引言

顏巴赫是世界領先的燃氣發電機組制造商，近六十年來，顏巴赫燃氣發電機組已經成功應用在世界各地的多種場景。燃氣種類涵蓋了天然氣、沼氣、垃圾填埋氣、煤層氣、石油伴生氣、垃圾熱解氣、木質氣、鋼鐵工業尾氣(高爐氣、轉爐氣、焦爐氣等)、鐵合金尾氣，以及氫氣等。在含氫燃氣應用領域，從1994年開始，顏巴赫燃氣發電機組就先后在一些歐洲工廠投入運行，例如在西班牙的焦化廠，顏巴赫機組使用了含有約70%氫氣的焦爐尾氣來發電。2020年顏巴赫推出了專門應用于100%氫氣的燃氣發電機組。

雙燃料燃氣發電機組的需求背景

對于一些特定的場合，有些時候一種燃料氣供應有限，用戶希望能夠補充或切換到另一種燃料氣，從而保持發電機組的運行，提供持續的電能和熱能。這種情況下，由于兩種燃料氣的燃燒特性不同，發電機組的硬件和軟件可能都需要特殊設計以滿足同時使用兩種燃料氣的需求，以實現一機兩用，使燃氣發電機組得到最大化利用。

多年以來，顏巴赫在市場上已經成功的運行了許多種類的雙燃料機組，例如使用沼氣和天然氣的雙燃料機組，天然氣和丙烷氣的雙燃料機組，沼氣和丙烷氣的雙燃料機組，冶金尾氣和天然氣的雙燃料機組等。得益于顏巴赫深厚的技術積累，在此基礎上又根據用戶需求推出了氫氣和天然氣的雙燃料機型，并且陸續在多個項目上投入運行。

氫氣/天然氣雙燃料燃氣發電機組技術

氫氣和天然氣在特性上有很大的區別，具體體現在燃燒時的火焰速度、熱值、甲烷指數等方面。相比于甲烷，氫氣的爆炸極限范圍更寬，燃燒速度更快，需要的點火能量更低，因此氫氣發電機組設計時需要更大的空燃比(A/F)。此外，氫氣和天然氣的燃燒溫度不同，燃燒后的煙氣成分不同，渦輪增壓器的出力也不同。

表1 氫氣和天然氣的特性

普通的燃氣發電機組在天然氣里面混合部分氫氣，只能達到非常有限的氫氣比例。更高的氫氣比例則會導致機組出力下降，易發生回火，甚至無法運行。

顏巴赫氫氣發電機組采用了進氣道直噴技術，氫氣直接從進氣道噴入氣缸。具有單缸獨立的快速的空燃比調節能力，能夠有效地避免氫氣被提前點燃，降低回火風險，有效避免不正常燃燒的現象。

圖1 顏巴赫氫氣/天然氣雙燃料發電機組系統示例

氫氣和天然氣雙燃料發電機組是以純氫氣發電機組為基礎，同時配置了天然氣的進氣系統，并且渦輪增壓器具有超過常規單一氣體的調節范圍，從而使發電機組支持氫氣和天然氣“不停機”切換。同時，機組也能夠使用天然氣和氫氣的混合燃氣，氫氣和天然氣可以按照指定比例進行混合，只需要在顏巴赫機組的Diane XT4控制屏上輸入比例值即可，范圍可以從0-100%。

顏巴赫氫氣和天然氣雙燃料發電機組不僅能使用兩種燃料氣源，同時還具有極高的性能參數水平。以顏巴赫J420發電機組為例，在使用100%氫氣時，機組功率輸出最高可達1000kW。在使用100%天然氣時，機組輸出功率最高可達1500kW。

表2 J420氫氣/天然氣雙燃料機組主要性能參數

案例介紹

2020年，顏巴赫氫氣發電機組在德國漢堡市一個熱電聯供旗艦項目投入運行。1臺顏巴赫 J416天然氣機組經過優化，升級成為能夠以 0% 到 100% 的可變氫氣/天然氣混合氣為燃料運行。該項目的成功不僅證明了顏巴赫 4 系列發電機組可以使用氫氣或天然氣，同時還證實了現有發電機組經過升級改造也可以實現同樣的效果。

圖2 顏巴赫J416氫氣/天然氣雙燃料機組

2023年，在荷蘭的一個數據中心，6臺顏巴赫氫氣和天然氣雙燃料發電機組已經進行了調試并開始正式運行。該機組完全替代了傳統數據中心以柴油發電機組為備用電源的模式，轉而采用純氫發電機組，提供零碳的解決方案。6臺顏巴赫J420機組，在使用純氫氣時單機發電功率為1MW，在使用天然氣時則可以達到1.5MW。

為了保障數據中心的安全性和靈活性，6臺顏巴赫機組被設計為支持氫氣/天然氣雙燃料，意味著一旦電網中斷，機組能夠使用現場儲存的氫氣立即啟動。對于長時間的電網斷電情況，機組則可以切換為使用管道天然氣，提供長時間持續可靠的電能，避免了儲存氫氣量有限的制約。

圖3 顏巴赫J420氫氣/天然氣雙燃料機組

總結

顏巴赫燃氣發電機組為用戶提供了一種面向未來的綠色、靈活、可靠的供能解決方案。氫氣和天然氣雙燃料發電機組既可以滿足零碳排放的要求，又可以滿足供能持續性的需求。通過不同燃氣的自由切換或者混合，真正實現了供能方案靈活性和經濟性的最大化。