燃氣輪機發(fā)電技術(shù)在城市中的應用

【摘要】環(huán)境污染日益嚴重，能源緊張已成為全世界的關(guān)注的重點，發(fā)展低能耗、環(huán)保的供電技術(shù)勢在必行。本文回顧了燃氣輪機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，分析了燃氣輪機的優(yōu)勢，探討了燃氣輪機發(fā)電技術(shù)在城市中應用的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】燃氣輪機發(fā)電；燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電；環(huán)境保護

1.國內(nèi)外燃氣輪機的應用現(xiàn)狀

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)展十分迅速，在這一領(lǐng)域美國一直處于領(lǐng)先地位，并且美國一直在持續(xù)進行技術(shù)提升項目，以不斷發(fā)展該領(lǐng)域技術(shù)水平，保持國際領(lǐng)先地位。同樣，在歐洲和日本也都在實施同類型的發(fā)展計劃。在世界范圍看，燃氣輪機發(fā)電技術(shù)正處于大力發(fā)展階段[1]。我國的燃氣輪機發(fā)電技術(shù)發(fā)展較早，在理論研究方面和工業(yè)實踐方面，我國的技術(shù)研究都在世界上有過卓越貢獻。但是由于我國工業(yè)技術(shù)、經(jīng)濟能力及能源政策等諸多因素的影響，該技術(shù)在我國的研發(fā)速度一直很慢。

2.燃氣輪機發(fā)電技術(shù)優(yōu)勢分析

燃氣輪機相對于火力發(fā)電擁有很多優(yōu)勢，污染小就是其最為明顯的優(yōu)勢之一。在核能源的對比中，內(nèi)陸核電站的技術(shù)雖已成形，但就安全性而言，燃氣輪機更為安全，對于城市內(nèi)建造的情況，燃氣輪機占地小需要配備的相應設(shè)施少，這樣的有點也讓燃氣輪機更勝一籌。燃氣輪機及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電具有高效率、低能耗、建設(shè)周期短、啟動發(fā)電快及污染少等有點。

2.1發(fā)電效率高

燃氣輪機擁有簡單循環(huán)吸熱平均溫度高的優(yōu)勢，純蒸汽輪機擁有循環(huán)放熱平均溫度低的特點，各取所長，循環(huán)聯(lián)合使用兩種汽輪機組合成燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機，此循環(huán)具有較高的吸熱平均溫度和較低的放熱平均溫度，由此其循環(huán)熱效率就會高于未聯(lián)合之前的任一汽輪機，擁有較高的循環(huán)熱效率。近年來，國外正大力發(fā)展容量大、效率高的燃氣輪機，初溫從1100℃提高至1300℃級，燃機輪機的發(fā)電效率大大提高。

2.2對環(huán)境污染極小

燃氣輪機循環(huán)電場很大優(yōu)勢在于其污染十分小，符合環(huán)保要求，被譽為“清潔電廠”。因為它無灰渣排放，能完全燃燒。在燃燒過程中不可避免的有氮氧化物（NOx）和碳氧化物（CO）產(chǎn)生，但采用注水、注汽等方式，可以將其排放量降低到國家排放指標之下。當今，各國為了對發(fā)電廠污染物排放量的要求愈加嚴格，火力發(fā)電對環(huán)境影響較大，為了滿足國家排放需求，就需要大量投資興建降低排污的相應設(shè)施，擁有降低污染的投資接近總投資的20%，由此可見，燃氣輪機在城市逐步替代火力發(fā)電是發(fā)展趨勢[2]。

2.3調(diào)峰性能好，啟停快，運行靈活性高

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的主體部分是由燃氣輪機構(gòu)成，燃氣輪機擁有70%的負荷，故其調(diào)峰性能好。一般在20分鐘以內(nèi)，聯(lián)合循環(huán)裝置即可帶三分之二額定負荷。一般不到20分鐘，聯(lián)合循環(huán)裝置即可完成從啟動到帶滿負荷運行過程，在快速啟動時，所需時間更短。若以50MW的電場為例，聯(lián)合循環(huán)電場啟動熱態(tài)60分鐘，溫態(tài)下90分鐘，冷態(tài)下120分鐘就可帶滿負荷。而汽輪機廠啟動至滿負載運行相應需要90分鐘，180分鐘，300分鐘，因而燃機電場是調(diào)峰機組的最佳選擇，也是城市發(fā)電、備用機組的最佳選擇[4]。燃氣機組可以承擔基荷、腰荷和調(diào)峰使用，運行方式十分靈活，可簡單循環(huán)運行，又可以聯(lián)合循環(huán)使用，在無廠用電源的條件下，燃氣輪機組又可以使用柴油機或壓縮空氣進行啟動。

2.4占地小

燃氣輪機發(fā)電廠不需要煤場、輸煤系統(tǒng)等發(fā)電供應設(shè)施，也不需要除塵、脫硫等環(huán)保系統(tǒng)，所以占地面積遠小于常規(guī)火力電廠。與同容量的火力電廠相比，燃氣輪機電場占地面積僅有其面積的30-40%，建筑面積只有其建筑面積的20%。

2.5耗水量小

燃氣輪機所采用的降溫系統(tǒng)是封閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，所以不需要大量的冷卻水。與同容量的火力電廠相比，簡單循環(huán)只需要其2-10%，聯(lián)合循環(huán)也只需要火力發(fā)電用水量的三分之一。由以上的優(yōu)勢分析，可以知道在城市內(nèi)興建供電廠，燃氣輪機發(fā)電設(shè)施是非常適宜的，擁有很好的先天優(yōu)勢。污染小的優(yōu)點更是符合我國現(xiàn)階段的發(fā)展需求。

3.燃氣輪機發(fā)電技術(shù)在城市中的應用前景

我國早在2004年已成為世界第二大能源生產(chǎn)國和能源消費國，但是我國的能源利用率卻較工業(yè)發(fā)達國家有很大差距。先進我國的能源利用率僅有35%，而發(fā)達國家達44%，燃氣輪機的發(fā)電效率要明顯高于火力發(fā)電，增加燃氣輪機發(fā)電廠可以有效的提升我國發(fā)電效率。

另一方面，燃氣輪機發(fā)電技術(shù)的污染小，這正是清潔電廠的發(fā)展方向所需要的，所以在城市中逐步擴展興建燃氣輪機發(fā)電廠是有利于環(huán)境保護的。同時，燃氣輪機擁有占地面積小的優(yōu)點，在我國大中城市均存在用地緊張的現(xiàn)象，燃氣輪機占地面積小能適合于大中城市的發(fā)展現(xiàn)狀。在城市中，用電主要是居民生活用電，城市居民用電存在晝夜用電負載差別大，調(diào)峰壓力大的特點。同時，城市應急需求很重要。如上一部分所述，燃氣輪機擁有調(diào)峰性能好，啟?？?，運行靈活性高的優(yōu)點，這樣剛好能很好的滿足城市居民用電的需求，能夠更加靈活的滿足城市用電的各項需求，較火力發(fā)電而言擁有很大的優(yōu)勢。與此同時，燃氣輪機發(fā)電適于用作應急電源，當遭遇極端天氣或者特殊情況，當電力供應出現(xiàn)問題時，利用燃氣輪機啟停快、占地面積小、運行靈活性高的優(yōu)勢，可以快速地為大城市中的重要部門、關(guān)系國際民生的部門進行緊急供電，以保證各部門工作的順利進行。所以，在城市中的應急電源選擇上，燃氣輪機發(fā)電的特點非常適合[3]。

燃汽輪機發(fā)電廠在世界上已經(jīng)有很多的應用，發(fā)達國家近20多年來新增發(fā)電量，基本上均為高效天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，替代了原有的常規(guī)火力發(fā)電。另據(jù)統(tǒng)計，英國天然氣發(fā)電已占有全國發(fā)電總量的40%，預計到2020年，天然氣發(fā)電會進一步增長至60%[4]。天然氣發(fā)電的主要裝置就是燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備。進一步發(fā)展使用燃氣輪機發(fā)電技術(shù)才能使我國的能源利用水平有效的追趕國際先進水平。在我國，北京四大熱電中心正在建設(shè)，這是北京市加快清潔能源改造的有力舉措。北京市將會增加天然氣、外調(diào)電力和可再生能源的利用比重。增加對天然氣的使用，可以進一步的壓縮燃煤量，從而更好的保護環(huán)境。同時對天然氣的使用就要求增加燃氣輪機發(fā)電廠在城市中的使用。北京作為先驅(qū)者已經(jīng)率先使用建設(shè)燃氣輪機發(fā)電廠，這將是我國在城市內(nèi)大規(guī)模使用燃氣輪機發(fā)電廠的開始，增加燃氣輪機的是使用將是發(fā)展的大趨勢。

4.結(jié)束語

隨著我國的城市化進程發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，在城市中興建燃氣輪機發(fā)電廠將成為能源利用的新的趨勢。燃氣輪機發(fā)電技術(shù)較原有火力發(fā)電技術(shù)有很大優(yōu)勢，同時相對火力發(fā)電、核能源發(fā)電更適合于城市內(nèi)使用。發(fā)展燃氣輪機發(fā)電技術(shù)，增加在城市內(nèi)的應用，對我國的能源發(fā)展、環(huán)境保護都將有很大的幫助。那么相信，只要國家為燃氣輪機的發(fā)展制定長期規(guī)劃，給予必要的資金投入，依靠技術(shù)人員的共同努力，相信我國燃氣輪機發(fā)電前景將是十分光明的。

參考文獻

[1]吳慶益.提微燃機CCHP系統(tǒng)氣源保障技術(shù)研究[D].同濟大學機械工程學院，2008.

[2]糜洪元.國內(nèi)外燃氣輪機發(fā)電技術(shù)的展望現(xiàn)況與展望[J].電力設(shè)備，2006.

[3]王敏.燃氣輪機發(fā)電技術(shù)在我國能源領(lǐng)域的應用[A].安徽省新能源技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展博士科技論壇，2011.

[4]劉飛躍.燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電場特點及在新疆的應用前景[J].新疆電力，2003.（2）.