編者按：在“雙碳”背景下分布式能源領(lǐng)域貫徹新發(fā)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(guó)分布式能源國(guó)際論壇”于2022年12月8日在北京采用線(xiàn)上的形式召開(kāi)，本次大會(huì)由中國(guó)能源研究會(huì)與中國(guó)能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì)上，卡特彼勒電力事業(yè)部資深行業(yè)經(jīng)理于永堂做了主題為《純氫及摻氫內(nèi)燃機(jī)發(fā)電技術(shù)及案例分享》的報(bào)告。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

于永堂：各位專(zhuān)家，各位領(lǐng)導(dǎo)下午好！朱總對(duì)上游摻氫和純氫管道運(yùn)輸進(jìn)行了介紹，我們作為下游的企業(yè)，終端的設(shè)備企業(yè)，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了，我對(duì)卡特彼勒純氫燃機(jī)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)和摻氫內(nèi)燃發(fā)電機(jī)做一下介紹。

我分四部分，一個(gè)是卡特彼勒公司的介紹，燃?xì)獍l(fā)電市場(chǎng)的應(yīng)用，還有今天的重點(diǎn)純氫和摻氫內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)介紹，分享一下我們整個(gè)卡特彼勒分布式能源用的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的介紹和案例的介紹。

卡特彼勒公司是非常大的公司，去年總的銷(xiāo)售收入510億美金，我們不但是世界上最大的工程機(jī)械生產(chǎn)常見(jiàn)，同時(shí)是技術(shù)在柴油發(fā)電機(jī)和整個(gè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組是技術(shù)非常領(lǐng)先的公司。我們卡特彼勒公司三大業(yè)務(wù)板塊，卡特彼挖掘機(jī)，屬于基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)部的，還有礦山機(jī)械，我們叫資源行業(yè)，卡特彼勒整個(gè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組屬于電力系統(tǒng)，它歸屬到能源與交通業(yè)務(wù)這個(gè)領(lǐng)域，我們能源與交通業(yè)務(wù)領(lǐng)域分的還是非常廣的，一個(gè)是石油天然氣的應(yīng)用，還有鐵路，工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用。

后面我們介紹一下整個(gè)卡特彼勒燃?xì)獍l(fā)電機(jī)市場(chǎng)的應(yīng)用，卡特彼勒燃?xì)獍l(fā)電機(jī)市場(chǎng)的應(yīng)用非常廣，可以說(shuō)在我們市場(chǎng)生活的各個(gè)角落都非常多的應(yīng)用，像分布式發(fā)電，分布式能源，商業(yè)樓宇這些東西，同時(shí)對(duì)于一些沼氣，垃圾天然氣，還有瓦斯氣都是有非常廣的應(yīng)用。同時(shí)我們針對(duì)當(dāng)前提出100%純氫和摻氫有一些應(yīng)用。

卡特彼勒燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的型號(hào)非常多，我們的功率覆蓋范圍從217千瓦到了4500千瓦，4.5兆瓦，整個(gè)功能覆蓋范圍非常廣，我們?cè)诒泵赖貐^(qū)有一些更小的10千瓦，20千瓦，是針對(duì)北美市場(chǎng)的。同時(shí)我們卡特彼勒還有一個(gè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的備用機(jī)組，這個(gè)備用機(jī)組是100%加載的。本來(lái)我們昨天有介紹，因?yàn)橛幸恍┨厥獾脑虬才旁诿魈欤魈煳覀儠?huì)做更詳細(xì)的介紹。我們?nèi)細(xì)獍l(fā)電機(jī)組不但與天然氣可以用，沼氣可以用，我們型號(hào)特別多，在30多種的型號(hào)。這個(gè)型號(hào)多了，我們有三個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)，一個(gè)在美國(guó)，還有德國(guó)，還有中國(guó)天津卡特彼勒天津有限公司生產(chǎn)的大的發(fā)動(dòng)機(jī)，它的生產(chǎn)燃?xì)馐呛兔绹?guó)完全一致的。

后面對(duì)卡特彼勒摻氫和純氫燃?xì)獍l(fā)電機(jī)進(jìn)行介紹。我們都知道對(duì)于可再生能源氫氣來(lái)講現(xiàn)在是一個(gè)熱電，我們整個(gè)應(yīng)用，包括100%純氫的利用，還有摻氫的利用，摻氫的利用我們?cè)诤竺鏁?huì)單獨(dú)的介紹，這里20%針對(duì)國(guó)內(nèi)摻氫，我們可以適應(yīng)25%的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的應(yīng)用。我重點(diǎn)介紹一下100%的純氫，卡特彼勒推出來(lái)了G36H的純氫內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電機(jī)組，對(duì)現(xiàn)在講摻氫，還有純氫，綠氫的應(yīng)用時(shí)間是有一些滯后的，這對(duì)當(dāng)前我們國(guó)內(nèi)灰氫，藍(lán)氫，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了，我們的氫氣來(lái)源非常廣。我們現(xiàn)在對(duì)于這個(gè)市場(chǎng)，綠氫的業(yè)務(wù)還是少，但是也會(huì)有，明天我會(huì)做一些重點(diǎn)的介紹，今天不再繼續(xù)展開(kāi)講了。

這是100%純氫，針對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)需求，我們推出了1250千瓦，50赫茲，60赫茲都可以用的連續(xù)主用或者負(fù)載管理，負(fù)載管理，這是北美市場(chǎng)的說(shuō)法相當(dāng)于調(diào)峰和緊急備用的工況，我們這個(gè)機(jī)組在G3500系列超過(guò)35年應(yīng)用的平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，這個(gè)發(fā)電機(jī)組具有非常好的功率密度和效率，在1500轉(zhuǎn)領(lǐng)域，當(dāng)前100%純氫我們的效率是最高的，這款機(jī)器不但可以主用，也可以作為備用，非常適合電力平衡市場(chǎng)，也就是說(shuō)整個(gè)電力管理的市場(chǎng)。同時(shí)我們這個(gè)機(jī)器，因?yàn)槭羌儦洌梢宰龅搅闾寂欧牛@看機(jī)器在生命周期是最低的，我們低于天然氣的平臺(tái)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。

我們針對(duì)純氫的，剛才朱總也講到，100%純氫的時(shí)候因?yàn)樗娜紵匦院吞烊粴獾娜紵匦酝耆灰粯樱覀冮_(kāi)發(fā)機(jī)器的時(shí)候單獨(dú)做了特殊的設(shè)計(jì)，避免氫氣產(chǎn)生不正常的燃燒，我們知道氫氣的點(diǎn)火能量低，并且燃燒速度特別快，很容易造成回火，如果利用傳統(tǒng)燃?xì)庀到y(tǒng)，很容易造成回火，我們卡特彼勒單獨(dú)開(kāi)發(fā)了氫氣進(jìn)氣的氣噴射技術(shù)，針對(duì)剛才講的，因?yàn)樗娜紵匦圆灰粯樱覀儾荒軌蛞蕾?lài)于天然氣傳統(tǒng)傳感器控制燃燒，傳感器是發(fā)生之后進(jìn)行控制，但是由于剛才講的氫氣燃燒特性，速度非常快，如果用傳統(tǒng)的方式根本不能保證它的正常燃燒，這個(gè)時(shí)候我們單獨(dú)做了一個(gè)氣管壓力感應(yīng)的模式，使氫氣的燃燒控制更加穩(wěn)定，同時(shí)排放更加低。

還有我們用更加準(zhǔn)確的控制方式控制燃燒比例，這是我們電子模塊控制單元，我們叫ECM，電子工程模塊在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝的，所有的設(shè)備，傳感器，控制系統(tǒng)都是安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的，控制更加的穩(wěn)定，同時(shí)我們電子控制模塊對(duì)應(yīng)用環(huán)境特別的適應(yīng)，不管低溫還是高溫。我們所有的傳感器，還有信號(hào)傳到ECM，ECM可以進(jìn)行電子控制，轉(zhuǎn)速控制，還有負(fù)載圖譜的控制，還有氫氣控制，通過(guò)控制所有的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)我們發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組的正常工作。

另外我們G3500H，在線(xiàn)率和可靠性是非常高的，我們基于一些經(jīng)驗(yàn)做了很多特殊的設(shè)計(jì)，采用了切口式的設(shè)計(jì)，使我們的油耗非常低，如果用卡特彼勒特殊的合成機(jī)油，機(jī)油消耗可以說(shuō)是我們競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的1/3都不到，非常低，同時(shí)我們3500H系列采用了調(diào)節(jié)氣功能，這是氣門(mén)間歇調(diào)整達(dá)到4000小時(shí)，有別于傳統(tǒng)的1000個(gè)小時(shí)做一個(gè)調(diào)整，大大節(jié)省停機(jī)時(shí)間，使在線(xiàn)率有非常大的提高。卡特彼勒的機(jī)器并不是針對(duì)發(fā)電應(yīng)用，我們還要照顧工業(yè)級(jí)的應(yīng)用，火車(chē)的應(yīng)用，我們的水泵都是可以選擇機(jī)器自帶，這樣就不需要用交流電帶一些電泵，實(shí)現(xiàn)機(jī)油的冷卻，潤(rùn)滑，這個(gè)機(jī)器非常的容易實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，我們不需要UPS，我們需要24伏的電可以完成啟動(dòng)。

同時(shí)大修周期特別長(zhǎng)，基于我們3500H天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)組壽命周期得來(lái)的，我們G3500H在天然氣應(yīng)用功率是2000千瓦的，我們用的純氫內(nèi)燃機(jī)組的時(shí)候1250千瓦，所以負(fù)載負(fù)荷更加小，壽命會(huì)更加長(zhǎng)。我們這個(gè)機(jī)組占地小，很多的附件都在機(jī)器上安裝好了。

還有最重要的我們由于燃?xì)獾娜紵匦裕瑲錃夥浅Ｈ菀谆鼗穑覀兺ㄟ^(guò)氫氣的噴射技術(shù)，還有主動(dòng)控制燃燒壓力，這是主動(dòng)的控制行為，如果氫氣不正常燃燒的時(shí)候或者發(fā)生故障的時(shí)候，如果有回火的時(shí)候，我們有最后一道防線(xiàn)，我們?cè)诿總€(gè)氫氣氣管里有阻火器，有很多小的鋼絲網(wǎng)，萬(wàn)一產(chǎn)生回火，回火也會(huì)在阻火器進(jìn)行熄滅，避免產(chǎn)生回到氣管里的回火風(fēng)險(xiǎn)。在國(guó)內(nèi)我沒(méi)有看到，我去韓國(guó)的時(shí)候看到過(guò)一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的，整個(gè)回火之后，缸體和缸蓋全炸開(kāi)了，我們卡特彼勒有一個(gè)阻火器，所有的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組卡特彼勒都是有的，可以說(shuō)這是我們最后的安全措施，我們可以主動(dòng)避免回火，還有一個(gè)被動(dòng)的安全裝置。

時(shí)間有限，我不能具體的展開(kāi)，我簡(jiǎn)單對(duì)比一下我們G3500H純氫發(fā)電機(jī)組的優(yōu)勢(shì)，這是針對(duì)燃料電池講的，大家都知道純氫只能做燃料電池應(yīng)用，以前可以這么認(rèn)為，但是通過(guò)今天介紹之后純氫內(nèi)燃機(jī)可以做很好的利用，因?yàn)樗泻芏嗟膬?yōu)點(diǎn)。首先它的初次投資成本比較低，基本上和天然氣機(jī)組的費(fèi)用是持平的，因?yàn)樗械呐涮滓彩且恢碌模ㄒ坏木褪侨細(xì)獾膩?lái)源不一樣，原來(lái)是天然氣管道里面，現(xiàn)在是純氫，單獨(dú)的配套。同時(shí)我們對(duì)G3516H純氫內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組1500轉(zhuǎn)功率是最大的，發(fā)電效率最高，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)對(duì)氫氣的純度要求必須低，我們?nèi)細(xì)鈨?nèi)燃機(jī)對(duì)氫氣的濃度要求是根據(jù)ISO14687，A級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)作為一個(gè)參考的。

我們只要要求氫氣的濃度超過(guò)98%就可以了，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燃料電池要求各純度是99.97%，同時(shí)我們對(duì)于的要求是比較低的，一氧化碳，硫化氫，我們有要求，但是不至于像燃料電池要求那么低，燃料電池對(duì)一氧化碳和硫化氫特別的敏感，整個(gè)一氧化碳和硫化氫對(duì)燃料電池的鉑金催化劑具有非常好的親和作用，如果一氧化碳濃度和氯化氫的濃度高，很容易造成中毒，使燃料電池失去應(yīng)有的特性，燃料電池對(duì)一氧化碳要求的濃度是0.2個(gè)PPM，所以S對(duì)這個(gè)要求的純度非常高，燃料電池對(duì)于整個(gè)氫氣的純度要求高，整個(gè)花費(fèi)也是非常高的。

同時(shí)氫氣內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)是非常迅速的，加載是非常容易的。可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成加載，我們的工作范圍廣，通過(guò)自帶的一些冷卻回路加熱系統(tǒng)，在低溫環(huán)境下不會(huì)受影響，做到零下30幾度，零下50度都沒(méi)有影響，這是和我們整個(gè)燃料電池作為一個(gè)比較，更加不一樣，燃料電池我們知道通過(guò)反映之后產(chǎn)生的是水，需要做保溫，我們就完全不受影響。同時(shí)綜合效率不錯(cuò)，達(dá)到80.5%，在最大負(fù)載的時(shí)候效率最高，這樣有別于燃料電池在負(fù)載大的時(shí)候效率也是不錯(cuò)，但是會(huì)影響壽命。

另外剛才講的我們整個(gè)自帶水泵，最好的應(yīng)用綠氫產(chǎn)生的時(shí)候很好的儲(chǔ)能，我們可以做到啟動(dòng)，不需要交流電，這一點(diǎn)我明天會(huì)講。另外大修周期長(zhǎng)，基于天然氣的經(jīng)驗(yàn)來(lái)的，同時(shí)成本非常低。剛才講了機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸，面積小，可以就近安裝，很適于分布式發(fā)電安裝的要求。這個(gè)對(duì)于100%純氫介紹，后面是對(duì)天然氣摻氫的介紹，我們對(duì)全線(xiàn)天然氣機(jī)組都已經(jīng)準(zhǔn)備好25%的天然氣摻氫，摻氫之后有幾大優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)摻氫的濃度不一樣，二氧化碳的排放相對(duì)的降低，大家可以看到一個(gè)圖是綠色的線(xiàn)，根據(jù)氫含量不同，二氧化碳排放顯著的降低，氮氧化物的排放隨著摻氫量的不一樣，會(huì)有顯著的下降。

卡特彼勒全線(xiàn)產(chǎn)品，從400千瓦-4500千瓦，不但對(duì)一個(gè)新機(jī)組選擇摻氫，還是對(duì)原來(lái)的機(jī)組我們都可以通過(guò)安裝升級(jí)包實(shí)現(xiàn)摻氫以后對(duì)機(jī)組的一些正常應(yīng)用。同時(shí)摻氫之后天然氣機(jī)組的效率會(huì)略有提升，這是好的一方面。

卡特彼勒對(duì)摻氫燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)有非常多的經(jīng)驗(yàn)，這是我們做的一些列表，對(duì)一個(gè)小機(jī)組，800千瓦我們可以做到80%的氫氣，這個(gè)800千瓦是純天然氣的是800千瓦，有氫氣的時(shí)候功率是下降的，就是使機(jī)組正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。我們還有一個(gè)大機(jī)組，4.5CG20/16，我們有20多年60%的氫氣燃燒經(jīng)驗(yàn)，它是有21兆瓦，基本上8臺(tái)CG260/16的基礎(chǔ)上做出來(lái)的，氫氣的濃度60%以上，我們有非常豐富的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)對(duì)氫氣的燃燒控制技術(shù)。

我對(duì)純氫內(nèi)燃機(jī)的案例進(jìn)行介紹，這是卡特彼勒10年的收入量，基本上每年賣(mài)1000兆瓦，我們有不同的生產(chǎn)廠(chǎng)進(jìn)行全球的銷(xiāo)售。這是我們?cè)诿绹?guó)的卡特彼勒和美國(guó)能源部接受他們的一些支持和贊助，卡特彼勒作為主導(dǎo)研究100%純氫內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組的案例，同時(shí)對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目我們可以做到三種不同的應(yīng)用都可以實(shí)現(xiàn)。

100%純氫，普通的天然氣進(jìn)氣。可以做25%摻氫天然氣的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)美國(guó)能源部，還有可再生能源辦公室，會(huì)依托我們的項(xiàng)目做一些研究，真正做到剛才我們講的為什么要摻氫，摻氫有哪些優(yōu)勢(shì)，一些排放，包括動(dòng)力和效率，都會(huì)在這里進(jìn)行收集，我們明年3月份就會(huì)安裝運(yùn)轉(zhuǎn)了。

在國(guó)內(nèi)純氫的情況，卡特彼勒為了更好的提供一些數(shù)據(jù)，美國(guó)安裝之后，在國(guó)內(nèi)也會(huì)有一些相應(yīng)的案例進(jìn)行跟蹤。講一下我們天然氣的應(yīng)用，首先是騰訊，上海云數(shù)據(jù)中心的三聯(lián)供應(yīng)有，這是兩臺(tái)2.5兆瓦的G3520H，我們剛才講的G3500H系列明年到天津工廠(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)，使整個(gè)成本有非常大的下降，這個(gè)項(xiàng)目需要準(zhǔn)備兩期，一期上了之后后端的二期沒(méi)有上，剛才講的燃?xì)鈨r(jià)格還是有一點(diǎn)貴的。

我們有一個(gè)兩臺(tái)4.5兆瓦，兩臺(tái)CG20/16天然氣發(fā)電機(jī)組，這是非常大的天然氣機(jī)組，但是完全是孤島的項(xiàng)目，沒(méi)有電網(wǎng)的用電，在前期運(yùn)行的時(shí)候靠4.5兆瓦供電，使年運(yùn)行小時(shí)第一年超過(guò)8500小時(shí)，我們整個(gè)一年的時(shí)間8700多小時(shí)，除了保養(yǎng)的時(shí)間我們整個(gè)都是在運(yùn)轉(zhuǎn)的。

這是數(shù)據(jù)中心，合同是非常好的，因?yàn)檎麄€(gè)要供電，它的整個(gè)投資成本用一年多的時(shí)間就收回來(lái)了。還有我們青島機(jī)場(chǎng)的，這是在2019年完成安裝，兩臺(tái)2.5的天然氣發(fā)電機(jī)組，比較好的方案是通過(guò)三聯(lián)供+水蓄冷，結(jié)合晚上峰谷的時(shí)間產(chǎn)生一些冷水作為備用，第二天的時(shí)候釋放出來(lái)。

我們卡特彼勒是代理體制的銷(xiāo)售，卡特彼勒作為制造商，我們有四大代理做支撐和銷(xiāo)售服務(wù)，如果想對(duì)卡特彼勒有更多的了解可以關(guān)注我們的微信號(hào)，謝謝大家。