天然气能源与天然气联合循环发电

技术经济综述天然气能源与天然气联合循环发电王铭忠国家电力公司热工研究院,陕西西安710032)[摘要]天然气将成为21世纪人类的第一能源。天然气联合循环发电是当今世界先进的发电方式。为适应我国经济髙速发展的雷要,有计划地发展一些天然气联合循环发电机组是必要的。目前我国的天然气价格比較高,若能将天然气价格降至0.80元/m3以下,则天然气联合循环发电的经济性将可与常规然煤电站相竞争。[关键词]能源;天然气;联合獯环;发电中图分类号】TK[文献标识码]A【文章编号]m0-354(2001)04-00-04天然气是一种高热值清浩燃料。近年来,世界天降低机组运行效率,增加运行成本。天然气联合循环然气的探明储量与产量都在明显增长,天然气的利用发电是解决电站环境污染的重要出路。越来越引起人们的重视。能源专家预测,在近期的世界能源消费结构中,天然气比例将与石油相当,到12适当调整我国能源结构势在必行2010年占40%,2050年将占50%。19世纪前期,人类以煤炭代替柴薪为主要能源带来了世界资本主义的发展;20世纪中期开始的以石1发展天然气联合循环发电是社会油代替煤炭为主要能源,带来了世界经济的繁荣。近经济发展的需要年来随着世界天然气探明储量与产量的迅速增长,在21世纪初即将出现以更清洁的天然气代替石油为主1.1经济发展带来的环境污染日益严重要能源的又一次能源消费结构的大变革。预计2010我国在经济持续高速发展的同时环境污染日益严年世界能源结构中天然气将达到35%~4%,而成为重环境污染的最大来源是燃煤排放物。我国是以煤类第一大能源。能源结构的变化反映着社会经济的为主要一次能源的国家,在能源消费结构中,煤炭占进步,落后的能源结构必然不利于经济的发展。在经75%。我国电力工业是用煤大户,因而也是造成环境济高速发展时期,煤炭的开采速度将难以满足能源需污染的大户,全国形成酸雨的SO2有30%来自燃煤电要的高速增长。调整能源结构适量增加石油、天然气厂消费比重,不仅可以弥补煤炭供应缺口,而且可以改善日益严格的环保法规给电力工业发展带来极大压能源质到中国煤化工。力。常规燃煤电站要增设高性能脱硫等净化装置,不我CNMH然气联合循环仅造价高(约占电站全部投资的1/4-1/5),而且还会发电创造了可行条件。L热力发电20014)9技术经济综述1.3天然气联合循环发电有利于电网调峰400MW联合循环电厂交钥匙工程单位造价为450随着经济的发展,电网容量越来越大,昼夜电负荷55美元/kW,比带有烟气脱硫装置的燃煤蒸汽轮机电峰谷差也越来越大,电网调峰任务繁重。燃气轮机与厂造价1100~1400美元/kW低得多。燃气轮机发电联合循环发电具有起停迅速调度灵活机动性好的特机组从设备到达现场至投入商业运行,一般不超过半点比常规蒸汽轮机更适合作调峰机组。为保证电网年。联合循环电厂建设可以“分阶段施工”,有利于资安全可靠运行,电网应有总容量12%-15%的备用调金回收与周转。峰机组。仅此一点,燃气轮机及联合循环发电在我国(5)系统简单,自动化程度高,机动性好,起停方就有相当的发展空间。便,运行可靠。设备可用率高达85%-95%,工厂定员仅为常规火电的20%~25%。设备操作性好,机动2天然气联合循环发电是当今世界性强,是经济有效地进行电网调峰的重要选择。其启先进的发电方式动性能与常规电厂的比较见表2。清洁高效是衡量发电技术先进与否的2条最重表2几种电厂的启动性能比较要标准。天然气联合循环发电集天然气清洁(能源)与启动方式燃气轮机电厂联合循环电厂蒸汽电厂联合循环高效(发电方式)于一身成为当今世界最受青睐的实用发电技术。目前全世界每年增长的发电容120(冷态)300冷态)量中,有35%~36%为燃气蒸汽联合循环机组,而美正常90(沮态)180(温态)60热态)90(热态)国达48%。天然气联合循环发电在电力市场中取得如此优势的原因是紧急(1)高效节能。目前常规火力发电净效率为38%~40%,我国平均供电效率仅为30%左右。而先进成熟的天然气联合循环发电净效率已达%以上,3天然气联合循环发电的发展领域是目前实用发电技术中最高的。(2)清洁环保。以天然气为燃料的燃气轮机或联3.1油气产区合循环发电对环境污染极小,其与常规燃煤发电的比我国的油气产区大多远离大电网,缺少煤炭和淡较见表1。水资源。为了开发油气资源和发展地方经济,取用当地天然气能源的燃气轮机及联合循环发电,是满足地表1500M电厂的污染物排放比较t/年区电力需要最经济有效的途径。发电类型渣徽粒32大城市及负荷中心常规燃煤发电(A)8043500294237512500350043经济高速发展使大电网昼夜电负荷峰谷差越来越天然气大。萦气轮机成为目前最佳的调峰机组,能最经济、有发电(B)7Ⅶm12412020021效地保障电网安全稳定运行。负荷中心地区的大城市B: A% p0194005附近,往往也是常规火电污染最严重地区,适当增加一定数量的带基本负荷的联合循环机组,将对环境保护(3)节水省地。联合循环发电以燃气轮机为主,燃与经济发展产生良好效应气轮机运行用水极少甚至可以无水运行。联合循环电厂耗水量仅为常规电厂的30%~40%。天然气联3.3老电厂改造合循环电厂因其系统简单,无常规火电的煤场灰场等在我国电网中,25MW以下的中小机组占总容量厂区古地仅为常规火电的30%~40%,厂房建筑面积的52%其技术落后经济性差,急需改造或取缔。另约为29%。这些对于淡水资较为贫乏、人多地少的外,2V中国煤化工W0MW高压、我国是非常重要的。超高压CNMHG过20年,技术经(4)建设投资少、工期短。目前国际市场上00-济指标相应落后而且多数没有烟气脱硫等净化装置,匚热力发电2014技术经济综述环境污染严重。在有油气供应条件的地方,利用燃气轮机容量为汽轮机的20%~50%,电站增容较小,而轮机技术,采用联合循环方案对老厂进行改造,是一条热效率相对可提高3%~10%。由于改造工程仅需增简单易行且行之有效的选择。设较小容量的燃气轮机,投资较少;同时锅炉仍可保持使用原设计燃料〔可以是煤),改造消耗油气燃料较少。4老电厂改造方案4.1余热利用型联合循环轮机图1是目前最为流行的标准联合循环形式。用燃气轮机及相应的余热锅炉代替原燃煤锅炉,与经适当改造的原有汽轮机组成联合循环。此方案对原设备改造工作量不太大,而热效率最高;因需增加整套燃气轮图2排气再燃型联合循环机发电机组及余热锅炉设备,故投资较多。采用无补燃余热利用型联合循环改造后电站容量约为原来的43给水加热型联合循环3倍,使热效率提高到50%以上。图3是用增设的燃气轮机排气给原火电机组给水进行加热的一种简单联合循环方式,优点是仅增设天然气余热锅炉台小容量燃气轮机,原系统改造工作量很小,改造停工期也很短,适用于紧急电源的改造。但它使原电站的谷量效率提高很少,一般用的不多。燃气天然气图1余热利用型联合循环O4.2排气再燃型联合循环燃气轮机图2是一种老厂改造中采用比较多的方案,主要空气适用于原电厂的锅炉、汽机、发电机等主要设备均有较高使用价值的情况,改造的目的是提高电站技术经济性。改造仅需增设一套燃气轮机发电设备,将燃气轮图3给水加热型联合循环机排气用于给水加热与掺混锅炉送风或直接作为锅炉送风进入炉膛,以利用燃气轮机排气余热。通常燃气以上3种联合循环改造方案的特点比较见表表33种联合循环改造方案的特点比较改造方案余热利用型排气再燃型给水加热型(1)增设燃气轮机(1)增设燃轮机(2)增设余热锅炉(2)锅炉风箱改造(1)增设燃气轮机2)增设燃气给水加热器主要增设改造项目(3)增设烟囱(3)增设燃气轮机与钢炉排热回收装置(4)增设锅炉脱硝装置(4)增设或改造脱硝装置(3)增设烟囱(5)ST/CT出力比约为05(5)ST/GT出力比约为25(4)增设脱硝装置高中国煤化工改造范图CNMHG施工期/月热力发电20014)0技术经济综迟(3)俄罗斯远东地区。5我国天然气资源状况(4)中亚诸国(土库曼、乌兹别克、哈萨克等)。东南沿海地区除管道天然气外还可引进液化天然发展燃用天然气的联合循环发电的必要前提是要气。能够保证天然气的供给。世界的天然气资源非常丰富。近年来天然气的6天然气发电的经济性探明储量和产量增长十分迅速。在工业发达国家的一次能源结构中,大有取代石油而成为第一能源之势天然气联合循环电厂的建设投资少,系统简单,自天然气储量相对较少,根据中国石油天然气动化程度及人员劳动生产率高,因此其运行经济性主总公司1993年完成的全国油气资源评价报告,我国的要取决于天然气价格。此外还与机组容量大小、运行天然气资源总量为3.8×103m3。有关专家预测我国方式、年运行时数、建设资金构成方式、贷款利率等有天然气资源远景储量可达60×103m3,主要分布在四重要关系川、陕甘宁、新疆、青海、海南等地。另外,近海大陆架我国天然气价格是比较高的。中国国际工程咨询也探明不少天然气资源。我国天然气资源状况见表公司、中国电力科学研究院等单位联合编制的《电力工业利用天然气发电的设想》报告中,对于4X320MW联合循环电厂,取管道天然气价格为1.16元/m3,计算表4我国的天然气资源分布平均上网电价为045元/(kWh)。国家电力公司热资源量.0x102a3研究院为兰州西固热电厂2×247MW联合循环机组所作方案的计算结果是:当天然气价格为0.85塔里木元/m3时,平均上网电价为039元/(kWh)。因为2个设计方案的建设投资、天然气价格、机组运行方式陆上中酉部陕甘宁人员工资水平、贷款方式利率等均不相同,故上网电价柴达木也有较大差别。但是,计算表明,当机组运行时间在其它5000h以上,天然气价格在085元/m3以下时,天然7.5气联合循环发电上网电价可与常规燃煤电站相当。海上总计38,07结论近年来我国天然气探明储量与产量都不断增加。(1)世界天然气探明储量与产量均呈上升趋势。194年我国天然气探明储量为17×102m3,到195未来几年在世界能源消费结构中,天然气将可能上升年达2.25×102m3。我国的天燃气产量199年为至第1位。发展天然气联合循环发电符合当今世界能201×100m3,200年达2.96×100~3.67×10°m3,源发展主流。到2010年预计产量达70×100~8.0×10m3,而(2)天然气联合循环发电有热效率高,利于环境保2010年天然气消费量将达1.1×xo-1.3×101m3。护调峰运行方便,用水、占地少等突出优点。有计划由此可见,我国的天然气产量远不能满足国内需要,必地发展一些天然气联合循环发电产业是必要的须引进国外天然气资源3)目前我国的天然气价格还比较高(一般>1.0从国外引进天然气有2种形式:管道天然气与液元/m3),因此发电成本也比较高。若能将天然气价格化天然气降至0.80元/m3以下则天然气联合循环发电的经济我国发展管道天然气贸易,从近邻俄罗斯引进最性将可与常规燃煤电站相竞争。为有利。可以在以下几个地区进行(4)进一步落实我国天然气作为一次能源的长远(1)俄罗斯西西伯利亚。供应中国煤化工米气联合循环发电(2)俄罗斯东西伯利亚。规划CNMHG匚热力发电20014