燃機被譽為“工業(yè)皇冠上的明珠”,燃氫輪機則是其中最耀眼的一顆。
“展望未來,MHPS在全球銷售的每臺燃氣輪機都將適用可再生氫燃燒。這使我們的客戶可以立即投資天然氣發(fā)電廠,并將其適時轉(zhuǎn)換為可再生氫發(fā)電設施。這使投資運營方擁有足夠的靈活性,自由選擇天然氣發(fā)電與可再生能源的混合比例并滿足電網(wǎng)的需求。我們提供的發(fā)電和存儲解決方案使客戶從容應對氣候變化并促進人類繁榮,這事關電力行業(yè)的未來。”
——MHPS美洲區(qū)總裁兼首席執(zhí)行官 PaulBrowning
4月15日,三菱日立動力系統(tǒng)(MHPS)公司宣布J系列燃氣輪機實現(xiàn)了100萬小時的商業(yè)運行。該燃氣輪機系列是MHPS最大、最先進的燃機產(chǎn)品,能夠在1600°C的渦輪機進口溫度下持續(xù)運行,并以可靠、高效、靈活著稱。
J系列燃氣輪機于2011年推出,作為G系列和升溫改進技術(shù)的結(jié)合,是日本開發(fā)1700℃級燃氣輪機項目成果,實現(xiàn)了99.5%的行業(yè)領先的整體可靠性和超過64%的效率。
99.5%的可靠性,這是該領域的世界紀錄
最新版本是世界上運行的最大,最節(jié)省燃料的燃氣輪機
30%摻燒可再生氫氣能力,100%使用可再生氫的開發(fā)能力
目前,全球J系列燃氣輪機有43臺處于商業(yè)運行狀態(tài),總訂購容量超過25吉瓦。在巴西,加拿大,日本,墨西哥,秘魯,韓國,臺灣,泰國和美國約部署了一百個裝置。該系列產(chǎn)品被廣泛應用于替代燃煤發(fā)電,商業(yè)化運營時間是競爭對手同級別產(chǎn)品的兩倍。與同等規(guī)模的燃煤電廠相比,J系列的100萬小時的運行可減少2.7億噸二氧化碳排放量。
MHPS總裁兼首席執(zhí)行官KenKawai表示:“相對于J系列燃氣輪機實現(xiàn)一百萬小時運行的重要里程碑,我們更看重的是所有這些小時都以99.5%的可靠性運行。一切始于公司在日本高砂市的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠T-Point,這種極端可靠性不是靠運氣。因為在將新技術(shù)交付給客戶之前,我們已經(jīng)測試了8,000小時。現(xiàn)在,公司已經(jīng)建立了T-Point2,渦輪進口溫度達到1650℃的尖端風冷566 MW(60Hz)高級燃氣輪機(ACGT),并實現(xiàn)滿負荷且與電網(wǎng)同步。我們已逐步開發(fā)出世界上最大,最可靠和最節(jié)省燃料的燃氣輪機。”
此外,T-Point2有望安裝先進的人工智能技術(shù)—— MHPS-TOMONI數(shù)字解決方案,從而使其成為世界上第一個自動聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠。將數(shù)字技術(shù)完全集成到電廠運營中,運營方可以利用數(shù)據(jù)來優(yōu)化日常運營,遠程監(jiān)控和管理整個工廠的績效,與電網(wǎng)和燃料提供方的能源管理目標協(xié)同,并使運行和維護(O&M)決策自動化,最大限度降低風險。
日本橫濱T-Point 2電廠
按照《巴黎協(xié)定》愿景,二氧化碳減排需要大幅降低發(fā)電技術(shù)對環(huán)境的影響。MHPS與卡內(nèi)基梅隆大學共同編制了電力部門碳排放指數(shù)。自2005年以來,隨著發(fā)電量的穩(wěn)定增長,美國的碳排放量下降了29%。背后的驅(qū)動力是從煤炭轉(zhuǎn)換為天然氣,占減排量的54%,可再生能源的增長占另外40%,剩余的6%是由于效率提升等因素所致。但隨著可再生能源的發(fā)展,風能和太陽能發(fā)電出現(xiàn)缺口期間如何使用無碳能源成為一個新的挑戰(zhàn)。MHPS認為 “可再生氫”(由可再生能源電解產(chǎn)生的氫)將成為未來的重要燃料。
J系列的最新創(chuàng)新旨在進一步減少碳排放。2020年3月,MHPS公司從美國猶他州Intermountain電力局收到了兩套M501JAC動力總成訂單。這兩臺燃氣輪機基于風冷干式低NOx燃燒系統(tǒng),能夠使用高達30%的可再生氫燃料。與同等規(guī)模的燃煤電廠相比,30%的氫氣系統(tǒng)將減少75%以上的碳排放,而100%的氫氣系統(tǒng)將完全消除碳排放。在2025年至2045年之間,該電廠將逐步實現(xiàn)100%可再生氫發(fā)電。
MHPS還通過猶他州高級清潔能源存儲(ACES)項目,開發(fā)了網(wǎng)格化大規(guī)模的可再生氫生產(chǎn)和存儲技術(shù)。ACES項目使用可再生能源通過電解生產(chǎn)氫氣。氫氣將在現(xiàn)場的地下鹽穴實現(xiàn)跨季節(jié)存儲,并供給墨西哥灣沿岸的煉油廠。當風、光可再生能源發(fā)電受限時,存儲的可再生氫可以直接發(fā)電。
ACES項目概念圖
燃燒氫氣有兩個挑戰(zhàn):第一,火焰溫度高(比天然氣高),第二,回火影響大(火焰速度比天然氣高所致)。MHPS正在發(fā)展其高氫燃燒技術(shù),不僅實現(xiàn)100%的氫氣燃燒,也滿足相同的NO X排放量要求,而且價格與同等燃氣輪機接近。
這項技術(shù)是三菱在火箭發(fā)射業(yè)務中借鑒而來。自1970年以來,MHPS已測試了29臺燃氣輪機,氫含量在30%至90%之間,總體運行時間超過350萬小時。MHPS目前正在將荷蘭格羅寧根Vattenfall所屬Magnum1.3吉瓦聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠三個裝置中的一個(440兆瓦)轉(zhuǎn)換為適應100%可再生氫,預計2024年實現(xiàn)商業(yè)運營。
結(jié)合氫燃料輸入特性,MHPS可以在當前運行的所有旗下設備配備氫燃燒器技術(shù)。這使運營方在不改變其燃氣輪機機組的情況下使用氫能,大幅節(jié)省轉(zhuǎn)換成本。
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