?xì)廨啓C燒氫可實現(xiàn)零碳發(fā)電

氫能一直是工業(yè)領(lǐng)域中最重要的能源之一，燃?xì)廨啓C燒氫可實現(xiàn)零碳發(fā)電。工業(yè)副產(chǎn)氫、煤制氫、天然氣制氫等技術(shù)都很成熟，特別是大量的工業(yè)副產(chǎn)氫，如焦?fàn)t煤氣里的氫可作為燃?xì)廨啓C發(fā)電的燃料，從而提高副產(chǎn)品的價值。按照我國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展技術(shù)路線圖，未來最理想的模式是規(guī)模化的太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源綠色制氫。在發(fā)電波峰時，使用風(fēng)電、光伏等可再生能源制取氫能（氫、甲醇、氨等）；在發(fā)電波谷時，使用燃?xì)廨啓C燃燒氫能發(fā)電，實現(xiàn)零碳發(fā)電。這一技術(shù)路線在全球范圍已逐漸形成共識，是電力行業(yè)踐行“雙碳”戰(zhàn)略的主流技術(shù)路線之一。

各國加速布局氫燃燒技術(shù)

目前，世界各國燃?xì)廨啓C廠商紛紛將目光投向富氫燃料燃燒技術(shù)，并開展了大量研究與驗證工作。日本三菱日立電力系統(tǒng)公司（MHPS）已實現(xiàn)30%氫濃度的干式低排放應(yīng)用，計劃2045年實現(xiàn)100%氫濃度的干式低排放應(yīng)用；美國GE公司已實現(xiàn)50%氫濃度的干式低排放技術(shù)，即將應(yīng)用于美國長脊能源（Long Ridge Energy）發(fā)電廠，該廠也是全球第一座將氫摻入GE公司H級燃?xì)廨啓C的發(fā)電廠，計劃2030年實現(xiàn)100%氫濃度的干式低排放應(yīng)用；德國西門子（Siemens）公司已實現(xiàn)75%氫濃度的干式低排放技術(shù)，目前應(yīng)用于巴西布拉斯科（Braskem）公司的熱電聯(lián)產(chǎn)項目，計劃2030年實現(xiàn)100%氫濃度的干式低排放應(yīng)用。

我國氫燃燒技術(shù)具有一定基礎(chǔ)

中國航發(fā)憑借燃?xì)廨啓C與航空發(fā)動機技術(shù)同源、產(chǎn)品同根的優(yōu)勢，實現(xiàn)了航空發(fā)動機燃燒技術(shù)和知識積累向燃?xì)廨啓C的轉(zhuǎn)移。AGT-2、AGT-12、AGT-25等多個自主燃?xì)廨啓C型號已實現(xiàn)擴散燃燒方式的富氫燃料應(yīng)用，氫濃度最高達到60%。中國航發(fā)燃機自主研制的干式低排放技術(shù)已完成部件試驗，預(yù)計于2021年年底進行整機試驗。目前，公司正在開展預(yù)混燃燒方式的富氫燃料干式低排放燃燒技術(shù)研究，計劃2024年完成試驗驗證。總體來看，中國航發(fā)燃機正為氫能大規(guī)模商業(yè)化利用進行技術(shù)儲備，具備開展零碳排放燃?xì)廨啓C產(chǎn)品研制的基礎(chǔ)。

燃?xì)廨啓C是保障能源安全的重要內(nèi)容

目前在能源各細(xì)分領(lǐng)域，尤其是海上平臺、西氣東輸?shù)汝P(guān)乎國家能源安全命脈的領(lǐng)域，我國重大技術(shù)裝備研發(fā)、制造能力大幅提升，國產(chǎn)化率逐步提高。但是也要清醒看到，部分核心裝備及零部件仍依賴進口，能源裝備全鏈條協(xié)同發(fā)展仍需加強：一方面，受到新冠肺炎疫情影響，國際供應(yīng)鏈遭遇沖擊，更加凸顯自主化的重要性；另一方面，中美爭端面臨長期性與嚴(yán)峻性，導(dǎo)致技術(shù)封鎖將嚴(yán)重影響我國能源企業(yè)的生產(chǎn)與運營，美國政府通過頒布法律、行政限制，實施精準(zhǔn)“斷供”，限制關(guān)鍵技術(shù)裝備和相關(guān)產(chǎn)品出口，嚴(yán)重威脅了我國的能源安全。

中國航發(fā)燃機瞄準(zhǔn)與國外燃?xì)廨啓C民用技術(shù)的差距，正在基于市場需求開展低排放、雙燃料、海洋環(huán)境“三防”、氫燃燒、中低熱值燃料燃燒等燃?xì)廨啓C工業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)。通過改進優(yōu)化設(shè)計、降低規(guī)模成本，打破寡頭壟斷的市場競爭格局，解決運維成本高、服務(wù)響應(yīng)慢等用戶痛點。深入探索在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的集成創(chuàng)新應(yīng)用，自主研制的燃?xì)廨啓C大數(shù)據(jù)管理平臺可以實現(xiàn)對運行大數(shù)據(jù)的智能健康管理，建立起趨勢診斷和故障預(yù)測專家系統(tǒng)。通過上述工作的實施，中國航發(fā)燃機將在國家能源安全與“雙碳”戰(zhàn)略背景下實現(xiàn)追趕超越。

結(jié)束語

燃?xì)廨啓C作為具有高度戰(zhàn)略意義的能源裝備，技術(shù)極其復(fù)雜，研制難度極大，被喻為“機械工業(yè)皇冠上的明珠”。同時，燃?xì)廨啓C具有典型的軍民兩用特點，對保障國家能源安全與國防安全、促進“雙碳”戰(zhàn)略落地有著重要的戰(zhàn)略意義。在此背景下，中國航發(fā)燃機致力于為用戶提供高效的一站式綜合能源解決方案，不斷努力降低用戶全生命周期的運維成本，持續(xù)為用戶創(chuàng)造價值。