天然氣發(fā)電的特點(diǎn)及發(fā)展前景

摘 要：天然氣是清潔能源，不僅可以用來(lái)發(fā)電，還可以有效夠改善空氣污染，減少碳、硫等排放。本文將介紹世界能源結(jié)構(gòu)與發(fā)展、天然氣發(fā)電的現(xiàn)狀及特點(diǎn)、以及我國(guó)的天然氣發(fā)電，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：天然氣發(fā)電； 燃?xì)廨啓C(jī)； 環(huán)保

1 概述

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的能源發(fā)電結(jié)構(gòu)都是以煤炭為主，但是煤電的二氧化硫、氮氧化物等排放污染以成為環(huán)境保護(hù)的主要問(wèn)題。而且隨著物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。因此采用有效清潔的能源逐步代替部分燃煤，減少各類污染排放，成為我國(guó)能源調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)。

2世界能源結(jié)構(gòu)的變化與發(fā)展

自19世紀(jì)70年代工業(yè)革命以來(lái)，化石燃料的消費(fèi)急劇增長(zhǎng)。初期主要是以煤炭為主，但是到20世紀(jì)以后，石油與天然氣消耗持續(xù)上升。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，石油在20世紀(jì)60年代首次超過(guò)煤炭。其后經(jīng)過(guò)兩次世界石油危機(jī)后，石油和煤炭所占比例緩慢下降，天然氣比例開(kāi)始上升。到21世紀(jì)初，化石能源仍是世界的主要能源，約占世界一次能源供應(yīng)中的87.7%，這其中石油占37.3%、煤炭26.5%、天然氣占23.9%。此外，核能、風(fēng)能、水力、太陽(yáng)能、地?zé)岬刃履茉措m然逐漸被開(kāi)發(fā)，但是仍然占較低的比例，約為12.3%。近年來(lái)，天然氣消費(fèi)量逐步增加。在很多發(fā)達(dá)國(guó)家，天燃?xì)獍l(fā)電已經(jīng)成為主力發(fā)電，漸漸取代了燃煤發(fā)電。相較發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)天然氣利用率較低。我國(guó)天然氣在一次能源中的比例較低，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有著巨大差距。為了減少環(huán)境污染，能源結(jié)構(gòu)低碳化得到廣大支持，天然氣也得到了快速發(fā)展，在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)比重逐年增加。

3燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

3.1燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)

燃?xì)廨啓C(jī)是一種以天然氣為工質(zhì)、內(nèi)燃、連續(xù)回轉(zhuǎn)的葉輪式熱能動(dòng)力機(jī)械。主要由壓氣機(jī)、燃燒室、透平三大部件構(gòu)成。其熱力循環(huán)主要由四個(gè)過(guò)程組成，即壓氣機(jī)中的空氣壓縮過(guò)程、燃燒室中的燃燒過(guò)程、透平中的膨脹做功過(guò)程以及排氣系統(tǒng)中的自然放熱。燃燒方式為內(nèi)燃，所以設(shè)備簡(jiǎn)單，啟動(dòng)和加載時(shí)間短，建設(shè)電廠金屬消耗量、廠房占地面積與安裝周期都成倍減少。但是由于內(nèi)燃溫度較高，對(duì)高溫部件材料的耐熱要求高。

3.2燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的特點(diǎn)

燃?xì)廨啓C(jī)與一般的燃煤火電機(jī)組相比，顯著特點(diǎn)就是啟停速度快，加減負(fù)荷迅速。因此更適合用于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，可以減少電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，提高電能質(zhì)量。此外，也用于黑啟動(dòng)電源點(diǎn)配置。在很多國(guó)家，都曾發(fā)生過(guò)電網(wǎng)大規(guī)模停電事故，這時(shí)候就需要在一定范圍的電網(wǎng)內(nèi)配備黑啟動(dòng)電源點(diǎn)。而燃?xì)廨啓C(jī)具有快速啟動(dòng)的特點(diǎn)，因此非常適合作為黑啟動(dòng)電源點(diǎn)。一旦發(fā)生大規(guī)模電網(wǎng)停電，能夠使電網(wǎng)在很短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)與常規(guī)火電相比，還具有以下優(yōu)點(diǎn)。供電效率遠(yuǎn)超過(guò)燃煤的蒸汽輪機(jī)電站。建設(shè)周期短。比投資費(fèi)用比燃煤電廠低很多。運(yùn)行自動(dòng)化程度高，可以晝開(kāi)夜停。由于采用天然氣清潔能源，污染排放少。

4.燃?xì)廨啓C(jī)的分類

4.1 簡(jiǎn)單循環(huán)

由燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)獨(dú)立組成的循環(huán)系統(tǒng)成為簡(jiǎn)單循環(huán)，也叫開(kāi)式循環(huán)燃燒產(chǎn)生的高溫排汽直接排入大氣，不進(jìn)行任何利用。其類似于工業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)中飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)就是裝機(jī)快、啟停靈活，多用于電網(wǎng)緊急調(diào)峰、黑啟動(dòng)。其缺點(diǎn)就是效率很低。

4.2燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)

其特點(diǎn)就是在燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)基礎(chǔ)上，利用燃?xì)廨啓C(jī)高溫排汽的余熱在余熱鍋爐中將水加熱變成高溫、高壓的過(guò)熱蒸汽，再將蒸汽引人汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)膨脹做功。這種情況下，由于利用了排汽，其效率也大大提高。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)和常規(guī)的燃煤蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)發(fā)電相比，發(fā)電技術(shù)有巨大的優(yōu)點(diǎn)。其一熱利用效率高，比常規(guī)機(jī)組高15%-18%。其二污染低。主要有害物質(zhì)SO2、NOx以及粉塵排放都比常規(guī)燃煤機(jī)組低很多。其三耗水量，由于燃?xì)廨啓C(jī)不需要大量的冷卻水，所以其耗水量一般僅為常規(guī)燃煤機(jī)組的50%—80%。

5我國(guó)天燃?xì)獍l(fā)電前景

5.1我國(guó)天然氣發(fā)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)天然氣發(fā)電機(jī)組主要分布在長(zhǎng)三角（占比約 32%）、東南沿海（約占 34%）等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省市。其他地區(qū)也有少量自備燃?xì)怆姀S如 ：京津地區(qū)（約占 23%）。

目前中國(guó)天然氣發(fā)電成本較高。中國(guó)天然氣39%需要進(jìn)口，而且進(jìn)口天然氣中58%需要海上進(jìn)口LNG。由于天然氣價(jià)格影響，天然氣發(fā)電企業(yè)盈利微薄。而與此相比，燃煤發(fā)電成本較低。尤其是隨著 2012 年以來(lái)煤價(jià)持續(xù)降低。并且中國(guó)的天然氣優(yōu)先是滿足民用需求，其次考慮工業(yè)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)已經(jīng)成為世界電力工業(yè)的重要組成部分。但中國(guó)在這方面起步比較晚，燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)技術(shù)較弱，核心部件技術(shù)較多為外國(guó)掌控，技術(shù)薄弱導(dǎo)致我國(guó)燃機(jī)設(shè)備故障頻繁，浪費(fèi)大量的時(shí)間與維護(hù)經(jīng)費(fèi)，進(jìn)一步導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性差。

5.2我國(guó)天然氣來(lái)源與發(fā)展

我國(guó)天然氣發(fā)電技術(shù)想要發(fā)展，首先必須需要充足的天然氣來(lái)源作為保障。

2000 年至今我國(guó)天然氣儲(chǔ)量年均增長(zhǎng) 5.9%，產(chǎn)量年均增長(zhǎng) 12%（2013年以后保持在 8% 左右）。 與此同時(shí)天然氣需求量也急速增長(zhǎng)，導(dǎo)致天然氣進(jìn)口額快速增長(zhǎng)。目前，我國(guó)天然氣資源的供應(yīng)主要有四個(gè)渠道。1、我國(guó)西北地區(qū)天然氣資源很豐富，通過(guò)西氣東輸向東部地區(qū)供氣。2、由沿海一帶開(kāi)發(fā)的油氣田向東部地區(qū)供應(yīng)天然氣。3、以管道的形式，從俄羅斯、哈薩克斯坦等國(guó)家地區(qū)進(jìn)口。4、從海外進(jìn)口液化天然氣（LNG）。

俄羅斯是全球天然氣儲(chǔ)量第一大國(guó)，其次為伊朗、卡塔爾。我國(guó)天然氣儲(chǔ)量為居世界第14位，與世界前三位儲(chǔ)量上有很大差距。從數(shù)據(jù)上看我國(guó)天然氣儲(chǔ)量雖然有限，但是目前隨著中國(guó)“一帶一路”的戰(zhàn)略發(fā)展，加強(qiáng)了中國(guó)與俄羅斯、伊朗等天然氣大國(guó)的緊密聯(lián)系，天然氣也將便快捷地進(jìn)入中國(guó)。

此外，中國(guó)的“頁(yè)巖氣”儲(chǔ)量豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已經(jīng)探測(cè)的深埋小于2000米的頁(yè)巖氣資源量為36.81萬(wàn)億立方米，居世界第三位。頁(yè)巖氣資源潛力巨大，前景廣闊。2010年國(guó)家能源局成立了首個(gè)頁(yè)巖氣研發(fā)實(shí)驗(yàn)中心，以進(jìn)一步推動(dòng)頁(yè)巖氣資源開(kāi)發(fā)工作。中國(guó)首個(gè)頁(yè)巖氣田，位于重慶市東部。隨著中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)的天然氣產(chǎn)量也會(huì)一步步提高。

5.3我國(guó)天然氣發(fā)電行業(yè)前景展望

近幾年，霧霾天氣越來(lái)越嚴(yán)重，尤其是北方冬天供暖供熱時(shí)候。而人們對(duì)環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越高，天然氣發(fā)電剛好可以滿足人們對(duì)環(huán)保的需求。我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期，煤炭化石能源是我國(guó)使用的主要能源，嚴(yán)重的污染了環(huán)境。國(guó)家也意識(shí)到問(wèn)題的嚴(yán)重性，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》提出，到2020年，煤炭消費(fèi)比重控制在62%以內(nèi)。而近期連續(xù)出臺(tái)的環(huán)保政策都對(duì)燃煤電站繼續(xù)發(fā)展有著極大限制。例如 ：禁止京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等區(qū)域建設(shè)自備燃煤電站。雖然我國(guó)在大力支持發(fā)展可再生新能源，如風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等。但是這幾種新能源發(fā)電受環(huán)境限制較，還不能完全取代化石能源。因此，天然氣發(fā)電取代煤炭發(fā)電是較好的選擇。

6結(jié)束語(yǔ)

天然氣發(fā)電有較多優(yōu)勢(shì)，也是未來(lái)的趨勢(shì)，但是在當(dāng)前也有不少的困難。這不僅需要國(guó)家的政策支持，也需要對(duì)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)和燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的繼續(xù)研究。相信在不久未來(lái)，天然氣發(fā)電慢慢取代燃煤發(fā)電，讓我們都能看到藍(lán)天白云。

參考文獻(xiàn)：

【1】都大永，黃輝 . 國(guó)外天然氣發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)與啟示 [J]. 上海煤氣，2013

【2】《大型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書》 中國(guó)華電集團(tuán)公司 2009

作者簡(jiǎn)介：

姓名（李關(guān)寶），性別（男），出生年（1990），籍貫到市（河南省禹州市），民族（漢），職稱（助理工程師），學(xué)歷（大學(xué)本科），研究方向（天燃?xì)獍l(fā)電），單位名稱（浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司），單位所在省市（浙江省寧波市），單位郵編（315208）