處于落實雙碳目标關鍵視窗期的中國正在重塑極為龐大複雜的能源系統。
這項任務的艱巨性在于，随着工業化城鎮化深入推進，中國的能源需求将不可避免繼續增長，須在巨大的增量和存量中完成從“化石能源占主導”向“清潔能源唱主角”的轉變。曆史上，每一種新的能源滲透進能源市場并達到可觀的比重，需要花上五十年以上。中國的能源變革目标和決心史無前例：2020年，中國能源結構中非化石能源消費比重約為16%，到2060年，這一比例将達到80%以上。屆時，90%的電力将來自清潔能源。
由于可再生能源發電天生存在波動性，新舊能源的銜接、尤其是越來越高比例的可再生能源并網正給能源安全帶來新挑戰。如何在確定能源安全的前提下穩步實作降碳目标？這倚賴于不同能源品種和技術的融合與互補。GE近日釋出的《GE中國能源轉型白皮書》認為，能源轉型需循序漸進，全盤考量，兼顧資源禀賦、能源安全和長期減排等多重因素。轉型無法一蹴而就，技術創新，既是破解能源轉型困境的鑰匙，也是能源轉型的關鍵驅動力。
“中國的高煤能源結構、城鎮化發展及較短的轉型周期，使得能源轉型這一任務必須兼顧經濟性和穩定性。”GE全球副總裁、GE中國總裁向偉明表示，在全球，GE緻力于破解能源轉型的“三難困局”，即能源的可及性、可靠性和可持續性；在中國，GE着眼于實作供能穩定性和消費經濟性的平衡，不斷為中國引進、研制最合适的能源解決方案。
長期以來，綠色技術創新貫穿于GE的各個業務領域。2020年，GE提出“3050可持續發展目标”，與中國實作低碳發展的目标高度一緻。借助全球領先的風電技術和天然氣發電技術，将新能源與氣電、抽水蓄能等調節電源互補發展，同時加速探索更可持續的未來航空，GE正在全方位助力中國的低碳新圖景。
靈活性電源，新型電力系統的“關鍵拼圖”
相較于煤電，清潔低碳是天然氣發電的天然優勢。從度電二氧化碳排放水準看，瓦斯電廠較燃煤電廠減排50%-60%。但在新型電力系統中，氣電的角色遠不止于此。
随着新能源快速擴容，電力系統的實體形态、技術基礎、運作機理正在發生根本性的變化。波動性、随機性和間歇性特征明顯的風電、光伏發電在電網中的比重越高，電網對于靈活性電源的需求就越迫切。隻有配備充足的靈活性電源，才能“撫平”“任性”的可再生能源，進而維持電網安全穩定。
國際能源署2021年5月的一項研究表明，随着可再生能源或者非化石能源比例增加，全球能源系統要實作淨零排放，目前電力系統的靈活性需要提高4倍，才能支撐未來系統的穩定、可靠、靈活供應。
盡管中國新能源規模和增速位居世界第一，但國内電力系統的靈活性電源卻長期不足，兩者間的沖突日益凸顯。在儲能技術突破經濟性掣肘、實作大規模商業化應用之前，瓦斯發電、抽水蓄能是主要的靈活性電源選項。《白皮書》援引的資料顯示，目前中國瓦斯發電和抽水蓄能在電力系統中占比僅約為6%左右，而美國、德國、法國、日本、意大利等發達國家瓦斯發電和抽水蓄能在電力系統中占比均超過10%，中國與發達國家相比，靈活、高效、清潔的調節電源占比仍有較大差距。
氣電不僅将承擔煤電有序退出過程中的清潔替代作用，它還具備與高比例可再生能源相比對、確定電網穩定運作的優質調峰調頻性能。《白皮書》認為，推動能源綠色低碳轉型，在工業、建築、交通、電力等多領域有序擴大天然氣利用規模，以及充分發揮瓦斯發電效率高、運作靈活、啟停速度快、建設周期短、占地面積少等特點，将氣電調峰作為建構以新能源為主體的新型電力系統的重要組成部分，是助力能源碳達峰，建構清潔低碳、安全高效能源體系的重要實作途徑之一。
經過多年技術創新和機型更疊，GE目前最先進的9HA燃機與同級别燃機相較，在靈活性、運作效率、經濟績效、環境績效等方面的表現可圈可點，其優異的調峰能力和啟停快等優勢能很好地與風電、太陽能等可再生能源形成互補，有效對沖可再生能源不穩定造成的電網波動，起到電網穩定器和電源支點的作用，是以也得以在全球各區域市場得到廣泛認可。
在國際能源價格劇烈波動的眼下，氣電的燃料成本顯著上升。在此情形下，如何提高氣電的經濟性，以更大程度地發揮其清潔性和優質調峰來源的作用？
對此，GE瓦斯發電中國區總經理許欣認為，可以通過“開源節流”來緩沖氣價上漲的影響。所謂開源，是指通過技術改造進一步加強氣電作為靈活性電源的特性，幫助瓦斯電廠在電力輔助服務中獲得更高的收益。節流，指的是通過技術創新提高機組效率，進而減輕燃料成本壓力。
據《白皮書》，國内首個GE 9HA.01瓦斯電廠——中國天津華電軍糧城電廠自投運以來，電廠運作穩定，聯合循環效率達到63.36%，為目前國内投運的HA級燃機機組中效率最高，年減排二氧化碳達180萬噸。
GE 9HA燃機
作為目前技術最成熟、經濟性最優、最具備大規模開發條件的靈活調節電源，抽水蓄能同樣将為保障電力系統安全穩定運作提供重要支撐，是可再生能源大規模發展的重要保障。
從技術原理上而言，抽水蓄能電站就像一個用水做成的“大型蓄電池”，在電網負荷低谷時将電能轉化為水的勢能儲存起來，負荷高峰時再将水能轉化為電能。從停機狀态到滿負荷運作，抽蓄電站僅需幾十秒至數分鐘。
GE攜手三峽集團打造烏東德精品水電項目
中國抽水蓄能産業的黃金發展期已經到來。國家能源局去年9月釋出的《抽水蓄能中長期發展規劃（2021-2035年）》提出，國内已投産抽水蓄能電站總規模3249萬千瓦（注：1GW=100萬千瓦），到2025年，抽水蓄能投産規模将達到6200萬千瓦以上；到2030年，投産總規模将達到1.2億千瓦左右。這意味着，中國抽水蓄能裝機将在10年内增長近三倍。
作為世界水電領域的領軍企業，GE在過去的50年中持續生産抽水蓄能式水輪發電機組，迄今已經生産了139套抽水蓄能式水輪發電機組，總出力達22,000MW，廣泛适用于各種抽水蓄能式水電站。
GE水電中國典型案例：安徽金寨電站（抽蓄）
GE水電中國區副總經理徐愛軍介紹稱，通過持續創新，近年來GE又開發了變轉速的抽水蓄能機組，能夠更加有效地利用有限的水力資源，具有更高的效率、靈活性和電網平衡能力。首個變速項目機組已于2018年在瑞士投運。依托全球經驗和本土化生産，GE将在中國抽水蓄能領域把握新的市場機遇。
技術創新為邁向零碳未來鋪平道路
在新舊交替的能源革命程序中，風電特别是海上風電已成為推進能源轉型的重要路徑。
公開資料顯示，大陸擁有長度約1.8萬公裡的大陸海岸線，海上風能資源豐富，适合大規模開發建設海上風電場。截至2021年底，大陸海上風電裝機規模躍居世界第一。沿海省份經濟發達，但總耗能約占全國的一半且用能仍以化石能源為主，碳減排壓力大，海上風電成為其調整能源結構的主要抓手之一。
據《白皮書》統計，2021年和2022年初，全國各沿海地區海上風電規劃及支援政策陸續出台，其中廣東、山東、浙江、海南、江蘇、廣西等地區已初步明确其海上風電發展目标。“十四五”期間，全國海上風電規劃總裝機量超100GW，伴随着海上風機價格不斷下探及施工成本逐漸降低，海上風電在“十四五”階段将迎來爆發式增長。
頗為典型的是，經濟及用電大省廣東制定了宏偉的海上風電發展計劃，以持續開發豐富的海上風電資源。根據《廣東省海上風電發展規劃(2017-2030)》，廣東計劃到2030年底建成投産海上風電裝機容量約3000萬千瓦，形成整機制造、關鍵零部件生産、海工施工及相關服務業協調發展的海上風電産業體系，将海上風電産業打造成省内具備國際競争力的優勢産業之一。
廣東海上風電發展規劃同時指出，經濟性是制約海上風電的重要因素，與傳統化石能源以及目前技術成熟的光伏、水電相比，海上風電的成本仍較高；此外，海上風電對裝置和施工技術要求高，機組需要具備抗台風、防鹽霧腐蝕等海洋環境挑戰；且選址和建設受海域等客觀因素影響，程式相對複雜，前期工作需時較長。
針對一系列挑戰，企業的技術創新必不可少。
2019年，GE在廣東省揭陽市投資了在華的首個海上風電總裝基地，該基地同時也是GE全球第二條具備生産其迄今功率最大海上風電機組Haliade-X的産線。今年3月，首批本地組裝生産的Haliade-X 13MW海上風電機組從揭陽起運，供貨英國Dogger Bank海上風電場。2020年，GE在廣州的海上風電營運和開發中心投入使用，該中心與總裝基地構成立足廣東、輻射亞太的區域性海上風電生态圈的重要支點，将助力區域的能源結構優化以及産業鍊的轉型更新。
位于廣東省揭陽市的GE海上風電機組總裝基地
《白皮書》指出，大型化、輕量化、智能化是海上風電機組技術發展的大趨勢，也是實作集約化用海、降低初始投資和後期運維成本的客觀需求。
目前GE在廣東生産組裝的Haliade-X海上風電機組，最大額定功率可達14MW，按照IEC-IB風速等級設計，能承受70m/s的極限風速。其12MW和13MW機組擁有權威獨立認證機構挪威船級社DNV頒發的T級(台風級)認證，可在全生命周期内有效地抵禦台風等極端風力情況，保持安全、高效、穩定的營運，且即使在中低風速下，也可比行業内對标風機實作更高的滿發小時數。
GE Haliade-X14MW海上風電機組
GE海上風電中國區總經理林啟表示，目前，海上風電正在向中遠海域進發，海上施工及風機吊裝等成本成為風場建設主要支出。GE Haliade-X機組可以顯著降低機關千瓦的前期投入，為海上風電迎接新的機遇和解決新的挑戰提供了很好的技術平台。
《白皮書》顯示，GE目前還在與海洋工程公司Glosten合作，探索浮式海上風電機組的應用前景，并着眼于提升海上風電場能源傳輸的效率和穩定性。
國際能源署在2021年9月釋出的《中國能源體系碳中和路線圖》中估算，中國二氧化碳的主要來源是電力行業（48%）、工業（36%）、交通（8%）和建築（5%）。除電力外，交通也是不容忽視的主要碳排放部門。《白皮書》指出，未來一段時間内，滿足便捷和低碳的交通系統建設将是衡量航空、鐵路、公路建設是否符合經濟社會發展的唯一标尺。
GE全球副總裁、GE中國總裁向偉明介紹說，在航空領域，GE及其合資公司長期攜手合作夥伴在涵蓋飛機發動機架構、空氣動力學、材料科學和燃料等領域進行研發創新，持續降低飛機的油耗和碳排放。在窄體機方面，由GE與賽峰集團的平股合資公司CFM國際生産，用于C919的LEAP-1C發動機、用于A320neo的LEAP-1A發動機等，其現在的油耗和二氧化碳排放較上世紀七八十年代的發動機累計減少了40%。在寬體機方面，GE航空研發的用于波音787的GEnx發動機與上世紀七十年代的CF6發動機相比，已經實作了40%的燃油效率提升。
以LEAP-1C發動機作為唯一西方動力裝置的中國商飛C919國産幹線客機
為進一步助力航空業節能減排，作為航空發動機制造商的GE正在研發包括混合電力飛行、氫燃料發動機、100%應用可持續航空燃料等新的減碳技術，有望将燃油效率進一步提高，進而減少等量的碳排放。去年，GE和CFM國際啟動“RISE可持續發動機先進技術驗證項目”，有望較目前廣泛應用的LEAP發動機減少20%以上的油耗和碳排放，實作和可持續航空燃油及氫等替代能源的100%相容。
CFM RISE發動機技術驗證項目– 開放式風扇
去年12月，美聯航使用LEAP-1B發動機執行了全球首個采用100%可持續航空燃料的客運航班。向偉明表示，随着技術不斷改進，若可持續航空燃料的成本進一步降低，達到能夠與石油或目前的航空煤油相持平，甚至稍高一點，這項技術就有望快速大面積推廣。“幾乎所有GE的發動機都可以采用可持續航空燃料，技術上已經不成問題。”
GE9X發動機
由于能量密度高、來源多樣、終端零排、用途廣泛等多重優勢，氫能被廣泛認為是一種終極能源。GE正在多條氫能利用技術路線上持續加大創新力度。
《白皮書》稱，目前，GE的HA瓦斯輪機已經可以達到50%摻氫燃燒，中國的首座天然氣-氫氣雙燃料9HA電廠将于2023年落地廣東能源集團旗下惠州大亞灣石化區綜合能源站。該電站兩台機組将使用GE及哈電合資公司制造的9HA.01重型瓦斯輪機，實作10%的氫氣摻混比例與天然氣混合燃燒。GE還制定了技術路線圖，計劃在2030年前将HA級瓦斯輪機的燃氫能力提高到100%。
惠州大亞灣石化區綜合能源站效果圖
GE瓦斯發電中國區總經理許欣表示，随着可再生能源成本繼續下降，具有價格競争力的“綠氫時代”将随之到來。在達到100%燃氫後，不僅可以解決能源安全問題，提高電網的可靠性，同時還能進一步提高可再生能源使用率。
在航空領域，GE已經開始研發以氫燃料為動力的發動機，以減輕飛行中的碳排放量。今年2月，GE與賽峰集團的合資公司CFM國際，與空客宣布合作開展一項氫示範項目，對氫燃料發動機進行地面和飛行測試，進而為2035年前投入使用零排放飛機奠定基礎。這是繼前述RISE項目、NASA混合電力項目以來，GE在過去一年中宣布的又一項革命性減排技術項目。
向偉明表示，“未來，GE将繼續通過推進低碳營運、投資創新研發、産業鍊合作等方式，集合全球智慧和經驗，攜手本地合作夥伴，助力中國實作電力、工業和交通等高碳排放産業的低碳轉型，驅動更可持續的未來。”