譯者案：

據(jù)統(tǒng)計，全球約40%的燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放來源于電力和熱力等行業(yè)，大量溫室氣體的排放所引發(fā)的全球氣候變化問題已經(jīng)對地球的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，脫碳發(fā)電成為解決氣候挑戰(zhàn)的關鍵重點領域，全球的能源轉(zhuǎn)型是也是必然趨勢。我國向世界作出了“2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的鄭重承諾”.為全球應對氣候變化，實現(xiàn)綠色復蘇注入了強勁的動力。為更好地響應國家“雙碳”戰(zhàn)略，中國航發(fā)燃機研究世界各國脫碳技術路線，并編譯了本文，以期引發(fā)行業(yè)內(nèi)更多有益的思考。

全世界為應對氣候變暖

對于電力行業(yè)工作的人來說，挑戰(zhàn)并不像僅僅提供低碳電力那么簡單。在全球電力需求不斷增長的背景下，我們需要解決提供更可靠、更經(jīng)濟、更可持續(xù)的電力的能源三重困境。這就是為什么我認為可再生能源和天然氣發(fā)電將共同在未來能源領域發(fā)揮關鍵作用，包括在海灣合作委員會（GCC）成員國——巴林、科威特、阿曼、卡塔爾、沙特阿拉伯和阿拉伯聯(lián)合酋長國（阿聯(lián)酋）。

通用電氣的白皮書中描述了GCC電力部門加快脫碳的相關途徑。沒有一次性解決方案，我們認識到多種技術和燃料來源——包括太陽能、風能、水力、天然氣、核能、電池儲能、混合動力等等這些將有助于該地區(qū)的長期能源組合。然而，在海灣合作委員會中加速和戰(zhàn)略性的部署可再生能源和天然氣發(fā)電可以迅速大幅減少排放，同時在未來繼續(xù)推進低碳或近零碳發(fā)電技術。

海灣合作委員會電力部門的脫碳當務之急

2018年，能源部門占海灣合作委員會總溫室氣體（GHG）排放量的80%以上，其中高達44%的排放源于發(fā)電和供熱。2019年，通過液體燃料和燃氣發(fā)電站的火力發(fā)電量占裝機發(fā)電量的98.7%，其中三分之一以上為液體燃料。

盡管海灣合作委員會成員國已明確承諾解決氣候變化問題，并正在采取措施減少各部門的碳排放，但進一步加快電力脫碳工作可能會帶來重大的、快速的勝利。這可以通過利用該地區(qū)巨大的可再生能源潛力極其豐富的天然氣儲量來實現(xiàn)脫碳，同時不再使用高碳密度的液體燃料。例如，在阿曼，一個即將實施的項目將使用通用電氣的TM2500氣動式燃氣輪機產(chǎn)生高達80兆瓦（MW）的電力，預計將通過使用天然氣而不是柴油，幫助每年減少高達90000噸的二氧化碳排放。

為什么現(xiàn)在使用可再生能源和天然氣發(fā)電

可再生能源從海灣合作委員會的一個小基地迅速增長，2015-2020年，裝機容量以69%的復合年增長率（CAGR）增長，2020年達到2.4GW。這是由各種因素推動的，包括可再生能源解決方案對電網(wǎng)規(guī)模項目的適用性、成本下降（特別是太陽能光伏技術的下降），以及技術進步，這些進步導致了更高效、更可靠的可再生能源解決方案，以應對海灣合作委員會（GCC）等炎熱和惡劣的環(huán)境條件。

然而，可再生能源的增長也有其自身的一系列挑戰(zhàn)，尤其是隨著越來越多的可變電源上線，在維持電網(wǎng)穩(wěn)定方面。公用事業(yè)公司和運營商一直在評估電池儲能系統(tǒng)，以支持可再生能源，但在持續(xù)時間超過8小時的情況下，電池儲能系統(tǒng)在平準化的基礎上不會具有競爭力，除非出現(xiàn)重大技術突破，從而降低成本。因此，天然氣是一個很好的補充，通過提供按需、靈活的基本負荷電力，實現(xiàn)可再生能源的增長。

天然氣提供可靠、可調(diào)度的容量，無論何時、季節(jié)或天氣如何。燃氣輪機提供的快速爬坡率意味著燃氣發(fā)電量可以根據(jù)可再生能源供應的波動迅速增加或減少，以幫助平衡電力需求和供應，并保持電網(wǎng)穩(wěn)定。在化石燃料發(fā)電廠中，以天然氣為燃料的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的二氧化碳排放量最低，能夠達到307-395克二氧化碳/千瓦時（gCO2/kWh）的排放強度，而液體燃料發(fā)電廠的排放強度為547-935gCO2/kWh。燃氣發(fā)電技術的效率也越來越高，通用電氣的HA技術目前的凈聯(lián)合循環(huán)效率超過64%。此外，通過最近發(fā)現(xiàn)的天然氣儲量、新的天然氣管道以及液化天然氣的進步，天然氣的供應量有所增加，所有這些都使天然氣越來越容易獲得，價格也越來越便宜。

天然氣發(fā)電提供了其他好處，使其成為可再生能源的良好補充。通常，太陽能和風能的發(fā)電密度低于火力發(fā)電資源，每單位裝機容量需要更多的土地。例如，1000兆瓦的天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠可能需要13英畝的土地，而太陽能發(fā)電廠可能需要5000到6000英畝的土地。如果大片土地不容易獲得，或者距離需求中心很遠，需要在輸電基礎設施上增加支出，那么天然氣可能是能源組合的關鍵部分。

此外，可再生能源和天然氣發(fā)電都可以快速部署。額定功率為34MW的拖車式空氣衍生燃氣發(fā)電廠可在數(shù)周至數(shù)月內(nèi)部署。在發(fā)出開工通知后6-12個月，簡單循環(huán)燃氣發(fā)電廠可投入商業(yè)運行。額定功率為1000MW或以上的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠通常需要24-36個月才能投入商業(yè)運行。風能和太陽能也可以快速部署，通常在接到開工通知后6-12個月內(nèi)即可發(fā)電。從液體燃料轉(zhuǎn)向可再生能源和天然氣的組合，而不是單獨使用，或轉(zhuǎn)向其他具有較長醞釀期項目的能源，這為進一步減排提供了一個直接機會，同時確保了穩(wěn)定的產(chǎn)能。

回顧GCC對現(xiàn)有天然氣發(fā)電廠的重大投資也是相關的，這些發(fā)電廠的壽命通常為20-40年。在短期至中期內(nèi)，有可能提高許多此類設施的性能并降低其碳強度。例如，可以部署升級解決方案來提高燃氣輪機的產(chǎn)量、效率、靈活性、壽命和可用性，同時降低燃料消耗和環(huán)境影響。在卡塔爾，在四臺9F燃氣輪機上使用通用電氣的先進氣體通道（AGP）升級解決方案，預計將有助于提高發(fā)電量96.7兆瓦，同時提高工廠效率，并將同等發(fā)電量下的二氧化碳排放量每年減少67000噸，相當于在該國道路上行駛14000輛汽車。簡單循環(huán)發(fā)電廠也可以在16個月的時間內(nèi)轉(zhuǎn)換為聯(lián)合循環(huán)，使用相同數(shù)量的燃料發(fā)電量最多可多發(fā)電50%。GE估計，發(fā)電容量高達57GW的天然氣發(fā)電廠目前仍在GCC的簡單循環(huán)模式下配置。將其轉(zhuǎn)換為聯(lián)合循環(huán)配置可以顯著降低每兆瓦時發(fā)電的二氧化碳排放量。

從長遠來看，重要的是要認識到，今天花在燃氣輪機技術上的一美元不一定等于花在資產(chǎn)壽命期碳足跡上的一美元。氫基發(fā)電和碳捕獲與碳封存（CCS）解決方案的發(fā)展意味著燃氣輪機可以成為目標技術，而不僅僅是橋梁技術。

海灣合作委員會已經(jīng)開始大量投資于氫氣生產(chǎn)，并擁有從長遠來看更具成本效益的生產(chǎn)藍色和綠色氫氣所需的許多成分，包括大量碳氫化合物儲量、用于安全儲存二氧化碳的枯竭油氣藏、獲取海水以及巨大的可再生能源潛力。隨著氫的可用性越來越高，它既可以與天然氣混合使用，也可以在改造的基礎上單獨用于為新發(fā)電廠或現(xiàn)有設施提供燃料，而燃氣輪機和電廠輔助設備的變化相對較小。CCS項目也已在阿聯(lián)酋和沙特阿拉伯投入運營，并可能在該地區(qū)更受歡迎，以對各個部門進行脫碳，特別是在GCC廣泛存在的能源密集型行業(yè)，如冶煉廠、石化和其他工業(yè)部門。

發(fā)電

需要注意的是，GCC電力部門的脫碳將需要發(fā)電部門以外的干預。隨著越來越多的可變電源上線，需要加強電網(wǎng)輸電和配電系統(tǒng)，并引入新的數(shù)字解決方案，以提高連接性、可視性、可靠性和靈活性。

需要采取行動鼓勵行為改變以減少能源需求，以補充海灣合作委員會各國政府在這方面已經(jīng)開始采取的努力。海灣合作委員會國家是世界上人均用電量最高的國家之一，預計到2030年，峰值電力需求將以7.5%的復合年增長率增長至250GW以上，因此提高能源效率和降低電力消耗的任務和機制將是解決方案組合的重要組成部分。

繼續(xù)獲得適當?shù)娜谫Y也是幫助海灣合作委員會國家實現(xiàn)其雄心勃勃的電力脫碳目標的關鍵。鑒于石油和天然氣價格的波動、電力需求的持續(xù)增長以及新冠疫情給公共部門預算帶來的額外負擔，該地區(qū)將需要超越傳統(tǒng)的政府資助項目，轉(zhuǎn)向涉及多方的更具創(chuàng)新性的模式。