燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)供能成本簡析

余磊波

摘 要：電力“十三五”規(guī)劃后，利用清潔的天然氣作為燃料的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組迎來了良好的發(fā)展時(shí)機(jī)。根據(jù)“以熱定電”原則，廣泛開發(fā)熱用戶，將蒸汽供應(yīng)出去的同時(shí)獲得上網(wǎng)電量是燃機(jī)機(jī)組的主要運(yùn)行模式。對蒸汽有需求的工業(yè)用戶通過技術(shù)改造，將燃機(jī)機(jī)組提供的蒸汽作為用能熱源，可以有效的降低運(yùn)營成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為用戶和電廠實(shí)現(xiàn)雙贏的局面奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)；蒸汽制冷；以熱定電

中圖分類號：TM611.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0109-01

在過去的十五年里，我國電力行業(yè)呈現(xiàn)“井噴”式發(fā)展，裝機(jī)容量迅速提升。截至2015年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到15.3億千瓦，其中水電3.2億千瓦，占21.1%；火電9.9億千瓦，占65.56%；核電2608萬千瓦，占1.7%；風(fēng)力、太陽能等新能源發(fā)電約1.72億千瓦。全年用電量達(dá)到5.69萬億千瓦時(shí)。發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量均居世界第一位。隨著我國電力行業(yè)“十三五”規(guī)劃的頒布，“十三五”期間全國氣電新增投產(chǎn)5000萬千瓦，2020年達(dá)到1.1億千瓦以上，其中熱電冷多聯(lián)供1500萬千瓦。可見逐步淘汰傳統(tǒng)火電的落后產(chǎn)能，取而代之的新能源發(fā)電供能將進(jìn)一步發(fā)展并增加市場占有比例已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢之一。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組是以清潔的天然氣作為燃料，相比傳統(tǒng)的燃煤火電廠，機(jī)組在降低污染物排放方面具有非常顯著的優(yōu)勢。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的機(jī)組效率高是其另一大優(yōu)勢，聯(lián)合循環(huán)效率高達(dá)80%以上。此外快速響應(yīng)負(fù)荷變化，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，投資成本低、安全性能好等特點(diǎn)都是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組逐步擴(kuò)大市場的先天優(yōu)勢。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組較為常見的搭配方式是燃機(jī)+余熱鍋爐+背壓機(jī)或抽凝機(jī)，這樣的組合在提升發(fā)電能力的同時(shí)，還可以對外提供蒸汽用作工業(yè)用汽或采暖用汽，最大限度的滿足能源梯級利用的。根據(jù)我國熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃中“以熱定電”原則的要求，對于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組廣泛開拓?zé)嵊脩?，將機(jī)組的蒸汽盡可能的提供出去的同時(shí)還可以發(fā)電上網(wǎng)才是燃機(jī)電廠的營生之道。

因此本文針對上述機(jī)組配型，以某工程為例，簡要分析電廠為用戶供能成本以及用戶和電廠雙方的收益情況。

1 項(xiàng)目概述

某燃機(jī)工程擬建4臺(tái)70MW級燃機(jī)機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)選型擬定為4臺(tái)GE公司的6F.01，配套設(shè)置4臺(tái)自循環(huán)雙壓無再熱余熱鍋爐，汽輪機(jī)的選型為2抽凝+2背壓的模式，并配備1臺(tái)35t/h的調(diào)峰鍋爐。機(jī)組最大供汽能力315t/h，供汽參數(shù)暫定為1.6MPa，300℃。供汽可覆蓋周邊方圓15km的熱用戶，根據(jù)用戶側(cè)對于蒸汽參數(shù)和品質(zhì)的需求配置減溫減壓器。

某工業(yè)用戶距離本工程位置約5km，屬于可供蒸汽范圍內(nèi)。該用戶廠房面積約40萬m2，對于蒸汽的需求主要有三方面的用途：工業(yè)生產(chǎn)用汽、冬季廠房采暖用汽和夏季廠房制冷用汽。該用戶目前解決上述三方面用能需求有以下三種途徑：

（1）自備天然氣鍋爐：用戶通過自備鍋爐燃燒天然氣實(shí)現(xiàn)部分蒸汽供給，全廠供配備4臺(tái)天然氣鍋爐，據(jù)統(tǒng)計(jì)全年天然氣耗量約為1200萬Nm3；（2）外購蒸汽：用戶還需向某供汽單位外購蒸汽，據(jù)統(tǒng)計(jì)全年購汽量約為5.3萬t，購汽參數(shù)為0.6～0.9MPa的飽和蒸汽；（3）自備電空調(diào)：為了滿足廠房夏季制冷的需求，用戶目前采用電空調(diào)供冷方案，全廠配備電空調(diào)裝機(jī)量為10.6萬kW。

2 項(xiàng)目改造方案

2.1 用戶需求

根據(jù)用戶以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過外購的蒸汽供給量不穩(wěn)定，供汽負(fù)荷經(jīng)常存在波動(dòng)，用戶使用較為不便。因此該廠考慮終止與現(xiàn)有供汽單位的合作，全部采用天然氣鍋爐燃燒供汽。但是由此帶來的另一個(gè)問題就是運(yùn)行成本偏高，當(dāng)?shù)靥烊粴鈨r(jià)格為3.49元/Nm3，在考慮鍋爐運(yùn)行維護(hù)等費(fèi)用，全年生產(chǎn)成本將大幅提升。因此用戶有渴望尋求更經(jīng)濟(jì)更可靠的蒸汽源的需求。

2.2 改造方案

按照上述用戶需求，擬定改造方案為選用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的工業(yè)供汽作為汽源，如此一來用戶原有的自備鍋爐和電空調(diào)可用作備用供能方案。為了滿足用戶用能的三方面需求應(yīng)作如下改造：

（1）生產(chǎn)工藝用汽可以直接將蒸汽接入工藝系統(tǒng)；（2）廠房采暖可以配套使用板式換熱器，利用蒸汽在板換間換熱實(shí)現(xiàn)能量傳遞；（3）廠房制冷可以配套蒸汽-溴化鋰機(jī)組，利用蒸汽作為驅(qū)動(dòng)熱源實(shí)現(xiàn)供冷。

2.3 運(yùn)行成本分析

2.3.1 工藝用汽及采暖用汽成本分析

根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)，年外購蒸汽量5.3萬t，蒸汽焓值按3000kJ/kg考慮，全年通過外購蒸汽供能為15.9萬GJ。按該地區(qū)天然氣熱值33MJ/Nm3考慮，如果此部分熱能改為全部使用自備鍋爐燃燒天然氣產(chǎn)生，鍋爐效率暫按90%計(jì)算，則需要的天然氣耗量為535萬Nm3。用戶原有自備鍋爐全年天然氣耗量為1200萬Nm3，兩者相加后既得用戶全部熱能采用自備爐供能所需天然氣年耗量為1735萬Nm3。按照天然氣價(jià)格3.49元/Nm3計(jì)算，全年天然氣消耗成本約6055萬元。

2.3.2 制冷用電成本分析

根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)，該廠制冷采用電空調(diào)集中制冷方案，全廠配備制冷設(shè)備共計(jì)37臺(tái)，總裝機(jī)容量達(dá)到10.6萬KW。考慮廠址所在地夏季氣候條件的因素，按照每月工作日22天，每天空調(diào)開放時(shí)間12個(gè)小時(shí)，暑期季節(jié)共5個(gè)月考慮，并以電空調(diào)的COP值為2.5作為設(shè)定計(jì)算輸入值，則可計(jì)算出整個(gè)制冷季所需冷量為62.964萬GJ。由于該廠用電屬于直供電用戶，因此電價(jià)相對較低，為0.52元/kWh。因此全年制冷耗費(fèi)成本約3638萬元。

2.3.3 改造后運(yùn)行成本

擬定該廠考慮進(jìn)行技術(shù)改造，改用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組提供的蒸汽作為輸入能源取代上述用能方案，運(yùn)行成本分析對比如下：

（1）原天然氣爐和外購蒸汽所產(chǎn)生的能量由燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組提供，所需總熱量為57.255萬GJ。暫定按熱價(jià)80元/GJ計(jì)算，則全年用熱成本為4580萬元。相比之下，用熱成本下降了1475萬元?？梢姼臑椴捎萌?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組提供的蒸汽運(yùn)行經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。（2）制冷方面常規(guī)的方法是選用蒸汽-溴化鋰機(jī)組供冷，考慮到溴化鋰機(jī)組的COP值較低，暫定為COP=1.2考慮，暫定按熱價(jià)80元/GJ計(jì)算，則制冷改為燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組提供的蒸汽作為驅(qū)動(dòng)熱源后運(yùn)行成本為4197萬元。比原電空調(diào)制冷方案運(yùn)行費(fèi)用增加了383萬元。可見對于制冷用汽，熱價(jià)定位80元/GJ不具備優(yōu)勢，這主要是受到蒸汽-溴化鋰機(jī)組COP值較低的制約。（3）綜上所述，改造后全年運(yùn)行成本較用戶以往運(yùn)行方案總計(jì)節(jié)省了1092萬元，總體經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

3 結(jié)語

（1）對于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組而言，根據(jù)“以熱定電”原則，廣泛開發(fā)蒸汽用戶，將更多的蒸汽供應(yīng)給需求方，才能夠獲得更多的上網(wǎng)電量指標(biāo)，從而獲得更多的經(jīng)濟(jì)收益；（2）對于工業(yè)用戶而言，自備天然氣鍋爐通過燃燒天然氣產(chǎn)生蒸汽的運(yùn)行成本較高，這主要是受到天然氣價(jià)格因素的影響。因此改用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組提供的蒸汽作為熱源的方案可以較大幅度的降低運(yùn)行成本，提升用戶利潤空間；（3）蒸汽制冷受設(shè)備性能影響，與傳統(tǒng)電空調(diào)相比優(yōu)勢不明顯。因此，適當(dāng)降低供冷期蒸汽價(jià)格，更好的滿足供求雙方的需求，制冷用汽定價(jià)策略應(yīng)能夠打動(dòng)用戶，尋求為供求雙方實(shí)現(xiàn)雙贏的結(jié)果。endprint