近年来，燃气轮机掺氢燃烧这项老技术已成为天然气发电领域的新热潮。在天然气中添加氢气可以显著减少温室气体的总排放，并减少天然气作为化石燃料的消耗。依托成熟的燃气发电设备基础设施，逐步加大掺氢比例向氢能源过度，最终将灵活高效的燃气轮机转变为完全零碳排放的燃氢轮机。

对于世界可再生能源领头羊中国来说，燃气轮机掺氢和纯氢燃烧的价值更具想象力：大规模清洁能源的发展有望加速绿色氢气制备的效率和经济性，采用富氢燃料通过燃气轮机发电，有助于减少天然气的外部依赖，减少发电领域的二氧化碳排放。近年来，世界主要燃气轮机厂商正在积极提高燃机的掺氢燃烧能力，开辟新的市场空间。中国是加快新技术实施的重要目标市场。

“燃机烧氢不是一个新鲜事物，在化工、炼钢流程里产生的低热值伴生气，含氢比例非常高。” GE燃气发电服务中国区总经理许欣近日表示，氢能是近年来的热门话题，但实际上，燃氢本身并不是一项全新的技术。GE在韩国服役的6B燃机使用了70%-95%的含氢燃料(按体积计算)已经运行了20多年。目前，GE在全球已有100多台低热值含氢燃料机组运行，累计运行时间超过800万小时，部分机组燃料含氢量超过50%。

从不同的机型来看，GE的E/B级燃机具有100%的燃氢能力，其功率最大、最高效的HA级燃机燃氢能力为50%。GE的目标是在2030年之前实现100%的HA级燃气发动机烧氢能力。既然有技术和实践的基础，为什么最新的燃机还需要近10年的时间才能实现50%到100%的掺氢跨越？

GE燃气发电集团中国区产品技术总经理阎福华表示，不同型号的燃氢能力差异主要来自不同的燃烧系统。E/B级燃机上使用的MNQC(即多喷嘴静音燃烧系统和扩散燃烧技术)可以实现100%的烧氢，但在排放控制和能源效率方面存在一定的局限性。HA级燃机中使用的DLN2.6e微孔预混燃烧器可以在控制氮氧化物排放的同时实现高效率、高比例的掺氢燃烧。

2005年，页岩气革命爆发前夕，美国将氢气作为一种低热值燃料纳入技术储备。当时，GE向美国能源局申请开发一种微孔预混燃烧器，该微孔预混燃烧器专门用于氢燃烧技术的研究和开发。2016年，该燃烧器应用于9HA燃气轮机，即DLN 2.6e燃烧器。通过这种方式，这种最初由于燃烧氢气而产生的燃烧器首先应用于以天然气为燃料的燃机中。随着碳中和的发展，氢在过去两年中持续走红，该技术支持氢与天然气的结合燃烧。

阎福华进一步分析，在研发过程中，掺氢由50%到100%仍存在许多技术问题，包括燃烧技术、材料技术、控制技术和氮氧化物控制技术。

首先，在燃烧方面，氢气的比例越高，燃烧面临的挑战就越高。在GE格林威尔试验台的严格试验中，DLN2.6E燃烧器实现了50%的掺氢燃烧能力，但从试验台到电厂现场还有很长的路要走。辅机、密封、管道、通风、危险气体检测、火焰检测等多种配套设施仍需在各类型机组上进行验证。

此外，随着燃料中氢比例的增加，氢对管道金属材料的氢脆性腐蚀会增加；控制不仅针对燃机本身，而是针对整个联合循环电厂；燃烧温度越高，产生的氮氧化物越多。随着掺氢比例的逐步提高，如何将氮氧化物排放控制在一定范围内，符合环保规范也是一个技术难题。

上述关键核心技术需要逐步突破。与燃机在其他技术应用中遵循的规律一样，燃机的掺氢能力将逐步提高，并在持续的技术开发和验证中不断进步。

据报道，总体而言，GE开发了“氢气掺混控制到燃烧再到尾气的处理和排放”一套完整的燃机电厂燃氢方案，涉及主机、辅机、系统控制等方面，已在示范电厂现场验证。GE认为，随着氢源供应的增加，示范项目正在加速进入下一阶段。

位于俄亥俄州的美国Long Ridge Energy旗下的HA级燃气电厂正试图通过将氢气混合到天然气燃料中来实现低碳转型。这不仅是美国第一座氢燃料燃机电厂，也是世界上第一座实现掺氢燃烧的HA级联合循环燃料电厂。Long Ridge Energy开创了行业应用的先河。目前，其燃机已经实现了15%-20%的掺氢燃烧，并计划在2030年实现100%的烧氢能力。除了为电网供电，该公司还计划向周边一些耗电量极高的数据中心供电。

中国第一座掺氢燃烧9HA电厂即将落地广东省惠州市，该电站由广东省能源集团子公司惠州大亚湾石化区综合能源站建造，包括两台9HA.01重型燃气轮机的联合循环机组。2023年项目投产后，两台燃机将采用10%的氢气掺混比例与天然气混合燃烧。

上述项目的示范意义居多，氢气的成本和碳价格将直接决定未来燃氢燃机的市场规模。由于全球氢能产业链尚未成熟，目前氢的价格让掺氢并不经济。

然而，许欣对中国氢能产业的发展前景和燃氢轮机在整个能源系统中的市场空间持乐观态度。“目前，制氢效率不高，规模效应尚未形成。中国可再生能源的大规模发展为绿氢的可及性和规模效应创造了条件。如果能够突破制氢的效率和经济性，只有中国能够在弯道上超车。未来，实现纯氢燃烧的燃机会是新型电力系统的重要支撑，也是解决能源安全问题的可行方案。”