在全球開展“碳達峰、碳中和”的大背景下，傳統化石能源的利用率逐步降低，能源利用的多樣化和低碳化開始進入市場。對于傳統天然氣發電企業而言，面對大型燃機市場的不斷萎縮，如何既能提升能源利用效率，又能達到降碳減排的任務，成為現階段傳統能源企業的重中之重。

日前，西門子能源公司(Siemens Energy)成功運行了一臺100%可再生氫的工業燃氣輪機，這是全球首次。這一里程碑式的成果是在法國維埃納河畔薩亞爾的Smurfit Kappa工廠完成的，它為碳中和發電帶來了光明的前景，也為能源密集型行業脫碳帶來了雄心勃勃的目標。

這個雄心勃勃的項目圍繞著100%可再生氫的生產、儲存和再電氣化。這個過程從一個1MW的現場電解槽開始，在那里，水通過電力分解成氫和氧，電力主要來自風能和太陽能等可再生能源。這些氫氣隨后被儲存在一個巨大的一噸重的儲罐中，準備為西門子能源公司的SGT-400工業燃氣輪機提供動力。

燃氣輪機摻氫燃燒發電是利用燃氣輪機將氫氣與空氣混合燃燒產生熱能，并通過渦輪驅動發電機發電的一種發電技術。近年來，隨著全球氣候劇烈變化，國際社會對環境改善這一重大問題的關注度越來越高。氫氣作為最清潔的二次能源，將在能源的可持續發展上做出重大貢獻。摻氫燃氣輪機是氫能眾多的應用場景之一，純氫燃燒受制于技術和成本問題發展較為緩慢，于是天然氣摻氫燃燒應運而生。

20世紀80年代左右，實驗性燃氣輪機摻氫燃燒發電正式開始實驗階段。早期的燃氣輪機摻氫燃燒更多集中在氫氣的燃燒特性、混合比例、燃燒穩定性等問題。進入21世紀初，一些廠商開始開發和建造燃氣輪機摻氫燃燒發電的原型機。這些原型機的目標是驗證氫氣燃燒的可行性，并評估在發電過程中的性能和效益。隨著技術的進一步成熟和環境意識的提高，燃氣輪機摻氫燃燒發電逐漸開始商業化應用。一些能源公司和發電廠開始投資和建設使用氫氣燃燒的燃氣輪機發電系統。為了提高燃氣輪機摻氫燃燒發電系統的效率和性能，燃氣輪機不斷進行技術改進和創新。例如，改進燃氣輪機燃燒室設計，優化混合比例和燃燒控制系統，以提高氫氣燃燒的穩定性和熱效率。隨著燃氣輪機摻氫燃燒發電技術的成熟，相關的標準和規范也逐漸制定和完善。這有助于推動技術的規模化應用，并為行業提供可持續能源過渡的支持。

總體而言，燃氣輪機摻氫燃燒發電技術的發展經歷了從實驗階段到商業化應用的過程。隨著對可持續能源的需求增加以及氫氣生產和利用技術的進步，預計燃氣輪機摻氫燃燒發電將在未來繼續發展并發揮重要作用。

近年來，日本三菱日立、美國通用電氣、德國西門子能源和意大利安薩爾多能源公司等國際主要燃機廠商，均針對氫燃料燃機推出了相應的發展計劃，開啟了摻氫燃料甚至是純氫燃料燃機的研究、開發及示范應用工作，為電力行業深度脫碳奠定了技術基礎。三菱日立動力系統公司2018年開展了大型氫燃料燃機測試，氫氣含量30%的氫燃料測試結果表明，新開發的專有燃燒器可以實現混氫燃料的穩定燃燒，與純天然氣發電相比可減少10%的二氧化碳排放，聯合循環發電效率高于63%。

傳統的天然氣燃氣輪機摻入氫氣，意味著燃機設備對氫的適應性與摻氫后的安全性均面臨挑戰。

據悉，氫燃料的火焰溫度比天然氣高出近300攝氏度，著火延遲時間比天然氣低三倍以上。當燃料中的摻氫比例較高，燃料反應性會發生變化，造成火焰向上移動、燃燒時間過盈等問題，增加氮氧化物排放，并可能使燃燒室超溫過熱。因此，需要對燃燒室的使用穩定性及廢氣排放進行測試，重新設計或優化傳統燃燒室或燃燒系統。

與甲烷相比，氫氣具有更高的擴散系數、更低的點火能量以及更寬的爆炸極限，因此一些天然氣燃機的常規輔助系統，如通風、氣體泄漏檢測、管道裂紋檢測系統等，對于燃氫燃機的安全使用具有更為重要的意義，需要引起重視。

使用氫燃料還面臨著與整體安全相關的操作風險。氫火焰的亮度很低，肉眼難以發現，需要專門的氫火焰檢測系統；其次，氫氣具有比其他氣體更強的滲透性，可能不適用于原天然氣輸送采用的傳統密封系統；另外，氫氣比甲烷更易燃易爆，相比甲烷而言，氫氣的爆炸極限范圍寬的多。因此，氫氣泄漏會增加安全風險，需要考慮改變操作程序以及防爆危險區域劃分等問題。

12月23日，國家電投荊門綠動電廠在運燃機，成功實現15%摻氫燃燒改造和運行，機組具備了純天然氣和天然氣摻氫兩種運行模式的兼容能力。這是我國首次在重型燃機商業機組上實施摻氫燃燒改造試驗和科研攻關，也是全球范圍內首個在天然氣商業機組中進行摻氫燃燒的聯合循環、熱電聯供示范項目。

2022年11月，西門子能源支持國家電投所屬北京重型燃氣輪機技術研究有限公司、國家電投湖北分公司在荊門綠動能源有限公司成功實現一臺在運西門子能源SGT-800燃機30%摻氫燃燒改造。改造后的機組將具備0%-30%摻氫運行條件下自由切換的靈活性。經測算，一臺改造后的西門子能源SGT-800燃機在混燒30%氫氣的情況下，每年可減少超過1.8萬噸二氧化碳排放。

相比于國際企業，國內摻氫燃氣輪機在摻氫比例上還未實現100%，對于國內而言，燃氣輪機摻氫燃燒在技術上有一定壁壘和挑戰。國家電投實現30%摻氫燃燒的燃氣機組也是在西門子能源的支持下成功運行，由此可見國內企業在燃氣輪機摻氫燃燒這一技術上還有一段距離。