中国燃气—蒸汽联合循环发电的展望
摘 要:本文探讨用燃气轮机联合循环技术作为今后中国火电的重要补充,认为发展大容量的高效率的燃气轮机及其联合循环是一个必然的趋势,它既能节省世界上日趋紧张的能源资源,又能保护环境.燃用天然气和燃煤的燃气轮机联合循环发电机组必将成为中国电力工业中的一个重要组成部分.
关键词:燃气轮机;最佳效率;联合循环
引 言
自从1939年世界上第一台大功率发电用燃气轮机由瑞士BBC公司研制成功以来,世界各国都大力研究和发展燃气轮机发电技术.但是由于当时机组的单机容量小,热效率低.因而在电力系统中只能作为紧急备用电源和调峰机组使用.为了确保电网运行的安全运行.燃气轮机在当时欧美工业发达国家电网中的装机份额一般仅占8%～10%左右.然而,从20世纪80年代以后,燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地位却发生了显著变化,不仅可以用作紧急备用电源和尖峰负荷机组.还被用来带基本负荷和中间负荷,大有取代常规的燃煤蒸汽轮机电站的趋势.近十几年来世界燃气轮机进入了一个新的发展时期,燃气轮机技术进步主要表现在单机容量增大,热效率提高与污染排放降低.目前燃气轮机功率已经超过300MW,简单循环热效率超过39%,联合循环热效率超过58%.干式低NOx燃烧技术已使燃用天然气和蒸馏油时的NOx排放量低于25ppm和42ppm.大大提高了燃气轮机在能源与电力领域中的地位与作用.为了优化能源结构,改善环境污染,中国决定利用西气东输,东海油气和进口LNG(液化天然气)等清洁能源,建设一批大型联合循环电厂.
中国能源与电力工业现状
中国的能源状况可以概括为:人均能源占有量低;能源消费以煤为主,能源利用效率低;环保问题突出;农村商品能源匮乏.我国开发技术较为成熟的能源有:煤,油,气和水能.煤的探明保有储量超过1万亿吨,石油超过40亿吨;天然气超过10万亿立方米;水电可开发4.02亿千瓦.我国常规能源资源按人均计算仅为世界平均水平的61.4%.另外还有一定数量的核能.对于可再生的风能资源虽然高达2.53亿千瓦,但大规模开发的条件尚不成熟.
中国2003年的煤炭生产量16.67亿吨,2004年已突破19亿吨,如果保持现有状况,到2020年全国能源需求将达33亿吨标煤,大气污染难以承受,年经济损失也将占GDP的10%以上.根据中国的能源条件,中国以煤为主的能源结构,今后20年不可能有太大变化,这是中国发展的巨大压力.为此,应该通过全面实行可持续发展的能源战略,到2020年,能源发展力争能达到如下目标:一次能源需求少于25亿吨标准煤,相应节能达到8亿吨标准煤;煤炭消费比例控制在60%左右,可再生能源利用达到5.25亿标准煤,其中可再生能源发电达到1亿千瓦;石油进口依存度控制在60%左右;主要污染物的削减率为45%-60%.若现在到2020年中国能源消费结构中煤炭的比重每下降一个百分点,相应的能源需求总量可降低1000多万吨标准煤.因此,未来20年应充分利用结构优化所产生的效果.
近20年是中国电力工业大发展的时期,2004年底全国发电装机容量达到4.407亿千瓦,同比增长12.6%;其中火电3.249亿千瓦,同比增长12.1%;水电1.0826亿千瓦,同比增长14.1%;核电684万千瓦,同比增长10.6%.2004年全年发电量达到21870亿千瓦时,同比增长14.8%.仅次于美国,中国已成为世界上第二大电力生产国家,中国是世界上少数几个能源消费以煤为主的国家,以煤为主的能源消费格局在比较长的一段时间内不会改变.目前全国装机容量中火电占75%,发电量中火电占85%以上.预测到2050年中国装机容量将达到16亿千瓦,火电机组将仍占总装机容量的60%以上.为了实现我国电力工业的可持续发展,减少对环境的影响,必须不断增加清洁能源的比重.
从目前世界火力发电技术水平来看,提高火电厂效率和减少污染物的排放的方法除超超临界发电技术(USC),大型循环流化床锅炉(CFB),增压流化床联合循环(PFBC)外,还有整体煤气化联合循环(IGCC),燃气—蒸汽联合循环等.中国已经把大幅度提高发电效率,加速发展洁净发电技术的作为我国可持续发展,节约能源,保护环境的重要措施.
2,燃气轮机技术的发展及最佳效率设计概念
从80年代以后,由于燃气轮机的单机功率和热效率都有很大程度的提高,特别是燃气—蒸汽联合循环渐趋成熟,再加上世界范围内天然气资源的进一步开发,使燃气轮机得到了非常迅速的发展,燃气轮机及其联合循环在世界电力工业中的地位也发生了明显的变化.由于燃机联合循环装置效率高;机动性好,能满足日益严格的环保要求,目前全世界每年新增的装机容量中,有l/3以上系采用燃气-蒸汽联合循环机组,而美国则接近l/2.据不完全统计,全世界现有烧油和烧天然气的燃气轮机及其联合循环的装机总容量己超过4亿kW.美国能源部从1992年开始实施一项名为"先进燃气轮机系统"(ATS)的研究与发展计划.主要目标是:

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