文 | 本刊记者 武魏楠
马来半岛的最南端、毗邻新加坡的正是马来西亚的柔佛州。这里地形平坦、植被茂盛、水草丰美，拥有多个世界知名的湿地。在这样一片土地之上新建电厂，无疑要充分考虑到绿色低碳环保的需求。
现在，一座装机容量144万千瓦的Track 4A燃气电厂正在这里拔地而起。未来300万户的马来西亚家庭可以享受到清洁低碳的电力供给。实现这一壮举的，正是GE提供的9HA.02燃气轮机。
今年以来，全球天然气市场出现了持续涨价的趋势，尤其以欧洲市场最为明显。这一轮天然气价格上涨是由欧洲天然气发电在可再生能源发电波动情况下支持电网而引发。充分显示出了天然气发电在当前能源转型中的重要作用。
20世纪90年代，GE开始研发H级燃机，20多年后，更新迭代的HA级燃机已然开始成为全球新机市场的主流，并在轰轰烈烈的全球能源转型中发挥巨大作用。今年1月，由GE提供的国内首台9HA.01燃机在华电天津军粮城电厂成功通过168小时试运行。GE的9HA燃机开始为中国的能源转型出力。
GE的“工业巨擘”HA级燃机如何实现助力能源转型的重任？在中国天然气发电经历多年曲折发展的背景下，HA级燃机还有哪些困难亟待克服？
全能型选手
2016年，GE与法国电力公司对外宣布，全球首座配置GE 9HA燃机的联合循环燃气电厂正式落地法国布尚。与此同时，布尚电厂以62.22%的实测联合循环全厂净效率被吉尼斯世界纪录认定为全球最高效的50赫兹电厂。
“时隔5年，在中国华电天津军粮城电厂的9HA.01联合循环效率已达到63.36%。为目前国内投运的HA级燃机机组中效率最高的。”GE燃气发电集团中国区重型燃机销售总经理、哈电通用燃气轮机（秦皇岛）有限公司总经理马俊告诉《能源》杂志记者。
1939年，世界上第一台工业燃气轮机开始商业运行。在诞生之初，燃气轮机主要用于提供基荷电力。随着时间的推移，燃气轮机在快速启停等方面的技术优势让其越来越多地开始承担电网系统调峰的作用。
“HA级燃机在研发阶段，就开始同步兼顾基荷与调峰的作用。”马俊说，“鱼和熊掌不能兼得的问题，在HA级燃机上已经不复存在。”基荷电源要求出力大、效率高，这一点9HA燃机当仁不让。9HA.01电厂一拖一联合循环出力可达661MW，9HA.02可达到828MW。
在调峰性能方面，9HA燃机也十分优秀。“9HA燃机有四级可调导叶，相比F级一级可调导叶，部分负荷效率更高。另外，微管预混燃烧室DLN2.6e的轴向燃料分级燃烧，以及简化的燃机冷却系统设计，赋予了9HA燃机更强的灵活性来快速启动和调负荷，便于补偿日益增长的新能源的供电波动。”GE燃气发电集团中国区高级产品经理余旭翔说，“在满足排放前提下，机组负荷可以低至33%，也可以15%低负荷备用运行。9HA.01升降负荷率为65MW/分钟，9HA.02升降负荷率为88MW/分钟。特制化的联合循环电厂甚至可以在不到30分钟内启动，快速响应电网的需求。”
自西气东输和燃气轮机打捆招标之后，中国天然气发电迎来了一个短暂的大规模发展时期。但受困于原材料价格和电力市场化程度较低等因素，天然气发电在近年来的发展势头大大放缓。
在“2030年碳达峰、2060年碳中和”的目标提出之后，以新能源为主的新型电力系统成为电力转型的总体方向。然而在风电、光伏无法解决“靠天吃饭”的发电出力波动问题背景下，电网系统的实时平衡就成为新型电力系统面临的最大挑战之一。
“现在来看，可再生能源在碳达峰、碳中和中将扮演至关重要的作用，将在未来能源系统中占据重要比例”马俊说，“但可再生能源越多，电网面临着的不稳定问题也越多。燃气轮机在电网平衡和稳定上就会起到非常重要的作用。”
截至2020年，全国天然气发电装机总规模突破1亿千瓦。但是受到资源禀赋、管网设施以及经济发展水平的影响，我国气电装机主要集中在珠三角、长三角和京津地区，排名前五分别为：广东、江苏、浙江、北京、上海。
而随着可再生能源在中国的发展，这一局面可能会逐渐变化。“除了经济发达地区，可再生能源丰富地区对于天然气发电的需求也很大。”马俊对《能源》杂志记者说。
作为一个兼顾基荷与调峰的全能型选手，HA级燃机渴望能够在中国的能源转型之中发挥更大的作用，但这一过程并不简单。
在美国南卡罗莱纳州的格林维尔，9HA燃气轮机在正式推向市场之前会接受严苛的试验，以验证其各项性能。而具备了单机容量大、电网反应速度快、低负荷运行能力、占地面积小等一系列优点的9HA燃机也不负众望，在全球取得了傲人的战绩：截至目前，HA级燃机已经在全球20个国家获得129台燃机订单（已投运57台机组），全球已投运的HA级燃机机组总运行小时数已突破100万小时。
与HA级燃机在全球新机市场上的高歌猛进相比，中国市场还处于从F级燃机向HA级燃机过渡的阶段。21世纪初，政府主持下的燃气轮机打捆招标大大推动了F级燃机在国内市场的普及。“目前来看，海外的新机市场基本完成了F级燃机到HA级燃机的过渡。我们相信国内市场也会逐渐呈现这一趋势。”马俊说。
成本问题一直是限制中国天然气发电更大规模发展的重要因素，如今也成为中国HA级燃机普及的瓶颈之一。GE正积极通过本土化的努力，削弱这一瓶颈的影响。
2006年4月，GE与哈电集团和南汽轮合资的秦皇岛能源服务中心正式投入运营。国内的燃气轮机维修再也不需要等待远在海外的工程师和仓库备件，运营维修的成本也大大减少了。2019年，GE的燃气轮机本土化更进一步，与哈尔滨电气集团在秦皇岛建立合资公司， 合资公司于2020年完成技术转让工作，投入运营，重点推进和实施重型燃机发展关键技术国产化。
马俊告诉记者，GE的HA级燃机马上就要开始在中国的生产，未来还会将部件生产、供应等环节都实现本土化。“本土化带来的最直接影响就是成本的降低及本地化服务的平台。中国制造在充分保障设备质量、可靠性与性能的基础上，还可以实现成本的降低以及本地化部件及服务的保障。这对于发电企业选择HA级燃机有不小的推动力。”
然而成本只是GE本土化战略所带来积极影响的一个方面。正如前文所述，可再生能源大规模接入给电网的安全性、稳定性也带来了巨大的挑战。在欧美国家，电网需要通过技术创新、智能化、相应的市场机制变动等方式来适应更高比例的可再生能源发电。中国拥有世界上规模最大的电力市场和可再生能源发电市场，这意味着中国的电力系统在未来需要更加依赖数字化和智能化。经过数年的沉淀，GE的电力数字化方案可以实现对电厂设备的实时监测，提高管理能力与效率。
余旭翔告诉《能源》杂志记者，HA级燃机的性能数据并非是“一成不变”的，而是可以根据用户需求与当地电力系统的实际情况在一定范围内进行调整，以求达到最高效、最经济的目的。能够实现这样客户化定制服务的前提，就是基于GE对本土市场的充分理解。
在实现碳中和的过程中，天然气将是重要的支撑。对于以波动性强的可再生能源为主的新型电力系统，天然气发电更是不可或缺的。随着人们对终极能源解决方案的追寻，燃机以氢气作为燃料也开始成为技术创新的新方向。据马俊透露，GE携手哈电集团将为广东省能源集团旗下的惠州大亚湾石化区综合能源站提供含两台9HA.01重型燃气轮机的联合循环机组，电厂建成后将为电网输送1.34吉瓦的电力，并为惠州当地化工园区的工业生产供应蒸汽，这将是中国首套掺氢燃烧的GE 9HA.01燃气轮机机组，也是首套由哈电通用燃气轮机（秦皇岛）有限公司生产的9HA燃机。
“HA级燃气轮机的燃氢可扩展能力很强，目前的比例是50%，2030年的目标是100%。”马俊说，“目前氢的应用还存在成本、运输上等一系列问题，但一旦在上游环节实现技术突破，可以百分百燃氢的燃气轮机无疑会在碳中和的过程中扮演更加重要的角色。”
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