【行業動態】德國KIT團隊成功試運行無壓氣機的氫氣渦輪發電原型機

導讀：據AutoNotion 2026年7月12日報道，德國卡爾斯魯厄理工學院團隊成功演示了一臺無需傳統壓縮機的氫氣渦輪發電原型機。該裝置利用爆轟波在燃燒室內實現增壓，可持續運行303秒并輸出電力，是迄今無壓縮機燃氣渦輪最長發電運行紀錄。

該原型機基于一項被稱為壓力增益燃燒的技術。在傳統燃氣渦輪中，燃燒過程大致在恒壓條件下進行；而在該原型機中，燃燒本身產生超音速爆轟波，將氣體壓縮至所需壓力。卡爾斯魯厄理工學院指出，這些爆轟波源于燃燒室內部流動、波動與渦旋之間相互作用的流體力學不穩定性。

KIT熱能技術與安全研究所所長丹尼爾·巴努蒂（Daniel Banuti）指出，傳統燃氣渦輪約50%的輸出功率用于驅動壓縮機壓縮空氣，這部分功率永遠不會傳遞到發電機。該團隊的目標是建造一臺不依賴機械壓縮機的渦輪。

該團隊在2026年2月17日公布了試驗結果。原型機使用氫氣作為燃料運行了303秒并成功發電。4月，該原型機在漢諾威工業博覽會上展出了五天。

需要指出的是，KIT公布的303秒運行時長與此前NASA的一項紀錄進行了對比。NASA馬歇爾太空飛行中心于2023年秋季進行的一次旋轉爆轟火箭發動機熱試中實現了251秒運行，產生超過5800磅推力。然而，該裝置是火箭發動機燃燒室，而火箭本身不攜帶壓縮機，因此與此次渦輪原型機并非同類技術。

此外，NASA綜合旋轉爆轟發動機系統項目在2025年12月的試驗中實現了超過340秒的運行，使用液態甲烷和液氧推進劑，屬于5000至10000磅推力級的著陸器發動機，運行時長超過了德國團隊的紀錄，但同樣不是渦輪裝置。

巴努蒂的表述更為審慎："我們是在這一過程中首個成功運行此類渦輪并發電的團隊。"此前的研究中，爆轟燃燒器曾與渦輪軸發動機耦合，例如普渡大學研究人員在美國能源部項目中對羅爾斯-羅伊斯M250發動機進行的試驗，但那些發動機仍保留了壓縮機。無壓縮機且能驅動發電機的配置與此前的嘗試存在本質區別。

對于該技術的效率潛力，美國能源部國家能源技術實驗室（NETL）評估認為，壓力增益燃燒可為簡單循環系統帶來4至6個百分點的效率提升，聯合循環中可提升2至4個百分點。巴努蒂提及的50%是指壓縮機消耗的功率占比，而非移除壓縮機后可回收的功率。高壓空氣仍然需要存在，熱力學不會因改變機器的壓縮方式而給予額外補償。

NETL還列出了該技術面臨的一系列待解難題：燃料噴射、燃料與空氣混合、防止壓力波從燃燒室逆向傳播、可靠引發爆轟、維持真正的壓力增益、控制氮氧化物和一氧化碳排放，以及承受高溫燃氣對渦輪葉片的脈動熱負荷。KIT目前尚未公布其原型機的功率輸出、效率數值或實測壓力增益數據。

氫氣并非該技術的必要條件。KIT表示該概念同樣適用于其他燃料，但氫氣因反應速度極快且能提供穩定升壓而格外適合。選擇氫氣的另一個原因是其可通過可再生電力制備，區別于天然氣。

在相關技術進展方面，貝克休斯已獲得100%氫氣工業渦輪認證用于船舶推進，羅爾斯-羅伊斯已使用氫氣將公務機發動機推至全起飛功率，但這些機器均保留了傳統壓縮機。瓦錫蘭則已成功將大型活塞發動機在100%氫氣下運行并將電力接入西班牙國家電網。

2026年6月2日，NETL宣布了此類燃燒器的突破性進展，重點解決了啟動不穩定性的問題。研究人員通過高保真計算流體力學優化了噴射器幾何結構，設計了氣動支柱構型，降低了噴射器兩端的壓降，在水冷試驗臺架上實現了在多種流量、空燃比和壓力條件下的穩定持續爆轟波。

卡爾斯魯厄與NETL正在解決同一類機器的不同技術瓶頸：前者實現了該裝置連續運行五分鐘并驅動發電機，后者解決了燃料和空氣在啟動時進入燃燒室的穩定性問題。兩者目前均尚未形成可供商用的產品。該技術的下一步關鍵指標將是壓力增益比、效率數值和氮氧化物排放數據，而不僅是更長的運行時間。

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