伍小云

摘 要：燃氣聯(lián)合循環(huán)機組因啟?？?、運行靈活性好、熱效率高、排放清潔、建造周期短而倍受中國市場青睞。當(dāng)前，國家在實現(xiàn)燃氣輪機設(shè)備制造本土化和國產(chǎn)燃氣輪機技術(shù)開發(fā)方面取得了良好成果。經(jīng)濟性研究是推廣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電站的重要工作。影響聯(lián)合循環(huán)電站經(jīng)濟性的因素主要有燃氣輪機的性能、價格、燃氣價格、入網(wǎng)電力價格等。其中燃氣輪機的價格和維護費用在電站的投資成本和運行維護費用中占有很大的比例。本文對采用不同性能燃氣輪機的聯(lián)合循環(huán)電站的經(jīng)濟性進行分析，考察當(dāng)成本和維護費用增大對聯(lián)合循環(huán)電站經(jīng)濟性的影響，希望能為聯(lián)合循環(huán)電站的運營有所幫助。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機 聯(lián)合循環(huán)電站 維護費用 經(jīng)濟性

引言

隨著我國燃氣資源的大規(guī)模開發(fā)和利用，以燃氣為燃料的燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電站也迎來了發(fā)展的大好時機。為實現(xiàn)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，減少對環(huán)境的影響，我國已經(jīng)把大幅度提高發(fā)電效率、加速發(fā)展?jié)崈舭l(fā)電技術(shù)作為可持續(xù)發(fā)展、節(jié)約能源、保護環(huán)境的重要措施。燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠因具有效率高、排放清潔、建造周期短和有效的可調(diào)電力需求峰值等諸多特點而在世界能源工業(yè)中扮演著重要的角色。尤其是近十幾年來，燃氣輪機進入了一個新的發(fā)展時期，在單機容量、熱效率以及污染物排放方面具有顯著的技術(shù)進步，更大大提高了燃氣輪機在能源與電力領(lǐng)域中的地位和作用。而對于聯(lián)合循環(huán)電站來說，對燃氣輪機性能的研究分析是保證聯(lián)合循環(huán)電站經(jīng)濟性的重點。

1 燃氣輪機的發(fā)展歷程

20世紀(jì)40年代起燃氣輪機開始進入工業(yè)的各個領(lǐng)域并得到了較為迅速的發(fā)展。例如：1939年誕生于瑞士BBC公司的燃氣輪機，功率1.5MW，初溫550℃，效率17.3%。進入20世紀(jì)80年代后，燃氣輪機單機容量有很大程度的提高，特別是燃氣----蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)日漸成熟。隨著世界范圍內(nèi)天然氣資源的大力開發(fā)，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)在世界電力系統(tǒng)中的地位發(fā)生了明顯的變化，不僅可以作為緊急備用電源和調(diào)峰機組使用，而且還能用于帶基本負荷機組。經(jīng)過不斷應(yīng)用最新的研究成果，提高技術(shù)水平，目前正在研究最大功率達460MW、燃氣初溫達1600℃、壓氣機壓縮比約40、單循環(huán)效率為43%～44%的重型燃氣輪機，其聯(lián)合循環(huán)效率將高達65%；同時也在著手研究未來更加先進的燃氣輪機，燃氣初溫的目標(biāo)是1700℃。目前燃氣輪機單機效率已達36%～41.6%，最大單機功率已達375MW。組成聯(lián)合循環(huán)機組后，發(fā)電效率達55%～60%。日本三菱公司研制的M501J型燃氣輪機組成的聯(lián)合循環(huán)在50%負荷工況下效率依然可以達到55%。阿爾斯通公司的新GT26在40%負荷工況下NO x的排放依然低于25ppm。

2 燃氣輪機性能對聯(lián)合循環(huán)電站經(jīng)濟性影響分析

經(jīng)濟性研究是推廣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電站的重要工作。影響聯(lián)合循環(huán)電站經(jīng)濟性的因素主要有燃氣輪機的性能、價格、天然氣價格、入網(wǎng)電力價格等。其中燃氣輪機的價格和維護費用在電站的投資成本和運行維護費用中占有很大的比例。本文用維護費用因子計算的維護費用，對采用不同性能燃氣輪機的聯(lián)合循環(huán)電站的經(jīng)濟性進行分析，考察當(dāng)燃氣輪機初溫提高時，引起的成本和維護費用增大對聯(lián)合循環(huán)電站經(jīng)濟性的影響，所得結(jié)果可以作為燃氣輪機選型的參考。

燃氣輪機初溫提高使得聯(lián)合循環(huán)電站效率提高、功率增加，但是提高燃氣輪機的燃氣初溫要求受熱部件采用新的耐熱材料或者更有效的涂層和冷卻技術(shù)，新材料或新技術(shù)的采用通常會引起制造成本和維護費用的增長。

由于缺乏燃氣輪機維護費用與性能關(guān)系的具體數(shù)據(jù)或經(jīng)驗公式，三菱重工高砂研究所建議采用“維護費用因子”的方法，即維護費用等于基準(zhǔn)值乘以因子?；鶞?zhǔn)取M701F燃氣輪機（燃氣初溫為1400℃，壓比為17）的維護費用因子為1，其它燃氣輪機的維護費用是M701F的維護費用乘以因子。采用兩種維護費用因子來代表不同的性能與維護費用的關(guān)系。因子I代表了不同性能燃氣輪機間的維護費用的差別，因子Ⅱ相比因子I是差別更大的情況。這些因子來源于一般的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。對于每個具體情況，由于起動次數(shù)、運行模式不同會有差別。

GTPRO軟件可以根據(jù)用戶所定義的燃氣輪機的性能參數(shù)給出燃氣輪機整機的費用，其數(shù)據(jù)是根據(jù)《Gas Turbine World》提供的燃氣輪機整機成本和性能關(guān)系曲線確定的。燃氣輪機整機包括燃氣輪機及其配套的消音設(shè)備、冷卻設(shè)備、

電子儀器設(shè)備、潤滑油和發(fā)電機設(shè)備等。燃氣初溫為1450℃、壓比為19的燃氣輪機的整機費用比初溫1350℃、壓比17時的費用增加3.6%。取M701F聯(lián)合循環(huán)電站每年的固定運行和維護費用為20美元kW，可變運行和維護費用為0.002美元kWh。根據(jù)以上對燃氣輪機維護費用的假設(shè)和燃氣輪機整機的費用數(shù)據(jù)，對聯(lián)合循環(huán)電站進行經(jīng)濟性分析。采用現(xiàn)金流的經(jīng)濟性分析方法，以投資凈值回收年和年收益支出比作為結(jié)果分析的目標(biāo)參數(shù)。投資凈值回收年越短或年收益支出比越大，則聯(lián)合循環(huán)電站的經(jīng)濟性越好。

采用維護費用因子I和Ⅱ時，計算得到的聯(lián)合循環(huán)電站的投資凈值回收年和年收益支出比隨燃氣輪機性能的變化曲線。在燃氣輪機初溫從1250℃提高時，投資凈值回收年下降，年收益支出比提高，電站的經(jīng)濟性提高。使用維護費用因子I時，投資凈值回收年降幅為8.1%，因子II時降幅減少為6.9%。但是，當(dāng)燃氣輪機的燃氣初溫提高到某一值時，電站經(jīng)濟性的提高開始變緩或下降。顯然，經(jīng)濟性的降低是由燃氣輪機成本和維護費用增大造成的。

從以上結(jié)果看，如果從聯(lián)合循環(huán)電站的經(jīng)濟性考慮，并不是采用初溫越高的燃氣輪機越好，只有在材料和冷卻技術(shù)有新的突破時，開發(fā)更高燃氣初溫的燃氣輪機才有可能有更好的經(jīng)濟性。另外，使用維護費用因子Ⅱ時，電站經(jīng)濟性轉(zhuǎn)折點的燃氣初溫低于1450℃。此結(jié)果顯示維護費用因子Ⅱ所代表的不同性能燃氣輪機維護費用間的差別偏大。

3 結(jié)語

在一般情況下，采用高性能燃氣輪機的聯(lián)合循環(huán)電站的經(jīng)濟性更好，但這不是必然的；當(dāng)燃氣輪機的成本和維護費用都因初溫的提高而增長較大時，經(jīng)濟性反而會變差。燃料價格較高時，在不影響聯(lián)合循環(huán)電站經(jīng)濟性的前提下，燃氣輪機整機成本在燃氣初溫提高時的增長空間大，允許選擇更先進的燃氣輪機，這有利于高性能燃氣輪機的開發(fā)。開發(fā)更高性能的燃氣輪機是制造商不斷努力的方向，但必須與新材料、新技術(shù)的開發(fā)和降低維護費用相結(jié)合。

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