燃气轮机发电的特点简介

燃气轮机是从20世纪50年代开始逐渐登上发电工业舞台的。但是由于当时的单机容量小，效率又比较低，因而在电力系统中只能作为紧急备用电源或调峰使用。1960年以后，欧美的大电网都相继发生了电网瞬时解列的大停电事故，这些事故促使人们认识到电网中有必要配备一定容量的燃气轮机发电机组，因为燃气轮机具有快速“无外电源启动”即“黑启动”的特性，它能保证电网运行的安全性和可快速恢复性。欧美国家的经验证明：从安全和调峰的要求出发，在电网中安装功率份额为8%～12%的燃气轮机发电机组是必要的。

总的来说，燃气轮机及其联合循环机组发电具有如下一些优点：①供电效率远远超过燃煤的蒸汽轮机发电机组；②在国外，交钥匙工程的比投资费用约为500～600美元/kW，它要比带有FGD的燃煤蒸汽轮机发电机组低很多；③建设周期短，可以按照“分阶段建设方针”建厂，资金利用率最高；④占地面积少，用水量也比较少；⑤机组运行自动化程度高，启动快速，每天都能启停；⑥机组运行的可用率高达85%～95%；⑦可以快速无外电源启动，即可以进行黑启动；⑧由于机组大多采用天然气作为燃料，污染排放问题得到彻底解决，其排放一般无烟尘，SO₂和NO_x都很少，还可以大大减少CO₂的排放量。当然，解决污染问题的功劳应归功于所用的洁净燃料。

表3-1给出了燃用不同燃料时热力发电厂的发电效率、CO₂排放情况。在燃烧天然气或液体燃料的前提下，无论在供电效率、比投资费用、发电成本、污染排放量以及运行维护的可靠性方面，燃气-蒸汽联合循环发电方式都要比有FGD的燃煤蒸汽轮机电站优越。因而它越来越受到人们的青睐，在世界发电市场中所占有的份额更是明显地快速增长。事实也正是如此：自20世纪70年代的能源危机以来，美国和西欧的一些政府都开始鼓励电力工业使用天然气发电；据不完全统计，至1990年底全世界已经投入运行的天然气的联合循环发电机组的总功率为14019MW，1991～1996年，投入运行的这种新机组容量总和不低于27400MW。而目前联合循环的装机容量则已超过400GW。

表3-1 燃用不同燃料时热力发电厂的CO₂排放情况

①远期采用超超临界参数的蒸汽轮机发电机组时。(www.xing528.com)

②采用燃气-蒸汽联合循环机组发电时。

然而，联合循环发电系统毕竟是以燃烧天然气或液体燃料的，它是否也能燃用常规的固体燃料——煤呢？假如可以的话，这将为联合循环发电技术开辟一条崭新的发展道路。为了实现这个理想，从20世纪70年代开始，人们就致力于研究开发燃煤的联合循环发电的各种方案，其中有一个“整体煤气化联合循环”（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC）发电方案，它的设计思想是，使煤在高压、高强度、高效率的气化炉中气化成为中热值煤气或低热值煤气；进而通过洗涤和脱硫处理，把煤气中的微尘、硫化物、碱金属等杂质清除干净；最后，把洁净的人造煤气输送到燃气-蒸汽联合循环发电机组中去燃烧做功。显然，这种方案的供电效率一定会比使用天然气的燃气-蒸汽联合循环机组低一些，因为在人造煤气的制备过程中必然会损失一部分热能，同时还会增加电厂的厂用电消耗。但是，随着技术的不断完善和成熟，只要设计得当，IGCC的供电效率在21世纪初期就能达到45%，预计到2020年后可以提高到50%～52%。也就是说，它要远远地高于超超临界参数的燃煤蒸汽轮机电站期望实现的效率指标。其污染排放量则是各种洁净煤发电技术中最低的之一（它只有新污染源实施标准^[3]中规定的极限排放量的10%～30%），完全能够满足21世纪日益严格的环保要求。目前，IGCC的单机容量已经做到300MW等级，可以适应规模经济的需要，运行可用率则与常规燃煤蒸汽轮机电站相仿。其主要缺陷是比投资费用比较高，预计到2015年后才有可能下降到1000美元/kW的水平。

此外，近年来随着全球范围内的能源和动力需求结构，特别是电力系统的放松控制及环境保护等要求的变化，以中、小型燃气轮机为核心的分布式能源系统和电源装置正在迅速崛起，大有与大、中型燃气轮机共占市场的趋势。这种分布式能源系统的发、供电方式具有以下一些优点和特点：①它没有或具有很低的输配电损耗（对于集中供电方式而言，这种损耗至少高达10%，在我国甚至高达15%以上）；②无需建设配电站，可以减少输配电成本；③适合多种热电比的变化，可使系统根据热负荷或电负荷的需求进行灵活的调节，有利于提高设备的利用率；④便于近距离地向用户供热或供冷，无需建立昂贵的输送管网，因而既能节省投资费用，又能充分提高能源的利用效率，降低建设成本；⑤各电站互相独立，便于自行控制，不会发生大规模的供电事故，因而供电的可靠性高，非常适合于为商业区、居民区乃至机场、地铁站等提供电力、供热和供冷；⑥在燃用清洁燃料的前提下，即使在人口稠密的城市地区，也能满足高标准环保质量的要求。显然，分布式供电、供热（甚至供冷）方式是集中供电、供热方式的一种不可缺少的补充。这是目前世界电力工业中出现的一个由传统的集中供电和供热模式，向着依靠大型和中、小型发电站广泛结合的分布式电力系统模式过渡的新趋势。这也将为中、小型和微型燃气轮机在电力工业中的推广应用，提供一个崭新的机遇和市场。

总之，通过以上的分析不难看出，在今后的世界电力工业的发展历程中，不论是燃烧天然气、液体燃料还是固体燃料——煤，开发大容量的、高效率的燃气轮机是一个必然的趋势，它既能节省日趋紧张的能源资源，又能保护环境。燃气轮机及其联合循环的发电机组必将成为世界电力工业中的一个重要组成部分，它的作用也将日益增加。