【行業(yè)新聞】氫能燃氣輪機在新加坡能源轉型中的關鍵作用

導讀：據straitstimes網站10月27日報道，在瑞典芬斯蓬市——距離斯德哥爾摩約三小時車程的工業(yè)小鎮(zhèn)，西門子能源公司工廠的車間里，一排排外形工業(yè)感十足的設備看似與“綠色”毫不沾邊。但這些卡車大小的渦輪機，卻是全球向清潔能源轉型進程中至關重要卻常被忽視的推動者。這款名為SGT-800的渦輪機全長6.2米，可用于天然氣發(fā)電廠的發(fā)電作業(yè)。

燃氣渦輪機的發(fā)電原理是通過高溫加熱空氣與燃料的混合物，驅動渦輪葉片旋轉，進而帶動發(fā)電機將能量轉化為電能。天然氣作為化石燃料，燃燒時會釋放溫室氣體二氧化碳，加劇氣候變化。

而SGT-800的獨特之處在于其兼容清潔燃料的能力——可使用天然氣與氫氣的混合燃料，氫氣占比最高可達75%。氫氣燃燒時不產生任何二氧化碳，被視為理想的綠色燃料。

西門子能源新加坡研發(fā)總監(jiān)菲利普·蓋佩爾博士表示，與同等容量的純天然氣燃氣渦輪機相比，這款氫能兼容渦輪機可減少47%的二氧化碳排放。他在9月媒體參觀該德國企業(yè)芬斯蓬工業(yè)中心時透露，若將氫氣用于非氫能兼容渦輪機，可能導致燃燒不穩(wěn)定，大幅增加爆炸風險。

新加坡的能源轉型訴求

新加坡約95%的電力依賴天然氣發(fā)電，電力行業(yè)的碳排放占全國總排放量的40%左右。為實現2050年電力行業(yè)凈零排放的目標，新加坡正探索多條脫碳路徑，其中包括為現有天然氣發(fā)電廠改裝氫能兼容渦輪機。

2023年，新加坡能源市場管理局（EMA）宣布，自2024年起，所有新建及翻新的天然氣發(fā)電廠需提升10%的效率，且氫氣兼容比例按體積計算至少達到30%。

西門子能源證實已向新加坡售出SGT-800渦輪機，但未披露具體數量。該公司同時表示，這款渦輪機在亞太地區(qū)的銷量已達約200臺。據EMA數據，新加坡目前至少有13座燃氣發(fā)電廠，到2030年，將至少建成8座氫能兼容發(fā)電廠。

EMA首席執(zhí)行官潘國強9月赴瑞典參與雙邊交流時指出，新加坡必須盡早布局各類能源路徑，使其符合本國發(fā)展需求。他補充道，提前實現氫能兼容，能讓新加坡在氫能經濟興起時，直接利用現有燃氣渦輪機完成脫碳轉型。

由于自然資源匱乏，新加坡開發(fā)可再生能源的難度遠高于其他國家。除氫能外，新加坡還在探索能源進口、核能、碳捕獲、地熱等新興技術，以降低電力行業(yè)的碳排放。

氫能應用的現實挑戰(zhàn)

盡管氫能作為綠色燃料前景廣闊，但目前尚未在全球廣泛應用。南洋理工大學能源研究院聯合主任陳修華教授表示，核心瓶頸在于生產成本、儲運成本高企，缺乏大規(guī)模基礎設施，且市場需求存在不確定性。

氫能的主要生產方式是通過電解水將氫與氧分離，若要成為真正的綠色氫能，電解過程需依賴太陽能等可再生能源發(fā)電。但目前全球大部分氫能由化石燃料生產，屬于“灰氫”。

氫能的儲運同樣面臨挑戰(zhàn)。氫能在常溫下呈氣態(tài)，需冷卻至約零下253攝氏度才能轉化為液態(tài)便于運輸——這一溫度遠低于新冠mRNA疫苗零下90至零下60攝氏度的儲運要求，需要專用冷鏈物流保障。此外，氫能的易燃特性也決定了其發(fā)電必須使用專用渦輪機。

蓋佩爾博士介紹，SGT-800渦輪機已針對氫能特性進行專項設計：采用特殊燃燒器應對氫能遠快于天然氣的火焰速度，同時配備強化通風、滅火系統及氫氣探測裝置，以應對這種近乎無色且反應活性更強的燃料帶來的安全風險。“這種分階段設計能最大限度降低未來改裝成本和運營中斷風險，在前期投入與未來靈活性之間取得平衡。”

陳修華教授認為，氫能兼容燃氣渦輪機將為氫能的規(guī)模化應用鋪路，一旦氫能普及且成本降至可接受范圍，就能順利實現能源轉型。

東盟能源中心東盟能源合作與戰(zhàn)略伙伴關系行動計劃高級經理貝尼·蘇里亞迪表示，自2010年代起，尤其是2015年《巴黎協定》簽署后，氫能作為清潔能源的吸引力顯著提升。“全球向低碳經濟轉型的大趨勢是核心驅動力，各國紛紛承諾到2050年或更早實現凈零排放目標。”

氫能在特定領域的應用前景尤為廣闊——例如需要燃料燃燒產生高溫的行業(yè)，或可再生能源電氣化成本過高的領域，包括鋼鐵、化工、航空和航運業(yè)等。

為推動氫能技術成熟，新加坡于2022年10月推出《國家氫能戰(zhàn)略》，加速氫能的研發(fā)與應用。新加坡貿易與工業(yè)部當時表示，到2050年，氫能有望滿足該國高達一半的電力需求（具體比例取決于技術發(fā)展進度）。政府還推出了定向氫能計劃，已為6個項目撥款約4300萬新元，助力氫能技術實現商業(yè)化和規(guī)模化。

西門子能源集團高級副總裁、亞太區(qū)董事總經理索比約恩·福斯表示，開發(fā)氫能兼容渦輪機是公司在全球能源轉型背景下“保障業(yè)務未來競爭力”的關鍵舉措。“如果我們固守僅使用天然氣的技術，作為技術提供商和企業(yè)，我們的知識產權將逐漸貶值。”他透露，公司每年投入約10億歐元（約合15億新元）用于研發(fā)，其中相當一部分用于確保燃氣渦輪機能夠適配包括綠色燃料在內的多種燃料。

氨氣：氫能儲運的潛在解決方案

為解決氫能應用的瓶頸，研究人員正探索以其他形式儲運氫能，氨氣成為熱門選項。氨氣穩(wěn)定性強，可液態(tài)儲運，且廣泛應用于化肥生產，擁有現成的儲運基礎設施。

氨氣通過氮氣與氫氣合成制得，但要從中提取氫氣，需通過高溫裂解將化合物分解，這一過程不僅需要極高的操作溫度，還會造成能量損失。因此，研究人員轉而探索直接燃燒氨氣發(fā)電的可能性。

西門子能源亞太區(qū)戰(zhàn)略與政府事務負責人桑達爾·奇丹巴拉姆表示，氨氣直接用于燃氣渦輪機燃燒目前仍處于早期研發(fā)階段。“氨氣的反應活性低于氫氣和天然氣等燃料，可能會影響燃燒發(fā)電效率。”

新加坡也在積極探索氨氣發(fā)電的潛力。10月，EMA與新加坡海事及港務管理局委托吉寶集團牽頭的聯合體，在裕廊島開展下一階段項目，旨在提供低碳或零碳氨氣解決方案，用于發(fā)電和船舶加注。

潘國強指出：“如果能實現氨氣直接燃燒，發(fā)電效率將大幅提升。”他補充道，氫能和氨氣作為清潔燃料的相關研究，還能增強使用國的能源安全。“任何擁有豐富低成本能源的地區(qū)都能生產氫能和氨氣，一旦氫能經濟成型，新加坡將擁有眾多供應來源，保障能源供應安全。”

區(qū)域能源轉型愿景

在東盟地區(qū)，各國能源行業(yè)綠色轉型的勢頭日益強勁。該組織設定了2025年可再生能源在區(qū)域能源結構中占比達到23%的目標，而2022年這一比例僅為15%。此外，連接區(qū)域各國能源系統的跨境電網建設也在推進中，將助力各國共享可再生能源資源。

對于能源需求龐大且持續(xù)增長的發(fā)展中地區(qū)而言，電力行業(yè)脫碳并非在可再生能源與氫能、氨氣等低碳燃料之間做出非此即彼的選擇。西門子能源表示，SGT-800氫能兼容渦輪機設計初衷就是適配能源結構更多元化的電網，其10分鐘內快速啟動的特性，能在無風無日照時填補可再生能源的供電缺口。桑達爾表示：“這些渦輪機為電網提供可靠支撐，在可再生能源持續(xù)擴容的同時，保障穩(wěn)定的低碳電力供應，直接助力能源轉型。”

專家認為，選擇氫能、氨氣還是其他脫碳路徑，需結合各國具體國情。福斯指出，歐洲已建成天然氣與氫氣混合運輸的管道網絡，新建管道也相對容易；而在亞洲，從印度、澳大利亞等可再生能源豐富、適合生產氫能或氨氣的國家，向新加坡等地區(qū)建設跨境管道難度更大。“這正是氫能在歐洲更具吸引力，而氨氣在亞洲更受青睞的主要原因。”

他強調，氫能的規(guī)模化應用需要政策支持和定向投資。“太陽能和風能等主流技術在發(fā)展初期也面臨類似挑戰(zhàn)，而轉折點在于政策制定者推出清晰、有針對性的扶持計劃，助力產業(yè)規(guī)模化發(fā)展。我們呼吁政策制定者如今對氫能、氨氣等重要清潔能源載體采取同樣的支持措施，推動產業(yè)升級。”

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