只需小改造，天然气涡轮机就可迈入绿氢燃烧新时代_

来源：环球零碳

撰文 | Penn

编辑 | Tang

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氢能被称为“新石油”，在全球能源转型中将扮演核心角色。而燃气轮机是未来将氢能转化成电能的最佳方式之一。

目前，燃气发电厂已经作为峰值负荷调节器在维持电网稳定性上发挥了重要作用，但燃气轮机发电厂大多燃烧的是天然气，因此仍会排放二氧化碳，而用可再生能源产生的绿色氢气替代天然气就成为了一种气候兼容的替代方案。

燃气轮机的特点是灵活、高效，燃料的可适应能力强，而绿色、零碳，是电网转型的终极目标。燃气轮机如果实现掺绿氢甚至全绿氢燃烧，其自身就变成了零碳电力的支撑点，并能够对电网进行灵活调节，届时这将是电网绿色低碳转型的最佳解决方案之一。

近日，为了在氢经济到来之前保持小型天然气发电厂的正常运转，德国航空航天中心（DLR）和电力服务咨询公司（PSC）对微型商业燃气轮机进行了改造，测试了微型涡轮机燃烧氢气、天然气或两者掺烧的新方法。

在测试中，德国航空航天中心（DLR）和电力服务咨询公司（PSC）展示了据称是第一个商业上可行的商用燃气微型涡轮机改造项目，使其能够同时使用氢气和天然气，为绿氢广泛应用的那一天做好准备。经过此次改造后的测试运行表明，温室气体排放量极低。

图说：DLR 和 PSC 公司首次将商用微型燃气轮机改装为氢气驱动

来源：DLR

在 Retrofit H2 项目中，DLR 和 PSC 首次对试验工厂进行了全面改造。他们共同改造了安萨尔多绿色技术公司的微型燃气轮机，采用新型燃烧器和改进的控制系统，燃气轮机可使用纯氢以及氢与天然气的混合物运行。

氢气和天然气具有不同的物理化学特性，这导致两者在管道中的着火点等燃烧条件不同，易产生回火难题。回火极易破坏燃烧稳定性，对点火器和管道设备都会产生极大的损坏。

“氢气的高化学反应性尤其具有挑战性。它的火焰速度比天然气高出约十倍，而点火能量却低了同样的倍数，这使得安全燃烧变得困难，”负责该项目的研究员Martina Hohloch解释说，并补充道：“在开发燃烧器时，我们必须确保火焰不会回射到燃烧器喷嘴并损坏它们。”

为了解决这个难题，德国航天中心研究员 Martina Hohloch 及其团队开发了一种针对氢进行优化的喷射稳定燃烧器，并使用兼容氢气的版本替换了涡轮机的燃烧器。

图说：在喷射稳定燃烧过程中，形成燃料和废气的回流

来源：DLR

与传统工业燃烧器不同，燃料和空气通过环形喷嘴喷入燃烧室。这在燃烧室内形成回流，将热废气输送回燃烧器喷嘴并与新鲜燃料混合物混合。这降低了燃烧室内的温度并产生了更少的氮氧化物，燃烧室内的气体循环也确保氢气燃烧特别有效和稳定，该概念可扩展并适用于其他类型和尺寸的涡轮机。

此外，得益于新的可调控制系统和安全技术，新设计允许微型涡轮机燃烧氢气、天然气或两者的混合物（直到绿氢变得更容易获得）。到目前为止，该系统已在位于兰波尔德豪森的德国航天中心 H2-Container 技术中心使用纯氢对微型燃气轮机进行了首次试运行。

H2-Container 技术中心是改造工厂的理想测试环境。它配备了两台电解器，利用邻近 Harthäuser Wald 风电场的电力生产绿色氢气，该风电场由 ZEAG Energie AG 运营。该工厂拥有众多用于太空推进系统的发动机测试台，为企业和研究人员提供了最佳条件。

Martina Hohloch 表示：“我们迫切希望看到涡轮机在实验室环境之外使用新燃烧室系统时的性能。”“测试表明，我们可以毫无问题地使用纯氢启动，并且系统可以实现从部分负载到满负荷的整个运行范围。我们的试验工厂在几个小时内实现了 100 千瓦的全电力输出。”该系统目前已使用纯氢运行了近 100 小时。