【行业动态】GE推出世界上效率最高的新型重型燃机，并获首个订单
导读：近日，GE公司宣布推出新的H级重型燃气轮机7HA.03，这是该公司自2014年推出高效风冷型（区别于蒸汽冷却）HA级重型燃气轮机以来的最新型号。1天后，即10月2日，该公司就宣布与佛罗里达电力和照明公司FPL的达尼亚海滩清洁能源中心达成协议，将为该中心提供2台60 Hz市场上“世界上功率最大，效率最高，最灵活的燃气轮机”，并预计在2022年开始商业运营。
据GE公司透露，7HA.03重型燃气轮机的简单循环输出功率为430 MW，与其前身7HA.02重型燃机（额定功率为384 MW）和HA系列重型燃机的第一代产品7HA.01重型燃机（额定功率为290 MW）相比，发电功率提升十分显著。而在联合循环模式下，一个一拖一的7HA.03重型燃机电厂可以提供640 MW的功率，而二拖一的7HA.03重型燃机电厂则可提供高达1,282 MW的发电功率。
像以前的HA型号一样，7HA.03重型燃机的启动时间为10分钟，但值得注意的是，它将升负荷速率提高到每分钟75 MW。GE公司7HA燃机负责人TomDreisbach表示：“这性能是世界一流的。”
专为灵活性和效率而设计
GE公司表示，7HA.03重型燃机将打破之前GE在联合循环燃气轮机（CCGT）中的吉尼斯效率记录，无论是50 Hz 9HA.01重型燃机在EDF Bouchain电厂创造的62.22%的净效率记录，还是7HA.01重型燃机在日本中部电气公司在西名古屋电厂创造的63.08%的总效率记录。
GE发电估计，由于7HA.03重型燃机融合了目前最新的制造技术，并受益于先前型号的改进技术，其联合循环发电效率预计将达到63.9%，比其前身7HA.02燃机机组要提升0.4%，这种效率提升将可能为美国的电厂运营商每年节省约90万美元。
由于7HA.03融合了制造技术的最新进步，并受益于先前型号的改进技术，因此其净联合循环效率为63.9%，比其前身7HA.02提高0.4%。GE官员说，这种效率的提高可能为美国基本负荷电厂运营商节省约90万美元。
GE发电F/H级产品线总经理Amit Kulkarni指出，设计新的具有高灵活性和效率的重型燃气轮机产品是提升GE公司在重型燃气轮机市场上地位的关键，目前这一市场正日益残酷的。随着全球大型燃气轮机市场规模的萎缩，GE与竞争对手日本三菱日立动力系统（MHPS）公司和德国西门子燃气和电力公司正在全球展开猛烈的追求，在不久前与西门子在伊拉克发电市场的竞争中，美国总统特朗普甚至亲自帮其到伊拉克政府游说。
在燃料灵活性方面，7HA.03燃机也有望比以前的7HA型号（7HA.02）在这一性能上实现翻倍，从而使其在不断变化的能源格局中更具影响力。Kulkarni表示，增强的燃料灵活性意味着“您可以燃烧各种燃料，包括氢燃料。”
GE发电公司天然气动力系统高级产品经理戴维-沃克（David Walker）表示，GE还考虑到了市场上天然气的不断变化，并希望确保全球客户具有“以最便宜的价格购买天然气”的选择权。沃克进一步解释道：“比如亚洲某个地方的客户可以从世界各地购买液化天然气，而不必担心甲烷与丙烷或丁烷的含量，也不用担心这些燃料成分的不断变化。”
最后，7HA.03重型燃机的设计师还集中精力于“模块化封装”，以帮助电厂建造者将关键路径的安装缩短8周，最终实现一种搭积木式的即插即用。过去几年中，互连管道已经非常标准化，这大幅的减少了EPC承包商（工程，采购和建筑）和客户的安装时间。
重量级的机械工程
7HA.03燃气轮机发布前的2天，GE公司刚刚宣布HA级重型燃气轮机订单突破100台，第100台订单来自希腊AgiosNikolaos电站的9HA.02，预计在2021年开始运营。GE公司目前有40台HA级重型燃机正在商业运营，累计运行了415,000个小时，另外60台积压订单来自欧洲，以色列，俄亥俄州，宾夕法尼亚州和密歇根州。
但是，值得注意的是，10月1日已经有照片显示这台希腊电厂的9HA.02重型燃机已经躺在了GE位于南卡罗来纳州格林维尔的工厂的测试台上，并且是首次采用单轴配置。而9HA级的首款50Hz机型也计划在2020年在马来西亚并网发电，它整合了增材制造和燃烧突破方面的先进技术，通过使用金属3D打印技术可以制造复杂几何形状的零部件，从而使得燃烧室更好的提供燃料和空气的预混合，从而使得机组的净效率接近64%，并推动GE努力在2020年代初期达到65%。
7HA.03重型燃机是该系列机型的最新发展，正如Dreisbach解释的那样，“平台”概念是GE在燃机行业中与众不同的地方。他说：“当我们谈论平台时，我们所谈论的是一种通用架构，即我们如何设计机器”。与其它同行经常需要重新开发相比，GE的研制方法将以更低的成本获得增量功率。他说：“从技术角度来看，它使我们可以非常优雅地发展成为更大的机器。”
他进一步解释说：“更具体的来说，我们实际上是站在之前HA级重型燃机技术甚至最早的F级燃机技术的基础上。” 例如，新的7HA.03燃气轮机包括14级压气机，而这种压气机设计首先是在7F.05燃机中使用的；7HA.03燃机的DLN 2.6e燃烧系统，最初用在9HA燃机上；而它的无需冷却的4级透平和大型的钛合金R型叶片也来自7HA.02重型燃机。
Dreisbach表示：“我们所有的HA级重型燃机都共享一种压气机架构：它们使用相同的材料，相同零件数量，相同转子结构。” Dreisbach还表示，GE自2008年开始研发该型压气机，并于2010年首次对其进行测试，至今已累计运行了一百万小时，并已发展成为HA重型燃机平台的“骨干”。
Dreisbach解释说：“对于功率更大的7HA.03重型燃机，我们只需要扩展压气机的前端，从而使更多的空气流量流入，我们使用了一种钛合金材料的R1型叶片，我们使用钛合金材料是因为GE公司雄厚的航空背景（GE也是世界排名第一的航空发动机制造商），对这种材料非常了解，该材料使得大型压气机叶片既轻巧又坚固。其余材料与我们在F级重型燃机中使用的材料相似。”
压气机还具有三级可调静叶，这是航空发动机常采用的功能，从而使得燃机对于负荷调节可以“在环境温度范围内和运转中具有出色的可操作性”。
在7HA.03燃气轮机中，空气一旦通过压气机，便进入燃烧区，而燃烧室与GE公司所有的其它60 Hz燃气轮机一样，具有12个燃烧室。与之前的7HA型号一样，它具有干低NOx（DLN）2.6e技术。Dreisbach表示：“实际上最大的区别在于预混合器。” 早在 15年前GE公司就与美国能源部合作开发了这种混合器，这是“高氢燃气轮机计划”的一部分。
添加预混器的主要好处是它提供了显著的灵活性。Dreisbach解释道：“通过预混器，我们可以将这台功率高达430MW的燃机，运行到约130MW左右就实现低排放。”这意味着，该技术能够使得燃机机组根据商业需求运营在非常低的负荷下，甚至可以将其置于“泊车模式”，满足电网的各种要求。这也使得客户能够以15%的负载运行重型燃气轮机，从而在最大程度上减少油耗和对寿命影响较大的启动次数。而一旦负荷需求增加，燃机可以迅速地以大于每分钟75MW的速度向电网供电。
透平部分也使用了近30年前就引入的4级透平设计，和其它7HA燃机一样，它也使用了内外缸，从而具有性能和维护优势。Dreisbach说：“当您考虑在尺寸越来越大的燃气轮机上管理叶尖间隙的能力时，显然间隙越小，性能越好，因此透平内缸设计将为我们带来一些好处。”
另一个关键特性是，像GE的F级重型燃机一样，7HA.03重型燃机直接从压气机抽取空气来冷却热端部件，而无需对抽取的冷却空气进行额外冷却。Dreisbach表示：“能够做到这一点的原因之一是，我们拥有了航空材料开发的全部好处，我们之所以这样做，是这种设计能最终为用户提供了一个更简单，更可靠的系统。如果您对抽取空气进行额外冷却，那你必须把这股空气从机器里引出，并且还必须把冷却过程失去的这部分热量想办法再转移到余热锅炉的预热蒸汽中，以减少能量损失，这就需要创建嵌套的附加硬件循环，这不仅要付出额外的成本，而且还需要增加维护工作量。”
7HA.03重型燃机推出时间表
通过从9HA.02设计中吸取的经验教训，以及在试验台上获得的经验，GE计划对新型号的设计细节进行进一步完善。GE已经在马来西亚启动了第一台9HA.02燃机，并将在2021年测试第一个7HA.03重型燃机，然后将2台重型燃机运送到FPL公司的达尼亚海滩清洁能源中心电厂，首批7HA.03重型燃机机组将于2022年开始商业运营。
当被问及为什么FPL公司愿意承担安装了首个这型重型燃机时，毕竟首台重型燃机很可能会有一些或多或少的技术问题，这将带来一些运营风险。GE发电F/H级产品线总经理AmitKulkarni表示，自F级重型燃机的推出开始，GE公司一直是FPL公司的“大型合作伙伴”，GE之前还曾服务过FPL公司的F级重型燃机升级改造。
他还指出：“GE今年还向FPL提供了一台7HA.02燃气轮机，它在技术架构上的基础也是F级重型燃机压气机，该压气机也已经通过验证并正在现场运行。借此，我们向他们解释了采用新型燃机的风险水平是什么，这是低的。”
FPL公司工程，建设与集成供应链工程执行副总裁Bill Yeager在10月2日的一份声明中也表示，这对FPL公司是一个机遇，它将使得该公司的发电设施更加现代化，并致力于提供可靠的能源，从而选择用新的“高效能源中心”代替老化的发电厂。
市场驱动力
对于GE公司而言，7HA.03燃气轮机有望成为一项新的关键技术成就，并且随着电力市场向清洁能源的过渡，7HA.03燃气轮机将朝着正确的方向迈出一步。该公司的10年预测显示，到2028年，天然气在全球发电量中的份额将保持稳定在23%，这将产生超过1,500 TWh的发电功率需求。
GE发电战略营销负责人BrianGutknecht在周二的简报中对记者说：“我们看到天然气的增长。尽管您可能也在可再生能源和其他发电方面看到了所有的增长，但由于煤炭发电不再增长甚至开始下降，而世界上整个发电功率的持续增长，那么在这段时间内天然气发电也将继续增长，这对我们来说当然也是令人鼓舞的。”
但是正如Walker所指出的那样，在燃气发电市场中获得成功的关键将是“纯粹的经济性”，这也是GE公司研制7HA.03重型燃气轮机的主要原因。虽然之前的HA级重型燃机已经表现出了非常可观的发电效率，但是GE公司希望通过进一步改进推动整个市场的发展，从而提供更佳的全寿命周期成本。
Walker表示：“发电功率越大，燃气轮机越大，就越有可能推动整个电厂的规模经济。当您考虑安装成本基准时，这也具有规模经济性，从而在市场上为我们的客户带来更多的价值。”
Kulkarni补充说，大型燃气轮机的另一个主要优点（它也是高效、灵活且易于安装的）是提供足够的“封装模块大小”，以替换由于使用年限或不经济而退役的现有燃气轮机机组模块，他说：“无论是7HA.01，.02还是.03，这都是我们非常关注的一件事。”
“目前，这种替换升级还是一个较小的市场，但从另一个角度来说，我们始终希望确保自己处于市场领先地位，因此我们在技术方面也要一直处在领先地位。”