前言:目前，大力發展可再生能源發電，從而限制CO2排放已經成為全球共識，各國政府和監管部門不斷出臺減排措施，與此同時迫切需要靈活的發電解決方案作為調節電源，解決可再生能源發電帶來的隨機性、間歇性及波動性等問題。通過提高效率、工藝混合、使用低碳燃料或整合CO2捕獲技術，可以減少新設計和改造的燃氣輪機CO2排放量，這也鞏固了燃氣輪機行業的戰略地位。為早日實現脫碳目標，中國航發燃機深入研究世界各國脫碳技術路線，對未來燃氣輪機技術發展及燃料的適用性進行研究，并編譯了本文，以期引發行業內更多有益的思考。

燃燒后CO2捕集與燃氣輪機的集成技術

燃氣輪機脫碳發電，無論是針對現有的天然氣機組還是未來新建機組，都會對運營成本和可調度電力水平產生重大影響，因為碳捕獲技術會產生額外的能量損失。因此，選擇并優化最合適的捕集技術，同時保持工廠靈活性具有重要意義，需進一步研究如何最大限度地降低成本和能量損失。

燃燒后二氧化碳捕集技術，例如CA循環或使用壓力或溫度擺動概念的固體吸附劑，可改善熱整合，從而降低運營成本。還應研究其他選擇，例如CO2分離膜等。

廢氣再循環包括增強的再循環選項(例如使用CO2分離膜)，以挺高廢氣CO2水平，從而降低捕集廠的規模和成本。這種方法將導致燃燒和熱氣路徑環境發生重大變化，還可能影響可操作性、材料和部件壽命。

兩個關鍵要素對上述技術非常重要。

1.集成燃氣輪機和捕集過程的能源轉換效率有關，需要優化并最大程度地減少能量損失，同時也與運行靈活性和捕集技術性能的組合優化有關，需要進一步研究。

2.瞬態運行對捕獲性能的影響及其對控制策略的影響，尤其是因為燃氣輪機發電廠被視為平衡電網并為不斷增加的可再生能源份額提供調節電源是最靈活的解決方案。

使用氫氣、生物質衍生氣體和其他低碳氣體運行

由于有限和沒有升級氣體凈化以降低整體工廠復雜性，生物質衍生氣體通常不如化石衍生氣體清潔。這可能會導致燃燒和熱氣路徑環境面臨挑戰，這將與旨在提高燃氣輪機燃料靈活性所需的研究相關聯。

需要進一步研究氫氣在燃氣輪機中的使用，無論是直接燃燒還是摻氫燃燒。這種氫氣，純的或混合的(甚至可能來自天然氣管網)，可以來自多種來源，包括重整天然氣、來自氣化過程的富含H2的合成氣、來自未使用的可再生電力的水電解或生物質衍生。要被視為低碳解決方案，前兩個選項需要涉及燃燒前捕集。

使用先進、高效循環的富氧燃氣輪機

一系列先進、高效的循環燃氣輪機正在開發中，從而提供更高效率的替代方案，其固有的CO2分離技術適用于燃燒后捕獲選項的應用。這些使用氧燃燒來提供低N2廢氣，更容易從中分離CO2。在這些循環中，分離出的CO2被壓縮用于運輸和儲存，并且一些CO2或冷凝蒸汽可以再循環到燃燒器以適度燃燒。此類循環在極高的壓力下運行，并帶來了重大的操作和組件制造挑戰。例如超臨界CO2動力循環，其中廢氣CO2被回收(例如NetPower循環)，或清潔能源系統循環(包括天然氣/O2燃燒)，其中蒸汽用于緩和燃燒條件。

雖然為產生低成本、低碳電力提供巨大潛力，但這些循環需要在燃燒、熱氣路徑環境(由于高蒸汽/CO2水平的影響)、材料、機械要求、控制策略方面取得重大進展等。這些與傳統系統非常不同，并存在許多挑戰和不確定性，可能會限制循環的潛在性能并嚴重阻礙其發展。研究這些改變運行環境的影響將有助于識別那些最具潛力的循環，從而為未來的燃氣輪機開發提供一條可能的路徑。

此外，燃氣輪機與必要的O2生產過程的集成是一個研究領域，旨在優化更大的系統以實現整體效率和靈活性，其與綠色制氫等其他過程的整合也需要評估。