淺析國內燃氣輪發(fā)電設備的市場前景

郭建福

摘 要：隨著全球范圍內的能源緊張問題越來越嚴重，針對電力資源的開發(fā)和利用的研究越來越多，以燃氣輪發(fā)電設備為基礎的具有更高效發(fā)電功能的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術受到了世界各國的追捧。由此，也帶動了我國燃氣輪發(fā)電的快速發(fā)展。本文基于燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術的不斷成熟和發(fā)展，就燃氣輪發(fā)電設備在我國的市場發(fā)展前景進行了分析。

關鍵詞：燃氣輪機；發(fā)電；市場前景

中圖分類號：TK471 文獻標識碼：A

在電力資源被廣泛應用以來，火電站汽輪機在相當長的時間內一直是電力開發(fā)的主要設備。然而，隨著煤炭資源的日益減少，社會經濟發(fā)展對能源的需求卻在不斷提升，同時全世界的環(huán)保意識也在逐漸增強，針對更為高效、清潔的發(fā)電設備的研發(fā)使得燃氣輪機設備進入了大眾的視野。

作為一種清潔高效、低成本高可靠的供能系統(tǒng)，燃氣輪機設備的適配性極強，可以在多種發(fā)電模式中發(fā)揮作用，尤其是其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的開發(fā)，使得燃氣輪機設備的效率和機動性得到了更大的提升，即可以作為電網的調峰機組使用，也可以用于電網的基礎發(fā)電，同時還能滿足環(huán)保需求，這使得燃氣輪機迅速占領了電力開發(fā)的主流地位。

我國對于燃氣輪機設備的關注始于改革開放后社會經濟快速發(fā)展對電力能源的需求快速提升的階段，一批先進的燃氣輪機設備的引進和應用，為緩解我國電力資源緊缺的現(xiàn)狀起到了巨大作用。隨著科技發(fā)展的需求和我國能源政策的調整更新，燃氣輪機設備在我國的應用受到了更多的重視，并使其發(fā)展前景更為明朗。

一、燃氣輪機發(fā)電技術概述

20世紀50年代，燃氣輪機發(fā)電技術正式誕生。由于相關技術具有較明顯的缺陷，當時的燃氣輪機單機容量小，熱效率低下，在電力系統(tǒng)中僅作為緊急備用的電源和調峰機組使用。但是，相關的技術的發(fā)展一直保持著較好的勢頭，到了20世紀60年代，隨著燃氣輪機技術的安全性和調峰作用被充分認識，燃氣輪機設備在國外電網中的普及率迅速提升到了8%～12%。到了20世紀80年代，基于燃氣輪機技術的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機型的出現(xiàn)使得燃氣輪機設備的功率和效率得到了質的提升，使其成為具備了基本負荷和中間負荷的功能，徹底改變了燃氣輪機設備僅僅只能作為緊急備用電源和調峰機組的次要地位。在美國、德國等國家，燃氣輪機設備的使用率得到了廣泛的應用，目前在美國燃氣輪機發(fā)電容量已占到了全國發(fā)電總容量的44%，而在德國燃氣輪機發(fā)電容量更是占到了全國發(fā)電總容量的2/3。燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術在火利發(fā)電中的重要作用已突顯出來。多家知名企業(yè)如GE、三菱、西門子等均參與到了燃氣輪機技術的研究中，并取得了較大的技術突破。

二、燃氣輪發(fā)電技術在我國的發(fā)展

1.我國燃氣輪機發(fā)展現(xiàn)況

1959年，我國通過瑞士BCC公司引進了兩套6200kW的單循環(huán)燃氣輪機列車發(fā)電機組，自此開始了我國對于燃氣輪機相關技術的研究應用。到了20世紀60年代，上汽、南汽、哈汽、東汽等廠家均開展了針對燃氣輪機的設計生產工作，并使我國燃氣輪發(fā)電設備的總裝機容量達到了6萬kW，初步實現(xiàn)了我國在燃氣輪機發(fā)電領域的啟動性研究。然而，由于技術方面的相對落后，這些投入使用的燃氣輪發(fā)電設備均為單循環(huán)機組，且燃氣初溫較低，僅為600℃～700℃，熱效率也只達到了16%～25%。隨后，由于政治、經濟等多方面因素的影響，直到1972年和1976年，我國分別從英國和日本引進10套功率在21700kW～23000kW的單循環(huán)機組，才將我國的燃氣輪發(fā)電機組總裝機容量提升到了30萬kW，與此同時大批廠家退出了對于燃氣輪機的研究，這一狀況一直持續(xù)到改革開放以后，才得以改善。進入21世紀，由于我國經濟發(fā)達地區(qū)對電力資源的需求不斷提升，燃機電站的建設進入了高速發(fā)展的時期，然而截止2016年底，其在電網中的總裝機容量比例依然只占4.2%，遠遠落后于國外對于燃氣輪發(fā)電技術的應用程度。但近年來，受利好政策、能源、環(huán)保等因素的影響和推動，我國的燃氣發(fā)電量正處于快速上升的階段。據中電聯(lián)發(fā)布的2015年電力工業(yè)統(tǒng)計快報顯示，2014年，我國的燃氣發(fā)電機裝機容量為5697萬kW，發(fā)電量為1332.8257億kW·h；2015年，這兩項數據分別為6637萬kW和1658.3766億kW·h，僅一年時間，我國的燃氣發(fā)電機裝機容量和發(fā)電量就分別增長了16.5%和24.4%。

目前，我國的燃氣發(fā)電應用具有明顯的地域特征，在東南沿海、長三角、環(huán)渤海等一次性能源匱乏、經濟較發(fā)達地區(qū)，燃氣輪機電廠的分布更為密集，就發(fā)電量來看華南、華東地區(qū)占有的比重最大，其次是華北地區(qū)；就裝機容量來看，廣東省的燃氣輪機電廠裝機容量最高，達到了全國23%的占比，其次是江蘇15%、浙江12%、上海9%。

2.我國燃氣輪機發(fā)電技術水平

在20世紀80年代以前，我國建立的燃機電站均采用的是單循環(huán)機組，這種類型的燃氣輪機的熱效率一般僅為26%以內。80年代后期興建的燃機電站大多采用了輕柴油、原油、重油為燃料，等級為36MW和100MW。進入21世紀，通過引進國外先進技術，我國再一次提升了燃氣輪機的等級，即將投運的燃機電廠燃氣初溫將達到了1500℃，單循環(huán)熱效率約為40%，聯(lián)合熱效率則達到了61%。目前，國內的燃氣輪機電廠主要采用的是燃氣-蒸汽循環(huán)的運行方式。燃氣-蒸汽循環(huán)方式的優(yōu)勢在于在燃燒天然氣產生高溫煙氣將一部分熱能通過燃氣輪機的做功轉換成高品位電能的同時，還可利用燃氣輪機排煙中的余熱進行進一步的轉換獲得電能，另外還可實現(xiàn)供熱和制冷的需求，使能源的利用率大幅度提升。

三、燃氣輪發(fā)電設備在我國的市場前景分析

1.燃氣輪發(fā)電設備的應用優(yōu)勢分析

經過多年的研發(fā)，燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的性能已明顯提升，并在世界范圍內得到了迅速推廣，使得燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的數量達到了與汽輪發(fā)電機組相當的規(guī)模，而燃氣輪發(fā)電設備的主要應用范圍包括：

（1）通過組建大功率、高效率的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠，將更為廉價、清潔的天然氣燃料利用于電廠生產，不僅有利于控制發(fā)電成本，更有利于環(huán)境保護。

（2）由于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的建造成本較低，且具有啟動速度快、自動化程度高、占地少、耗水少等特點，更適合用作調峰電廠，并獲得了世界范圍內的認可和應用。

（3）針對原有的單循環(huán)燃氣輪發(fā)電機組進行聯(lián)合循環(huán)改造，尤其是對服役長達30年以上的單循環(huán)燃氣輪發(fā)電機組的改造，可以在現(xiàn)有設備的基礎上進行增加容量、提升效率的改造工作，同時還可以減少電廠運行對環(huán)境的污染和實現(xiàn)發(fā)電成本的有效控制。

（4）針對早期興建的核電廠進行聯(lián)合循環(huán)改造，可以利用燃氣輪發(fā)電機組代替核反應堆，充分利用原有的汽輪發(fā)電機級和輸變電設備，使原電廠的生產資源繼續(xù)發(fā)揮作用，獲得良好的經濟效益。

（5）不少早期建造的火力發(fā)電廠主要是以煤炭為生產燃料的，而隨著煤炭資源的快速消耗和燃燒煤炭帶來的污染對環(huán)境造成的威脅越來越不能適應時代的發(fā)展，針對這一批電廠的改造需求日益迫切，而燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠為相關的改造計劃提供了可行性方案，并促使了相關改造工作的快速開展。

2.我國燃氣輪發(fā)電設備的應用前景

目前，我國電力生產依然還是以燃煤電廠為主導，其裝機總容量約占整體的57%左右，燃氣電廠只占到了4.2%左右的份額。由于我國的水力資源有限，且石油、天然氣供應不足等問題，在今后的一段時間內，以燃煤電廠為主的電力生產模式還會得以維持，從長遠來看，隨著我國經濟的不斷發(fā)展，用電量的持續(xù)增加已是必然趨勢，為滿足社會對電力資源的需求，預估今后我國每年新增的發(fā)電設備裝機容量可達5.5%左右。

在火電機組中，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠在提高電力資源生產、緩解電力供需矛盾方面的優(yōu)勢必將使其在我國未來的電力生產中發(fā)揮重要作用。特別是在東南沿海地區(qū)，由于海上油氣田的開發(fā)利用不斷加大，在很大程度上解決了油氣燃料的供應的問題，同時隨著天然氣、液化石油氣的進口價格不斷下降，使得應用天然氣等資源的燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組在推廣和應用上更具潛力。

我國發(fā)改委發(fā)布的《國家應對氣候變化規(guī)劃（2014～2020年）》中指出，到2020年，我國的天然氣消費量將達到3600億m3，在一次性能源消費中可達10%以上的比重，結合中電聯(lián)發(fā)布的《“十三五”天然氣發(fā)電需求預測》中對2020年我國天然氣發(fā)電規(guī)模1億kW左右（其中，分布式發(fā)電量4000萬kW）的預計，我國目前的燃氣輪發(fā)電設備的總裝機容量顯然是不夠的，也就是說在未來我國將迎來一個燃氣輪發(fā)電設備發(fā)展和裝備的良好時機。

結語

隨著環(huán)保意識的不斷深入，傳統(tǒng)的燃煤汽輪機組在電力生產中產生的污染問題日益受到大眾的關注，社會對于清潔性能源的需求更為強烈，為解決電力生產與環(huán)境保護之間的矛盾，我國的燃氣發(fā)電機設備必然會向更為清潔的能源發(fā)電方向發(fā)展，由此必然會擴大燃氣輪發(fā)電設備的市場，使燃氣輪機發(fā)電在我國得到更廣闊的利用。

參考文獻

[[1]陳國鋒.重型燃氣輪機發(fā)電機組制造用材料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 燃氣輪機發(fā)電技術，2008，4（3）：310-313.

[2]孫喜春.關于發(fā)展燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的探討[J].企業(yè)技術開發(fā)旬刊，2013，32（5）：93-94.

[3]王如房.淺談燃氣輪機發(fā)電機組的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].能源與節(jié)能，2013（10）：83-83.

[4]卞喬治.簡析燃氣輪機發(fā)電機組的現(xiàn)狀及未來發(fā)展[J].中國機械，2014（11）：190-190.

[5]蔣洪德，任靜，李雪英，等.重型燃氣輪機現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國電機工程學報，20