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孫延嘉:顏巴赫內燃機在分布式能源中的應用

2023-01-05 15:34:04 中國能源網

編者按:在“雙碳”背景下分布式能源領域貫徹新發展理念,以“雙碳背景下能源安全新思維——新型分布式綜合能源保障”為主題的“第十八屆中國分布式能源國際論壇”于2022年12月8日在北京采用線上的形式召開,本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯合主辦。會上,顏巴赫中國區市場總監孫延嘉做了主題為《顏巴赫內燃機在分布式能源中的應用》的報告。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

孫延嘉:大家好,我是來自顏巴赫的孫延嘉,今天我非常高興以這種特殊的方式開始我的演講。為了在有限的時間內給您帶來更多的信息,今天我使用了網絡上流行的云息語音,希望這一特別的嗓音會像顏巴赫勇于創新的精神一樣,能給您留下深刻而美好的印象。

首先非常感謝中國能源研究會分布式能源專業委員會和中國能源網為大家提供了本次交流與對話平臺,作為論壇的老朋友,在座的很多嘉賓對顏巴赫的公司業務都有一定的了解。當然今天有很多新朋友與會,下面我簡要介紹一下顏巴赫的業務,并重點分享在過去一年多的時間里顏巴赫在分布式能源領域的一些新進展。

我們的公司名字叫作INNIO,象征著創新,激勵的精神和融合我們旗下的兩大品牌顏巴赫和瓦克夏,我們是全球領先的基于可再生燃氣,天然氣和氫氣解決方案及服務供應商,致力于在客戶端或者就近提供發電和壓縮應用級相關服務。如照片所示,我們的照片位于奧地利阿爾卑斯山腳下的顏巴赫小鎮,今天我們重點介紹的是廣泛用于燃氣發電領域的顏巴赫產品。

眾所周知,顏巴赫高效綠色的燃氣發電方案能夠幫助我們的客戶實現能源轉型,并減少碳足跡。與此同時,我們也始終致力于企業自身運營的可持續發展,也就是說我們不只向世界提供環保的解決方案,顏巴赫自身不斷引領著世界企業邁向更加綠色的明天。2022年,我們獲得2022全球可持續發展鉑金評級,這是INNIO在評估的所有企業中排名躋身前1%,它反映了過去一年中INNIO在可持續發展領域的改進與貢獻,特別體現在環境和可持續采購方面。比如我們與奧地利當地的可再生能源提供商達成合作,將為顏巴赫工廠提供基于可再生能源的綠氫,我們將使用顏巴赫氫能機組,將其轉化成工廠運營所需的電能或熱能,并供給社區。

此外,除了自身減碳,我們也要求直接或者間接的供應商承諾到2050年實現凈零排放,承諾到2030年將制造生產和供應鏈的溫室氣體排放量降低50%。顏巴赫始終專注于發電方案和相關服務,擁有超過65年的專業經驗,在全球我們已積累交付24000多臺顏巴赫燃氣發電機組,總裝機容量達到35GW以上,這相當于能夠滿足約5700萬歐洲家庭的用電。同時超過60%及1萬多臺顏巴赫機組已經連接了我們的遠程設備性能管理系統,顏巴赫燃氣發電機組的功率輸出范圍介于300千瓦-10兆瓦之間,燃料靈活,可使用天然氣,也可使用生物沼氣,污水沼氣,垃圾填埋氣,石油伴生氣,煤層氣,多種冶金尾氣,熱解氣以及氫氣。基于我們的機組用戶可以根據需要輕松構建發電系統,熱電聯供或者冷熱電三聯供系統。

同時我們的產品堅固耐用,靈活高效。顏巴赫擁有業界領先的交付數量和裝機規模,這都說明了廣大用戶對我們的充分認可。顏巴赫擁有豐富的產品組合,全息產品分為2、3、4、6、9五大系列,單機功率大概300千瓦-10兆瓦,不同系列中包含多種型號和版本,能夠輕松滿足不同類型客戶的方案需求。基于顏巴赫發電機組的天然氣熱電聯供或冷熱電三聯供能源解決方案已廣泛應用于各類工商業用戶,如醫院、機場、酒店、主題樂園、商業綜合體、會展中心、數據中心和產業園區等。

同時我們的發電機組也可為其他燃氣氣源相關行業用戶提供穩定可靠的能源。如種植與養殖生物質固廢處理,城市有機固廢處理,污水處理,冶金,石化,煤礦等。作為業內公認的燃氣發電機組行業專家,顏巴赫始終引領創新發展,自從1957年首臺顏巴赫燃氣發電機組問世,在60多年的發展歷程中顏巴赫不斷創造著全球第一,如全球尺寸最小的20缸3兆瓦燃氣機組,第一臺24缸燃氣機組,第一臺雙級渦輪增壓機組不勝枚舉。

特別是于2020年實現全球第一臺兆瓦級氫氣發電機組在客戶現場實際投用,可以支持任意比例的天然氣,氫氣混合燃氣。2021年顏巴赫發布將信息智能技術與燃氣發動機傳統控制進一步相結合,顯著提升客戶的機隊運行管理效能,2022年顏巴赫所有新售發電機組均提供支持氫氣選項,支持含氫燃氣運行,氫氣占比可高達20%,顏巴赫4系列支持系列0-100%氫氣運行。

接下來我重點分享一下顏巴赫氫氣發電機組和myPlont performance最新的成果。現在INNIO已為氫氣時代做好準備。如何在今天構建一個能夠面向未來的能源系統,將是擺在每個能源轉型領導者面前的共同挑戰,我們認為結合電力供熱和燃氣網絡為一體的能源系統,是綠色能源未來的關鍵。使用電能轉化燃氣,P2G技術,太陽和風能產生的過剩,可再生能源可轉換成綠氫能。與電力不同,氫氣可長期并大量的儲存于罐體或者地下,類似于天然氣。然而在初試階段,使用電能轉化燃氣技術生產的綠氫將非常昂貴,產量也受限。在此過渡階段,隨著綠氫技術研究的持續推進,使用碳捕獲,利用與封存技術,利用天然氣產生的藍氫將發揮作用,推動過渡順利進行。初期將少量的氫氣輸入到現有的天然氣網絡中,并逐漸提升摻氫比例,大量的氫氣也可在單獨的基礎設施中運輸。

同屬可再生能源的生物沼氣,填埋氣也可制成生物甲烷進入燃氣管網,因此未來燃氣管網中可再生燃氣的比例逐漸增加,平滑演進。且在此過程中將出現多種典型燃氣組合的供給場景,如圖所示顏巴赫的燃氣發電機組廣泛適用于多種燃料場景,并將扮演關鍵角色。我們知道向碳中和能源演進的過程中將出現多種典型燃氣組合供給的場景,顏巴赫現有的氫能發電技術已經可以支持三種典型場景,場景A在天然氣管道加入少量氫氣,顏巴赫可為客戶提供支持氫氣選項的顏巴赫燃氣發電機組,氫氣在天然氣管道的體積比例達到20%,隨著氫氣越來越普及,對所有支持氫氣機組大部分現有以天然氣為燃料的顏巴赫燃氣發電機組可進行升級改造,以100%氫氣為燃料運行。

場景B。在氫氣和天然氣單獨運輸,在現場進行摻混或者采用雙燃料方式。顏巴赫3、4、6系列特定版本的燃氣發電機組可以支持最高60%體積比例的氫氣與天然氣摻混燃料,4系列燃氣發電機組支持雙氣體燃料,氫氣比例100%,運行時可使用100%天然氣,100%氫氣或任意比例天然氣與氫氣的混合燃料。

場景C,使用100%氫氣。顏巴赫4系列燃氣發電機組可支持100%氫氣,真正實現零碳排放。現在顏巴赫可以為您在氫能利用發展過程中不同應用場景提供最適合的氫能解決方案,且支持通過技術升級適應更多場景,以充分兼顧系統能效和現有投資保護的平衡。

如同氫能的利用需要平滑演進一樣,氫氣發電技術不能一蹴而就。事實上在過去30年中顏巴赫一直在含氫,含一氧化碳這類特殊燃氣發電應用中不斷探索,我們以累計交付超過250兆瓦使用含氫燃機的發電機組,且服務于遍布28個國家的90多個項目,從西班牙的焦化廠,到奧地利的化工廠,再到日本的垃圾合成器發電廠,在這規模龐大的運行中我們積累了豐富的技術經驗,這一切為我們引領氫氣發電技術打下了堅實的基礎。

接下來介紹的這兩個案例各具特色,2008年在海上風力資源極其豐富的阿根廷,建造了一個風電廠和利用水電解技術的綠色制氫廠,位于巴塔哥尼亞的試點項目通過6.3兆瓦風電廠進行發電。一部分風電用于電解廠的運轉,每小時可生產120立方的高純度氫氣和60立方的氧氣,所生產的高純度氫氣被儲存到地下儲罐中,以評估大規模地下儲氫的潛在效益。研究地下儲氫的同時氫氣與天然氣混合燃氣已經用于顏巴赫的燃氣發電機組,將氫氣與天然氣以可控比例混合,用于1.4兆瓦顏巴赫燃氣發電機組,非常適合此應用。

顏巴赫G420燃氣發電機組可以使用當地生產的天然氣與氫氣的混合燃氣運行,氫氣體積比例最高達到42%,性能優異,排放更低。自2008年投運至今,這臺燃氣發電機組的累計運行時間已經超過7萬小時,這是顏巴赫燃氣發電機與可再生能源電解制氫相結合的一個典型案例。另一個應用案例之前介紹中提的世界上第一個使用100%氫氣為燃料的1兆瓦及燃氣發電機組。2020年,在德國漢堡熱電聯供能源站投用了世界首臺可以用100%天然氣運行的大型燃氣內燃發電機組,機組可以使用不同比例的氫氣,天然氣混合燃氣,氫氣最高100%。改造后的熱電聯供能源站為當地30棟住宅樓,一座體育中心,一座兒童日托中心和公園休閑中心提供每年1.3萬兆瓦時的熱能供暖。該能源站所生產的電能不但滿足多層停車場充電站的需求,為電動汽車充電余下的電能提供給當地電網。

自2020年顏巴赫在德國漢堡的全球第一臺1兆瓦級氫氣內燃發電機組在客戶現場實際投用之后,越來越多的客戶選擇顏巴赫氫能技術,實現能源轉型。2021年,波蘭桑多梅日市政供熱公司選擇一臺顏巴赫G416燃氣發電機組,摻混20%氫氣,利用天然氣+氫氣實現區域熱電聯供。2021年,韓國小型重工選擇一臺顏巴赫G420燃氣發電機組,這將是亞太地區首個以100%氫氣燃料的內燃發電機組試點項目。同時也是顏巴赫利用化工生產中灰氫的典型案例。

2022年美國公司位于加州里士滿制氫工廠選擇三臺G420燃氣發電機組,使用填埋氣與氫氣的混合燃氣,為采用垃圾填埋氣,非燃燒蒸汽二氧化碳重整工藝的制氫工廠提供電能。此制氫工廠的大部分氫氣產品將用于卡車的燃料電池。

第四個案例,也是我們非常自豪的項目。近期中國香港的新界東北堆填區擴建項目選擇了顏巴赫燃氣發電機組,該項目將使用三臺顏巴赫G320燃氣發電機組,由于該堆填廠為新建項目,垃圾填埋氣的產生需要一定的時間,在此之前為了滿足工程用能需求,項目特意引入香港城市煤氣作為臨時氣源,供發電機組使用。

其中一臺顏巴赫機組采用的特別雙燃料設計,可以單獨使用填埋氣,也可以單獨用城市煤氣。熟悉香港燃氣情況的專家都了解,香港的城市煤氣主要成分是約50%的氫氣,30%的甲烷,20%的二氧化碳及少量一氧化碳。這是一個非常典型的高氫燃氣的發電應用,此方案的另外一個亮點是該機組支持孤島模式運行,可以靈活穩定的響應電力負載需求,這對高氫燃氣內燃機組一直以來都是技術挑戰。這個項目也將在國內高氫燃氣內燃機發電應用領域具有里程碑式的意義。

接下來讓我們共同了解一下顏巴赫的技術創新myPlont performance,顏巴赫不僅提供卓越的燃氣發電機組,在先進的數字技術和云端解決方案的支持下,顏巴赫還提供全面的數字的myPlont,滿足客戶精益求精的運營需求。myPlont是顏巴赫燃氣發電機組的遠程設備性能管理方案,它的供能包括實時監測發電機組運行狀況,預測機組運行趨勢,提供專業技術性維護和運行優化建議,同時還支持遠程檢測,排障,從而有效縮短停機時間,有效避免服務人員的非必要差旅,成本,提高機組的在線率,最終幫助客戶實現節約整體運營成本,提升盈利能力的商業目標。

myPlont是由制造顏巴赫發電機組的技術專家研發的,可以幫助您從更系統的角度擁有對設備性能的專業洞察力,可以實時或查看任意時間段內發電機組的運行和性能數據,定制多種視角的自動化報表,并將用戶原有的潤滑油,冷卻液的實驗室報告加以整合,直接獲取來自全球多個專業油液實驗室的檢測分析報告。最終根據所有的監控數據給出相應的機組維護建議。

同時myPlont可以提供預測分析與專業建議,可以持續分析來自于發電機組的數據流,檢測可能導致意外事件的任何運行偏差。根據來自數千臺同型號,同應用發電機組的大數據積累,分析算法定義,識別健康發動機運行的模式,在出現偏差時進行記錄,并提供專業優化建議。例如準確預測發動機火花塞,潤滑油和濾芯的剩余使用壽命,做到在必要時進行更換,避免浪費。得益于對設備系統級的洞悉,myPlont可以輕松幫助我們的工程師遠程排除機組故障,有效減少機組的維修成本。所有對機組的遠程訪問建立在網絡和信息安全機制下,在客戶實時授權下幫助客戶調整機組運行參數。

此外,myPlont支持對機組的排放進行檢測,對于配備氮氧化物傳感器的發電機組提供當前平均氮氧化物的可視化信息和歷史記錄,幫助用戶實現排放達標。myPlont是機組相關信息的整合平臺,通過它可以同時輕松瀏覽機組的操作手冊,維護手冊,最新的技術服務公告以及跟蹤技術支持事件等。myPlont支持定制化的能源現貨交易智能輔助決策,使您以業務經濟性的視角,高效的運行機組,提升項目盈利能力。祝您為即將在全國范圍開展得電力現貨市場交易做好充分的準備。

今天我們myPlont系統已經連接超過1萬臺發電機組,月活躍用戶達到4000多人,智能的系統基于顏巴赫龐大機隊多年累計的運行經驗,針對每個客戶的機組型號和應用特點,提供超過70種不同的專業預測分析和相應的運行維護建議,即便是剛剛開始顏巴赫發電機組運行工作,可以像資深專家一樣輕松的掌握機組運行狀態和趨勢。這一切將有效減少65%的現場維修次數,節約大量的人力和時間。

我介紹一個myPlont幫助國內客戶遠程解決故障的真實案例。國內一工業沼氣發電項目中顏巴赫機組突然報警現實排煙溫度高,實時溫度顯示約600攝氏度,比正常值高200攝氏度,機組發電功率達不到設定值。收到遠程報警信息后,顏巴赫技術專家通過myPlont系統分析機組的運行曲線,通過對故障發生時間段內的運行曲線調查發現,機組顯示功率與設定值相比顯著下降,更反常的是與故障發生前的運行階段相比機組的燃氣消耗不減反增,并且節氣門波動異常。這些跡象表明某些現場反饋信號可能有錯誤,導致控制系統不斷調節試圖提升功率。

在基本明確故障原因后,我方工程師立刻聯系現場的機組運行人員,使用儀表現場檢測機組發電功率,發現實際檢測功率比顯示功率高,這說明機組實際上滿負荷,甚至超負荷運行,但是顯示功率存在錯誤,錯誤的信號導致機組自動調整時錯誤的加大了進氣量,造成過量空氣系數下降以及偏差,從而導致排溫異常升高。由于顯示功率來源于開關柜的CT和PT信號,顏巴赫工程師從功率采集來源入手,建議現場的機組運行人員排查CT線路,最終發現CT接線存在脫落情況。經過現場處理,機組立即恢復了正常,輸出設定功率,排煙溫度到正常水平。僅僅幾個小時該問題被成功的解決,將對業務的影響降到最低。

在這即將過去的2022年里,顏巴赫持續助力中國燃氣分布式能源的發展,在國內外疫情反復,宏觀經濟波動,供應鏈物流不暢多重不利因素背景下,顏巴赫仍憑借著先進的產品方案,專業的服務體系,贏得眾多客戶和合作伙伴的信任和支持。無論總裝機容量達到10-20兆瓦的大型天然氣分布式能源,沼氣熱電聯產項目,還是總裝機容量僅為幾百千瓦到幾兆瓦的小型燃氣發電項目,顏巴赫發電機組都備受客戶青睞。

近期疫情防控措施不斷優化調整,恢復經濟政策密集出臺,正所謂靜待花開終有時,守得云開見月明。我們與您一樣,對中國燃氣分布式能源的發展充滿信心。

非常感謝各位的傾聽,同時歡迎您關注顏巴赫微信公眾號,了解上述提及的案例和更多顏巴赫最新咨詢。

主持人 張葵葉:感謝顏巴赫給我們帶來全新的體驗,做了顏巴赫產品和技術的詳細介紹。

今天下午主題論壇7個發言已經結束了,本次論壇進入尾聲,再次感謝各位專家,企業領導以及各位線上參加我們本次大會的朋友們,每一次論壇都是一次跨越山海的思想奔赴,給我們提供了非常好的思想碰撞,智慧交流的機會,我們也希望通過下午的宣導專題論壇,能夠讓大家進一步加強交流,增進友誼,分享經驗,凝聚共識,為分布式融合發展及能源綠色低碳轉型創造新的機遇,探索新的路徑。

再次邀請大家關注我們明天上午9點正式開幕的第十八屆分布式能源國際論壇的開幕式和主論壇,祝大家身體健康,事業順利,本場專題論壇到此結束,謝謝各位。




責任編輯: 江曉蓓