技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜述天然氣能源與天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電王銘忠(國家電力公司熱工研究院,陜西西安710032)[摘要]天然氣將成為2I世紀(jì)人類的第一能源。天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是當(dāng)今世界先進(jìn)的發(fā)電方式。為適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要,有計(jì)劃地發(fā)展一些天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組是必要的。目前我國的天然氣價(jià)格比較高，若能將天然氣價(jià)格降至0.80元/m3以下,則天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性將可與常規(guī)燃煤電站相競爭。[關(guān)鍵詞]能源;天然氣;聯(lián)合循環(huán);發(fā)電[中圖分類號(hào)]TK11[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào) ]1000 - 36(2001)0404 - 009 -04天然氣是-種高熱值清潔燃料。近年來，世界天降低機(jī)組運(yùn)行效率,增加運(yùn)行成本。天然氣聯(lián)合循環(huán)然氣的探明儲(chǔ)量與產(chǎn)量都在明顯增長,天然氣的利用發(fā)電是解決電站環(huán)境污染的重要出路。越來越引起人們的重視。能源專家預(yù)測,在近期的世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,天然氣比例將與石油相當(dāng),到1.2適當(dāng)調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)勢在必行2010年占40% ,2050年將占50%。19世紀(jì)前期,人類以煤炭代替柴薪為主要能源，帶來了世界資本主義的發(fā)展;20世紀(jì)中期開始的以石1發(fā)展天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā) 電是社會(huì)油代替煤炭為主要能源,帶來了世界經(jīng)濟(jì)的繁榮。近經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要年來隨著世界天然氣探明儲(chǔ)量與產(chǎn)量的迅速增長,在21世紀(jì)初郎將出現(xiàn)以更清潔的天然氣代替石油為主1.1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的環(huán)境污染日益嚴(yán)重要能源的又一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的大變革。預(yù)計(jì)2010我國在經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展的同時(shí)環(huán)境污染日益嚴(yán)年世界能源結(jié)構(gòu)中天然氣將達(dá)到35% ~ 40%。而成為重,環(huán)境污染的最大來源是燃煤排放物。我國是以煤人類第一大能源。能源結(jié)構(gòu)的變化反映著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的為主要一次能源的國家,在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,煤炭占進(jìn)步,落后的能源結(jié)構(gòu)必然不利于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在經(jīng)75%。我國電力工業(yè)是用煤大戶,因而也是造成環(huán)境濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期,煤炭的開采速度將難以滿足能源需污染的大戶,全國形成酸雨的SO2有30%來自燃煤電要的高速增長。調(diào)整能源結(jié)構(gòu),適量增加石油、天然氣消費(fèi)比重,不僅可以彌補(bǔ)煤炭供應(yīng)缺口,而且可以改善廠。日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)給電力工業(yè)發(fā)展帶來極大壓能源質(zhì)量,將更有利于國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。力。常規(guī)燃煤電站要增設(shè)高性能脫硫等凈化裝置,不我國當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整為發(fā)展天然氣聯(lián)合循環(huán)僅造價(jià)高(約占電站全部投資的1/4- 1/5),而且還會(huì)發(fā)電創(chuàng)造了可行條件。[熱力發(fā)電:200(4) ]?技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜述1.3天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電有利于電網(wǎng)調(diào)峰400MW聯(lián)合循環(huán)電廠交鑰匙工程單位造價(jià)為450~隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電網(wǎng)容量越來越大,晝夜電負(fù)荷550美元/kW,比帶有煙氣脫硫裝置的燃煤蒸汽輪機(jī)電峰谷差也越來越大,電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)繁重。燃?xì)廨啓C(jī)與廠 造價(jià)1 100~ 1400美元/kW低得多。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電聯(lián)合循環(huán)發(fā)電具有起停迅速,調(diào)度靈活,機(jī)動(dòng)性好的特機(jī)組從設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場至投入商業(yè)運(yùn)行,一般不超過半點(diǎn),比常規(guī)蒸汽輪機(jī)更適合作調(diào)峰機(jī)組。為保證電網(wǎng)年。聯(lián)合循環(huán)電廠建設(shè)可以“分階段施工”,有利于資安全可靠運(yùn)行,電網(wǎng)應(yīng)有總?cè)萘?2%- 15%的備用調(diào)金回收與周轉(zhuǎn)。峰機(jī)組。僅此一點(diǎn),燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在我國(5)系統(tǒng)簡單,自動(dòng)化程度高，機(jī)動(dòng)性好,起停方就有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展空間。便,運(yùn)行可靠。設(shè)備可用率高達(dá)85%~95%,工廠定員僅為常規(guī)火電的20% -25%。設(shè)備操作性好,機(jī)動(dòng)2天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā) 電是當(dāng)今世界性強(qiáng)，是經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)峰的重要選擇。其啟先進(jìn)的發(fā)電方式動(dòng)性能與常規(guī)電廠的比較見表2。清潔、高效是衡量發(fā)電技術(shù)先進(jìn)與否的2條最重表2幾種電廠的啟動(dòng)性能比較nin要標(biāo)準(zhǔn)。天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電集天然氣清潔(能源)與啟動(dòng)方式燃?xì)廨啓C(jī)電廠聯(lián)合循環(huán)電廠蒸汽電廠聯(lián)合循環(huán)高效(發(fā)電方式)于一身,成為當(dāng)今世界最受青睞的實(shí)用發(fā)電技術(shù)。目前全世界每年增長的發(fā)電容120(冷態(tài))300(冷態(tài))正常14-1690(溫態(tài))180(溫態(tài))量中,有35% ~ 36%為燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組,而美60(熱態(tài))90(熱態(tài))國達(dá)48%。天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在電力市場中取得緊急9-10 ;如此優(yōu)勢的原因是:(1)高效節(jié)能。目前常規(guī)火力發(fā)電凈效率為38% ~ 40% ,我國平均供電效率僅為30%左右。而先進(jìn)成熟的天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電凈效率已達(dá)58%以上,3天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的發(fā)展領(lǐng)域是目前實(shí)用發(fā)電技術(shù)中最高的。(2)清潔環(huán)保。以天然氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)或聯(lián)3.1 油氣產(chǎn)區(qū)合循環(huán)發(fā)電,對(duì)環(huán)境污染極小,其與常規(guī)燃煤發(fā)電的比我國的油氣產(chǎn)區(qū)大多遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，缺少煤炭和淡較見表1。水資源。為了開發(fā)油氣資源和發(fā)展地方經(jīng)濟(jì),取用當(dāng)?shù)靥烊粴饽茉吹娜細(xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,是滿足地表1 500 MW電廠的污染物排放比較/年區(qū)電力需要最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。發(fā)電類型S02 NO,CO2灰選徽粒3.2大城市及負(fù)荷中心常規(guī)繼煤，發(fā)電(A8043 5060 2942375 12500 35000 428經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展使大電網(wǎng)晝夜電負(fù)荷峰谷差越來越大。燃?xì)廨啓C(jī)成為目前最佳的調(diào)峰機(jī)組,能最經(jīng)濟(jì)、有發(fā)電(B)971 1241 29221效地保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。負(fù)荷中心地區(qū)的大城市B:A%42附近,往往也是常規(guī)火電污染最嚴(yán)重地區(qū),適當(dāng)增加一定數(shù)量的帶基本負(fù)荷的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,將對(duì)環(huán)境保護(hù)(3)節(jié)水省地。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以燃?xì)廨啓C(jī)為主,燃與經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生良好效應(yīng)。氣輪機(jī)運(yùn)行用水極少，甚至可以無水運(yùn)行。聯(lián)合循環(huán)電廠耗水量僅為常規(guī)電廠的30% - 40%。天然氣聯(lián)3.3 老電廠改造合循環(huán)電廠因其系統(tǒng)簡單,無常規(guī)火電的煤場灰場等,在我國電網(wǎng)中,125 MW以下的中小機(jī)組占總?cè)萘繌S區(qū)占地僅為常規(guī)火電的30% ~40%,廠房建筑面積的52% ,其技術(shù)落后,經(jīng)濟(jì)性差,急需改造或取締。另約為20%。這些對(duì)于淡水資源較為貧乏、人多地少的外,20世紀(jì)80年代建造的--批200MW、300MW高壓、我國是非常重要的。超高壓機(jī)組,其服役年限也接近或超過20年,技術(shù)經(jīng)(4)建設(shè)投資少、工期短。目前,國際市場上200~濟(jì)指標(biāo)相應(yīng)落后,而且多數(shù)沒有煙氣脫硫等凈化裝置,●[熱力發(fā)電:2001(4)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜述環(huán)境污染嚴(yán)重。在有油氣供應(yīng)條件的地方,利用燃?xì)廨啓C(jī)容量為汽輪機(jī)的20% ~ 50%,電站增容較小,而輪機(jī)技術(shù),采用聯(lián)合循環(huán)方案對(duì)老廠進(jìn)行改造,是一條熱效率相對(duì)可提高3%~ 10%。由于改造工程僅需增簡單易行且行之有效的選擇。設(shè)較小容量的燃?xì)廨啓C(jī),投資較少;同時(shí)鍋爐仍可保持使用原設(shè)計(jì)燃料(可以是煤),改造消耗油氣燃料較少。4老電廠改造方案天然氣鍋爐4.1余熱利用型聯(lián)合循環(huán)圖1是目前最為流行的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合循環(huán)形式。用燃媒7燃?xì)廨啓C(jī)氣輪機(jī)及相應(yīng)的余熱鍋爐代替原燃煤鍋爐,與經(jīng)適當(dāng)空氣, 燃?xì)飧脑斓脑衅啓C(jī)組成聯(lián)合循環(huán)。此方案對(duì)原設(shè)備改造工作量不太大，而熱效率最高;因需增加整套燃?xì)廨唸F(tuán)2排氣再燃型聯(lián)合循環(huán)機(jī)發(fā)電機(jī)組及余熱鍋爐設(shè)備,故投資較多。采用無補(bǔ)燃余熱利用型聯(lián)合循環(huán)，改造后電站容量約為原來的4.3給水加熱型聯(lián)合循環(huán)3倍,使熱效率提高到50%以上。.圖3是用增設(shè)的燃?xì)廨啓C(jī)排氣給原火電機(jī)組給水進(jìn)行加熱的一種簡單聯(lián)合循環(huán)方式，優(yōu)點(diǎn)是僅增設(shè)一天然氣\余熱鍋爐臺(tái)小容量燃?xì)廨啓C(jī),原系統(tǒng)改造工作量很小，改造停工輪機(jī)期也很短,適用于緊急電源的改造。但它使原電站的容量效率提高很少,一般用的不多。|氣L燃?xì)馊?余熱利用型聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)0-4.2排氣再燃型聯(lián)合循環(huán)圖2是一種老廠改造中采用比較多的方案，主要空氣|_燃?xì)膺m用于原電廠的鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)等主要設(shè)備均有較高使用價(jià)值的情況，改造的目的是提高電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。改造僅需增設(shè)-套燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備，將燃?xì)廨唶?給水加熱型聯(lián)合循環(huán)機(jī)排氣用于給水加熱與摻混鍋爐送風(fēng)或直接作為鍋爐送風(fēng)進(jìn)人爐膛,以利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱。通常燃?xì)庖陨?種聯(lián)合循環(huán)改造方案的特點(diǎn)比較見表3。裹3 3種聯(lián)合循環(huán)改造方案的特點(diǎn)比較改造方案余熱利用型排氣再燃型給水加熱型(1)增設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)(1)增故燃(輪機(jī)(I)增設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)(2)增設(shè)余熱鍋爐(2)鍋爐風(fēng)箱改造(2)增設(shè)燃?xì)饨o水加熱器主要增設(shè)改造項(xiàng)目(3)增設(shè)煙囪(3)增設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)與鋼爐排熱回收裝置(4)增設(shè)鍋爐脫硝裝置(4)增設(shè)或改造脫硝裝置(4)增設(shè)脫硝裝置(5)ST/CT出力比約為0.5(5)SI/GT出力比約為2~5效率高中低改造范圍大小施工期/月12-24[熱力發(fā)電:2001(4)] ?技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜述(3)俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)。5我國天然氣資 源狀況(4)中亞諸國(土庫曼、烏茲別克哈薩克等)。.東南沿海地區(qū)除管道天然氣外還可引進(jìn)液化天然發(fā)展燃用天然氣的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的必要前提是要?dú)?。能夠保證天然氣的供給。世界的天然氣資源非常豐富。近年來,天然氣的6天然氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性探明儲(chǔ)量和產(chǎn)量增長十分迅速。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的一-次能源結(jié)構(gòu)中,大有取代石油而成為第一能源之勢。天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的建設(shè)投資少,系統(tǒng)簡單，自我國天然氣儲(chǔ)量相對(duì)較少,根據(jù)中國石油天然氣動(dòng)化程度及 人員勞動(dòng)生產(chǎn)率高，因此其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性主總公司1993年完成的全國油氣資源評(píng)價(jià)報(bào)告,我國的要取決于天然氣價(jià)格。此外還與機(jī)組容量大小、運(yùn)行天然氣資源總量為3.8x 103 m2。有關(guān)專家預(yù)測我國方式、年運(yùn)行時(shí)數(shù)、建設(shè)資金構(gòu)成方式、貸款利率等有天然氣資源遠(yuǎn)景儲(chǔ)量可達(dá)6.0x 10B3 m3，主要分布在四重要關(guān)系。川、陜甘寧、新疆、青海、海南等地。另外,近海大陸架我國天然氣價(jià)格是比較高的。中國國際工程咨詢也探明不少天然氣資源。我國天然氣資源狀況見表公司、中國電力科學(xué)研究院等單位聯(lián)合編制的《電力工4。業(yè)利用天然氣發(fā)電的設(shè)想》報(bào)告中,對(duì)于4x 320 MW聯(lián)合循環(huán)電廠,取管道天然氣價(jià)格為1. 16元/m ,計(jì)算表4我國的天然氣資源分布平均上網(wǎng)電價(jià)為0.446元/(kW.h)。國家電力公司熱產(chǎn)地資源量/1.0x 102 m2工研究院為蘭州西固熱電廠2x247 MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組所作方案的計(jì)算結(jié)果是:當(dāng)天然氣價(jià)格為0.85塔里木8.4元/m2時(shí),平均上網(wǎng)電價(jià)為0.339元/(kW.h)。因?yàn)?川榆7.2個(gè)設(shè)計(jì)方案的建設(shè)投資、天然氣價(jià)格、機(jī)組運(yùn)行方式、陸上中西部陜甘寧4.2人員工資水平、貸款方式利率等均不相同,故上網(wǎng)電價(jià)柴達(dá)木1.1也有較大差別。但是,計(jì)算表明,當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間在其它1.55000h以上,天然氣價(jià)格在0.85元/m以下時(shí),天然東部7.5氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)可與常規(guī)燃煤電站相當(dāng)。海上8.1總計(jì)38.07結(jié)論近年來我國天然氣探明儲(chǔ)量與產(chǎn)量都不斷增加。(1)世界天然氣探明儲(chǔ)量與產(chǎn)量均呈上升趨勢。1994年我國天然氣探明儲(chǔ)量為1.7x102m2,到199未來幾年在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中 ,天然氣將可能上升年達(dá)2.25x 1012 m'。我國的天燃?xì)猱a(chǎn)量1996年為至第1位。發(fā)展天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電符合當(dāng)今世界能2.01x1010 m?,2000年達(dá)2.96x10*0-3.67x 1010 m2,源發(fā)展主流。到2010年預(yù)計(jì)產(chǎn)量達(dá)7.0x 100~8.0x 1010 mr,而(2)天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電有熱效率高,利于環(huán)境保2010年天然氣消費(fèi)量將達(dá)1.1x10"-1.3x 1o0" m'。護(hù),調(diào)峰運(yùn)行方便，用水、占地少等突出優(yōu)點(diǎn)。有計(jì)劃由此可見，我國的天然氣產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)需要,必地發(fā)展一些天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電產(chǎn)業(yè)是必要的。須引進(jìn)國外天然氣資源。(3)目前我國的天然氣價(jià)格還比較高(一般>1.0從國外引進(jìn)天然氣有2種形式:管道天然氣與液元/m),因此發(fā)電成本也比較高。若能將天然氣價(jià)格化天然氣。降至0.80元/m3以下,則天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)我國發(fā)展管道天然氣貿(mào)易,從近鄰俄羅斯引進(jìn)最性將可與常規(guī)燃煤電站相競爭。為有利?？梢栽谝韵聨讉€(gè)地區(qū)進(jìn)行:(4)進(jìn)-一步落實(shí)我國天然氣作為一次能源的長遠(yuǎn)(1)俄羅斯西西伯利亞。供應(yīng)潛力,以制定合理的、長遠(yuǎn)的天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(2)俄羅斯東西伯利亞。規(guī)劃。?C熱力發(fā)電:2001(4) ]