能源行業(yè)燃?xì)廨啓C發(fā)展途徑思考

郭華璋

中鐵國際集團(tuán)有限公司, 北京 100036

0 前言

天然氣發(fā)電具有清潔、高效、低碳、靈活的突出優(yōu)勢,發(fā)展氣電對于改善大氣環(huán)境質(zhì)量、積極應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”,促進(jìn)天然氣能源有效利用和發(fā)展、保障電力系統(tǒng)能源平穩(wěn)供應(yīng),具有重要的意義。中國的燃?xì)廨啓C制造技術(shù)起步較晚,發(fā)展曲折,由于關(guān)鍵技術(shù)仍被國外企業(yè)壟斷,因此實現(xiàn)燃?xì)廨啓C國產(chǎn)化是發(fā)展氣電行業(yè)的首要關(guān)鍵[1-6]。

1 燃?xì)廨啓C的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)

燃?xì)廨啓C作為渦輪航空發(fā)動機的工業(yè)化改型,廣泛應(yīng)用于天然氣發(fā)電、船用動力、天然氣管道增壓等領(lǐng)域,是關(guān)系軍事安全以及能源安全的重要高科技機電裝備。雖然燃?xì)廨啓C機械結(jié)構(gòu)相較于往復(fù)式機械結(jié)構(gòu)簡單,但對材料、加工工藝、機電一體化程度、自控水平有著極高的要求,代表了一個企業(yè)乃至國家的工業(yè)化程度水平,所以被譽為工業(yè)“皇冠上的明珠”。

1.1 燃?xì)廨啓C的工作原理

燃?xì)廨啓C是一種將化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)式機械,主要工作原理是通過壓氣機將外部空氣進(jìn)行壓縮,其中壓氣機分為軸流式壓氣機和離心式壓氣機。一般微型燃?xì)廨啓C采用離心式壓氣機較多,主要功率在1.5 MW以下。中型、大型燃?xì)廨啓C采用軸流式壓氣機,由多級壓氣葉片完成空氣的壓縮。以索拉透平公司生產(chǎn)的Titan 130燃?xì)廨啓C為例,在通過13級葉片壓縮后,將空氣壓力從大氣壓提高約14倍,通過軸流式壓氣機出口導(dǎo)流片和擴(kuò)散器降低空氣流速,進(jìn)一步提高空氣壓力,進(jìn)入燃燒室。同時燃料(氣體或液體燃料)也通過燃料噴嘴噴入燃燒室,與高壓空氣進(jìn)行混合后燃燒。燃燒生成的高溫、高壓煙氣受熱后膨脹,經(jīng)過導(dǎo)流后與一級葉片接觸,氣體在接觸過程中逐漸膨脹,推動透平葉片帶動主軸旋轉(zhuǎn)。從一級透平葉片流出后,氣體繼續(xù)膨脹,分別與第二級和第三級透平葉片接觸做功,最后從出氣口排出大氣或者進(jìn)入后續(xù)換熱器進(jìn)行循環(huán)利用。通常雙軸型燃?xì)廨啓C的一級透平葉片與壓氣機軸連接,與壓氣機同速旋轉(zhuǎn),用以帶動壓氣機工作。二級透平葉片與三級透平葉片同屬動力透平軸,與后端被驅(qū)動設(shè)備(壓縮機、發(fā)電機等)通過聯(lián)軸器以及齒輪變速箱相連,可以獨立于壓氣機軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)自由調(diào)速以及輕便啟動的功能。通常燃?xì)廨啓C用于驅(qū)動壓氣機的壓縮氣體功率占總功率的40%。隨著高溫材料的研發(fā)和單晶透平葉片的性能提高,以及中空葉片制造工藝的不斷升級,動力透平葉片的耐受溫度不斷提升，燃?xì)廨啓C主要控制溫度之一的動力透平進(jìn)口溫度不斷提升,帶來燃?xì)廨啓C功率以及燃燒效率的提高。在安全運行的前提下,動力透平進(jìn)口溫度的提升意味著必須尋找研發(fā)更耐高溫的合金材料、更強悍的葉片涂層(主流為陶瓷材質(zhì)),以及更高效的空氣冷卻方案。燃?xì)廨啓C與傳統(tǒng)的往復(fù)式發(fā)動機、蒸汽輪機相比,具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、占地少、啟動迅速等特點,故大量用于調(diào)峰發(fā)電、海上發(fā)電,以及帶動泵、壓縮機等設(shè)備。燃?xì)廨啓C發(fā)電機(索拉透平)見圖1。

圖1 燃?xì)廨啓C發(fā)電機圖(索拉透平)Fig.1 Gas turbine generator(Solar Turbines)

1.2 燃?xì)廨啓C的關(guān)鍵技術(shù)

燃?xì)廨啓C實際上是航空發(fā)動機在工業(yè)上的應(yīng)用與拓展,屬高科技范籌,其關(guān)鍵技術(shù)幾乎涉及了所有工業(yè)技術(shù)的難點。

1)壓氣機方面:壓氣機氣動高負(fù)荷、高效率、高轉(zhuǎn)速設(shè)計技術(shù),氣動性能高穩(wěn)定性設(shè)計技術(shù),整機氣動性能模擬與實驗技術(shù),轉(zhuǎn)子強度與振動設(shè)計技術(shù)等。

2)燃燒室方面:燃料燃燒模擬設(shè)計與驗證技術(shù),火焰筒壁涂層與多層結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù),氣體燃料與液體燃料噴嘴設(shè)計與測試技術(shù),高溫零部件氣體冷卻、陶瓷涂層防護(hù)、抗旋轉(zhuǎn)與振動強度設(shè)計技術(shù),富氧燃燒低排放燃燒設(shè)計與試驗技術(shù),寬范圍燃料組分穩(wěn)定燃燒設(shè)計與試驗技術(shù)等。

3)透平方面:動葉片、靜葉片、輪盤冷卻設(shè)計與試驗技術(shù),葉片單晶制造技術(shù),葉片中空鑄造及冷卻技術(shù)。

4)材料方面:強抗熱腐蝕定向和單晶高溫合金體系,高溫合金材料體系,陶瓷涂層材料技術(shù)等。

5)系統(tǒng)設(shè)計方面:葉片冷卻空氣系統(tǒng)設(shè)計、性能分析和調(diào)試技術(shù),控制系統(tǒng)自動控制,可調(diào)靜葉片自動控制,起動系統(tǒng)技術(shù),軸承和滑油系統(tǒng)技術(shù)。

6)系統(tǒng)工藝技術(shù)方面:復(fù)雜中空結(jié)構(gòu)鑄造技術(shù),高強抗熱沖擊陶瓷涂層殼制造技術(shù),大尺寸定向結(jié)晶、單晶葉片定向凝固技術(shù),高溫透平葉片加工、焊接、熱處理、檢測等工藝,葉片涂層技術(shù),燃?xì)廨啓C葉片的工程化研究,燃?xì)廨啓C葉片制造規(guī)范和驗收標(biāo)準(zhǔn),大型渦輪盤的設(shè)計制造技術(shù),高強鋼拉桿制造工藝,燃燒器設(shè)計制造技術(shù)等。

1.3 燃?xì)廨啓C的類型

燃?xì)廨啓C和航空發(fā)動機的工作原理基本相同,將化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為機械能,最終通過被驅(qū)動設(shè)備轉(zhuǎn)化為動力或者是電能。無論是輕型或重型燃?xì)廨啓C,均與航空發(fā)動機技術(shù)有關(guān):1)輕型航改機,由成熟的航空發(fā)動機進(jìn)行工業(yè)化改型,功率主要在50 MW以下,用于調(diào)峰發(fā)電、分布式能源、海上動力、天然氣壓縮等場景；2)重型燃?xì)廨啓C則完全利用原型機平臺重新設(shè)計,為滿足城市電網(wǎng)電力需求,功率在50 MW以上。由于具有功率密度大、啟動快、帶負(fù)荷能力強、污染小、噪音小、安全可靠等技術(shù)特點,隨著能源結(jié)構(gòu)以及環(huán)保要求的逐漸提升,燃?xì)廨啓C的應(yīng)用和制造技術(shù)也得到不斷發(fā)展。

燃?xì)廨啓C按燃燒溫度分級(100 ℃為一級別),其中E級、F級、G級燃?xì)廨啓C的透平轉(zhuǎn)子進(jìn)口溫度分別在1 200 ℃、1 300 ℃、1 400 ℃。按功率大小，又可分為4個類別,其中微型、小型、中型燃?xì)廨啓C屬輕型燃?xì)廨啓C，大型燃?xì)廨啓C屬重型燃?xì)廨啓C，見表1。

表1 燃?xì)廨啓C的類型與應(yīng)用表

1.4 燃?xì)廨啓C的應(yīng)用

1.4.1 軍用船舶、坦克和裝甲車

燃?xì)廨啓C具有功率密度大、啟停靈活、噪音低頻分量低的優(yōu)勢,符合軍用艦船對動力系統(tǒng)的性能要求。歐美國家和日本的水上艦艇早已將其作為裝備動力；美國和俄羅斯還將燃?xì)廨啓C用于裝備軍用坦克、裝甲車的動力(表1中小型、微型燃?xì)廨啓C)。

1.4.2 發(fā)電

在發(fā)電行業(yè),負(fù)荷發(fā)電基本以大功率(大型)燃?xì)廨啓C為主,調(diào)峰發(fā)電則以航改燃(中型、小型、微型)燃?xì)廨啓C為主。天然氣發(fā)電穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)性能高，可節(jié)省土地和水資源。它具有效率高、污染少、啟動快、清潔環(huán)保等特點,是可再生能源的有效補充,具有調(diào)峰調(diào)頻的靈活能力。例如,2007年以來,美國發(fā)展氣電和可再生能源,使碳排放量下降了三分之一(表1中大型、中型、小型燃?xì)廨啓C均可應(yīng)用)。

1.4.3 油氣輸送

石油、天然氣通常采用管道輸送,設(shè)立增壓站是保證石油、天然氣連續(xù)輸送的必要措施。對于外電供應(yīng)受限場合,中、小型輸氣增壓站一般常用天然氣發(fā)動機,而大型輸氣增壓站采用燃?xì)廨啓C驅(qū)動壓縮機是最佳選擇,尤其是當(dāng)功率大于6 MW時,采用燃?xì)廨啓C驅(qū)動離心壓縮機可以發(fā)揮最佳的工作效能(表1中小型燃?xì)廨啓C)。

2 燃?xì)廨啓C的發(fā)展

2.1 世界燃?xì)廨啓C的發(fā)展成果

由于燃?xì)廨啓C可用于軍事用途,歐美國家和日本用了50～60年的時間,用大量的資金支持燃?xì)廨啓C發(fā)展。如今燃?xì)廨啓C已廣泛應(yīng)用于發(fā)電、艦船動力、機械驅(qū)動等重要領(lǐng)域。目前先進(jìn)的燃?xì)廨啓C簡單效率已超過40%,聯(lián)合循環(huán)效率已超過60%,燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)逐步成為所有熱循環(huán)效率最高的大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電方式。2018年全球氣電裝機達(dá)180×104MW,占全球發(fā)電總裝機量的四分之一,其中北美地區(qū)氣電裝機占比41.2%,歐洲地區(qū)氣電裝機占比27.9%,中東地區(qū)氣電裝機占比66.4%[7](中國無統(tǒng)計數(shù)據(jù))。2021年中國氣電裝機占比僅為4.5%[8]。2018年全球燃?xì)廨啓C市場競爭格局[9]見圖2。

圖2 2018年全球燃?xì)廨啓C市場競爭格局圖Fig.2 Global competitive landscape of gas turbines in 2018

2.2 中國燃?xì)廨啓C的發(fā)展情況

2.2.1 燃?xì)廨啓C發(fā)展初期

中國燃?xì)廨啓C設(shè)計制造起步于20世紀(jì)60年代,曾生產(chǎn)透平進(jìn)氣初溫為700 ℃等級的燃?xì)廨啓C,有1 MW、1.5 MW、3 MW、6 MW等型號。70年代后期中國成功完成透平進(jìn)氣初溫999 ℃等級的23 MW燃?xì)廨啓C的研制和生產(chǎn),并設(shè)計了17.8 MW驅(qū)動用燃?xì)廨啓C。此后由于國家能源政策調(diào)整,中國燃?xì)廨啓C工業(yè)陷于停滯,直至2001年該工業(yè)幾乎無明顯的發(fā)展。

2.2.2 燃?xì)廨啓C發(fā)展中期

2002—2011年,中國調(diào)整戰(zhàn)略決策,為促進(jìn)燃?xì)廨啓C技術(shù)及燃?xì)廨啓C產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,陸續(xù)通過三批集中招標(biāo)和附加后續(xù)項目,引進(jìn)先進(jìn)燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。希望通過購買換技術(shù)的模式,獲得部分燃?xì)廨啓C的設(shè)計制造技術(shù),從合作制造開始,逐步增加本地化和自主化比例,直至自己擁有完全獨立制造燃?xì)廨啓C的能力。中國制造商與國外制造商合作制造的F級燃?xì)廨啓C有:哈爾濱電氣集團(tuán)&通用電氣(HEC & GE)、東方電氣集團(tuán)&三菱重工(DEC & MISUBISHI)、上海電氣集團(tuán)&西門子(SEC & SIEMENS)等。另外,哈爾濱電氣集團(tuán)與阿爾斯通有限公司簽署了《E級(GT13 E2)燃?xì)廨啓C技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議》，期間中國用于大中型燃?xì)廨啓C制造的大型、特種、專用加工裝備均已達(dá)到世界同類企業(yè)的水平,形成以南京汽輪電機集團(tuán)公司為核心的燃?xì)廨啓C制造產(chǎn)業(yè)群,具備了年產(chǎn)約40套F級和E級燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)成套設(shè)備的能力。2012年11月6日,中國第一套煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(Integrated Gasification Combined Cyde,IGCC)示范電站整套機組成功運行，至2012年底,發(fā)電裝機容量達(dá)到114 491×104kW,其中天然氣發(fā)電3 827×104kW,約占全部裝機容量的3.3%[10]。

2.2.3 燃?xì)廨啓C發(fā)展現(xiàn)狀

2011年后,隨著中國天然氣產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展,天然氣儲量和生產(chǎn)能力不斷提高,西氣東輸、北氣南調(diào)、進(jìn)口天然氣量和進(jìn)口LNG逐步增加,環(huán)境保護(hù)對綜合碳排放量的要求不斷提升,國家開始調(diào)整戰(zhàn)略決策和優(yōu)化電力工業(yè)結(jié)構(gòu),將發(fā)展燃?xì)獍l(fā)電和燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電作為戰(zhàn)略調(diào)整的重要組成部分,相繼出臺了一系列扶持政策,加大了氣電發(fā)展的資金投入。

2012年后,國家和地方能源公司分別涉入氣電產(chǎn)業(yè),氣電裝機量逐年上升。其中中國華能集團(tuán)有限公司(以下簡稱華能)、中國華電集團(tuán)有限公司(以下簡稱華電)、中國大唐集團(tuán)有限公司(以下簡稱大唐)、國家電投集團(tuán)公司(以下簡稱電投)和中國能源有限公司(以下簡稱國家能源)約占全國氣電裝機量的50%。2019 年底,華電和華能的氣電裝機量分別達(dá)到1 509×104kW 和1 042×104kW,占全國氣電裝機量的16.7%和11.5%;中國海洋石油集團(tuán)有限公司依托海上天然氣資源優(yōu)勢,擁有846×104kW 的氣電裝機容量；北京京能集團(tuán)、廣東粵電集團(tuán)、浙江能源集團(tuán)和深圳能源集團(tuán)等地方發(fā)電企業(yè)氣電裝機量也分別達(dá)到了506×104kW、465×104kW、403×104kW和225×104kW[11]。

2021年1月18日,中國氣電裝機量突破1×108kW(“十三五”規(guī)劃完成1.1×108kW),進(jìn)入了一個新的里程碑,約占總裝機量的4.5%[12]。中國的氣電裝機量主要集中在珠三角、長三角和京津地區(qū),裝機量最大的是廣東省。

3 中國能源行業(yè)燃?xì)廨啓C市場發(fā)展條件

目前,中國的天然氣資源供應(yīng)穩(wěn)定,天然氣輸配基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善,為燃?xì)廨啓C未來市場發(fā)展提供了堅實的保障。

3.1 天然氣資源供應(yīng)保障

2020年，中國天然氣消費量3 259.1×108m3,同比增加7.5%;天然氣年產(chǎn)量1 925.00×108m3,同比增長9.8%;進(jìn)口LNG量6 713×104t,同比增長11.5%;進(jìn)口氣態(tài)天然氣量3 453×104t,同比下降4.9%;天然氣對外依存度接近41.2%[8]。

根據(jù)國家統(tǒng)計局公布數(shù)據(jù)[13],截至2019年底，天然氣探明儲量達(dá)59 666×108m3,新增探明地質(zhì)儲量8 091×108m3。

中國的煤層氣和頁巖氣十分豐富,頁巖氣儲量在世界排名前列。據(jù)自然資源部統(tǒng)計,2019年中國煤層氣產(chǎn)量244.78×108m3,新增探明地質(zhì)儲量64.08×108m3[14]；頁巖氣累計探明地質(zhì)儲量1.805 9×1012m3,可采資源量31.6×108m3,探明率5.72%,仍然處于勘探開發(fā)初期,上升空間很大[15]。

3.2 天然氣輸配基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

截至2020年底,中國建設(shè)天然氣管道約14.4×104km,構(gòu)建了覆蓋全國的五橫兩縱天然氣基干管網(wǎng),形成西氣東輸、北氣南下、就近外供、海氣登陸的供氣大格局。天然氣進(jìn)口管道、LNG接收站、跨區(qū)域骨干輸氣網(wǎng)和配氣管網(wǎng)的建設(shè),已基本形成資源多元、調(diào)度靈活、供應(yīng)穩(wěn)定的管網(wǎng)體系。

3.3 天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃

當(dāng)前,常規(guī)天然氣、煤層氣和頁巖氣的快速開發(fā),以及一定規(guī)模的進(jìn)口天然氣和LNG燃料的補充,為燃?xì)廨啓C發(fā)電行業(yè)在中國形成規(guī)模市場提供了原料保障。預(yù)計到2025年,中國天然氣產(chǎn)量將達(dá)到2 500×108m3,頁巖氣年產(chǎn)量65×108m3,為滿足4 500×108m3的天然氣市場需求量,還需進(jìn)口 2 000×108m3天然氣,對外依存度接近45%。預(yù)計到2023年,中國煤層氣年產(chǎn)量將達(dá)到127.8×108m3。預(yù)計到2035年左右,中國天然氣消費量達(dá)到峰值6 500×108m3,之后有5～10年的平臺期,2050年下降至約5 500×108m3,2060年仍有約4 300×108m3的消費空間[16]。

3.4 燃?xì)廨啓C發(fā)展的制約因素

當(dāng)前,中國的制造產(chǎn)業(yè)群已具備年產(chǎn)約40臺燃用天然氣F、E級重型燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)配套發(fā)電設(shè)備的能力,中國的研發(fā)也初見成效(中國東方電氣集團(tuán)有限公司自主研發(fā)出F級50 MW F級燃?xì)廨啓C,中國聯(lián)合重型燃?xì)廨啓C技術(shù)有限公司完成 300 MW F級燃?xì)廨啓C的初步設(shè)計)。但對燃?xì)廨啓C部件的一些核心設(shè)計技術(shù),特別是熱端部分的設(shè)計制造技術(shù)以及燃?xì)廨啓C的控制技術(shù)還有待于進(jìn)一步完善和提升。目前遇到的難題如下。

1)國內(nèi)在重型燃?xì)廨啓C的設(shè)計能力、制造能力、試驗?zāi)芰Α⒕S修技術(shù)等方面均還有欠缺。在熱通部件與其它重要備品備件損壞或壽命到期時,依賴國外制造商維修更換，費用昂貴。

2)少數(shù)現(xiàn)役燃?xì)廨啓C在設(shè)計、加工制造上存在缺陷,仍需付高額的維修費用給國外商家。

3)熱通道部件的維修和更換周期、維修與更換評定標(biāo)準(zhǔn)和工藝、維修技術(shù)和其它專業(yè)技術(shù)服務(wù)(如燃燒調(diào)整、控制系統(tǒng)及參數(shù)設(shè)定、維修指標(biāo)等)均由國外制造商控制。

4 中國發(fā)展燃?xì)廨啓C的建議

中國未來一段時間仍會繼續(xù)裝機IGCC以及基于IGCC的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),對天然氣發(fā)電設(shè)備有著巨大的技術(shù)和設(shè)備需求。為盡快打破國外的技術(shù)壟斷,確保國家二次能源的安全,研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)燃?xì)廨啓C及裝備已刻不容緩，為此提出如下建議。

1)為克服中國燃?xì)廨啓C制造技術(shù)發(fā)展的瓶頸,結(jié)合現(xiàn)有的基礎(chǔ)和能力,建議在政府的主導(dǎo)下,建立燃?xì)廨啓C研發(fā)和制造示范項目,整合國內(nèi)各大燃?xì)廨啓C制造商、冶金材料廠、發(fā)電行業(yè)及相關(guān)的科研院所與高校技術(shù)力量,重點突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

2)重點攻克高溫材料、高溫部件技術(shù)、熱障涂層技術(shù)、透平葉片冷卻技術(shù)、大流量高壓比高效壓氣機設(shè)計技術(shù)、高適應(yīng)性低污染燃燒室設(shè)計技術(shù)、燃?xì)廨啓C技術(shù)及系統(tǒng)、熱通道部件維修技術(shù)等方面的課題。在研發(fā)制造具有自主知識產(chǎn)權(quán)的重型燃?xì)廨啓C時,要特別加強中、低熱值燃燒技術(shù)和燃燒室的開發(fā)。

3)通過政策導(dǎo)向、政策扶持,加快重型燃?xì)廨啓C及其相關(guān)核心技術(shù)的研發(fā)。根據(jù)國際上燃?xì)廨啓C開發(fā)的成功經(jīng)驗,建議依托用戶,建立長期運行的試驗驗證平臺和示范試驗基地,以便在長期示范及驗證試驗中不斷改進(jìn)完善相關(guān)技術(shù)。

4)考慮適當(dāng)?shù)墓膭钫?比如在安全考核和調(diào)度措施上作出一定的傾斜,鼓勵中國天然氣發(fā)電行業(yè)逐步采用國產(chǎn)燃?xì)廨啓C部件,以推動燃?xì)廨啓C設(shè)備國產(chǎn)化及熱通道部件維修國產(chǎn)化的進(jìn)展。燃?xì)廨啓C易損部件的國產(chǎn)化選擇要準(zhǔn)確,切實保證質(zhì)量。

5)打破國外公司對國內(nèi)市場的壟斷,統(tǒng)一采購燃?xì)廨啓C設(shè)備,集中存儲,調(diào)配備品備件,吸納技術(shù)人才,研究設(shè)備運維、檢修的核心技術(shù),開展優(yōu)化運行，自主檢修,以降低運行成本。

6)提倡燃?xì)廨啓C用戶參與技術(shù)研究,把燃?xì)廨啓C的運用經(jīng)驗及時反饋到研發(fā)部門。燃?xì)廨啓C最易損部件是燃燒室、一級噴嘴,其次是輔助設(shè)備(油泵、風(fēng)機)軸承等，因此工藝操作相對穩(wěn)定、嚴(yán)格執(zhí)行工藝指標(biāo)是延長部件壽命的關(guān)鍵。要提高對故障的測試能力,加強對火焰溫度波動的監(jiān)測,以及各部件狀態(tài)的監(jiān)測,避免突發(fā)事件。建立運行與事故檔案,對部件的剩余壽命進(jìn)行評估,制定損壞部件的修復(fù)、更換計劃,掌握燃?xì)廨啓C的運行規(guī)律。

7)定期檢修是提高燃?xì)廨啓C經(jīng)濟(jì)效益的保證。燃?xì)廨啓C的工況變化和負(fù)荷波動對高溫零部件的運行影響很大。燃?xì)廨啓C需要定期檢修:小修周期一般為20 000～25 000 h,主要檢查火焰筒、燃燒室等(也可以根據(jù)生產(chǎn)需要和設(shè)備的實際情況臨時檢查);中修周期一般為24 000～32 000 h,主要是檢查燃燒室、過渡段和一級噴嘴;大修周期一般為32 000～36 000 h,主要檢查軸承、轉(zhuǎn)子等全部零部件。另外,為提高壓氣機葉片和渦輪的壽命,選擇適合運行條件的進(jìn)氣過濾系統(tǒng)很關(guān)鍵[17]。

8)對分布式燃?xì)廨啓C進(jìn)行集約化管理。充分發(fā)揮分布式燃?xì)廨啓C規(guī)模小、布局靈活、運營高效的特點,實現(xiàn)區(qū)域集群式管理、集中式調(diào)度、集約化運營,最大限度降低維保成本,逐步提高維保技術(shù),提升項目綜合效益貢獻(xiàn)度。

9)燃料成本、上網(wǎng)電價、利用小時數(shù)是決定燃?xì)廨啓C組運行和盈利能力的關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)前中國多數(shù)地區(qū)的氣電上網(wǎng)電價尚不能對氣電市場化形成激勵機制。建議國家對氣電實行多元化的定價措施,充分考慮氣電運行成本,以及對減少碳排放的貢獻(xiàn)、對調(diào)峰的貢獻(xiàn)所付出的生產(chǎn)成本。將氣電納入中央或地方財政環(huán)保專項資金補貼范圍。實行清潔電力優(yōu)先上網(wǎng)的政策,保障氣電機組利用小時數(shù),以降低氣電成本。探討輔助服務(wù)市場和碳市場運行新模式[18-22]。

10)繼續(xù)推廣國家主張的“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)節(jié)”的運營模式。鼓勵有條件的工業(yè)園區(qū)、商場、機場、交通樞紐、數(shù)據(jù)存儲中心和醫(yī)院推廣建設(shè)分布式能源項目。支持工業(yè)企業(yè)加快建設(shè)余熱、余壓、余氣和瓦斯等發(fā)電項目。

11)拓展分布式燃?xì)獍l(fā)電站在油氣井鉆采工程中的應(yīng)用。美國開發(fā)頁巖氣的經(jīng)驗是“以氣打氣,氣電結(jié)合,流水作業(yè),工廠化生產(chǎn)”。將分布式燃?xì)獍l(fā)電站以模塊的形式安裝在拖車上,利用其靈活移動、噪聲低、振動小、啟動快、耗水低、低排放、功率調(diào)幅寬和功率輸出穩(wěn)定等特點,對鉆機作業(yè)、壓裂作業(yè)、混砂作業(yè)和廢水處理等實行電驅(qū)化,可大幅降低鉆采綜合成本。例如,根據(jù)壓裂對電力功率的設(shè)計要求,配置相應(yīng)規(guī)模的燃?xì)廨啓C機組,可以為油氣井壓裂提供集中爆發(fā)式靈活持續(xù)電力服務(wù),使油氣井壓裂達(dá)到最佳技術(shù)效果,大幅提升油氣井產(chǎn)量。

5 結(jié)論

中國的能源結(jié)構(gòu)、電力結(jié)構(gòu)改革以及環(huán)保要求,多元化的天然氣供應(yīng)以及未來發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢,均預(yù)示著燃?xì)廨啓C有著廣闊的應(yīng)用市場。發(fā)展氣電有利于能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排,有利于可再生能源發(fā)展和電網(wǎng)安全。而氣電行業(yè)的發(fā)展,關(guān)鍵是要完善燃?xì)廨啓C制造技術(shù)和維修技術(shù),形成工業(yè)化產(chǎn)品,增加燃?xì)廨啓C的裝機容量,減少運營成本,提高工作效率,清除影響發(fā)展的障礙。政府應(yīng)出臺相應(yīng)的扶持政策,支持燃?xì)廨啓C制造技術(shù)和維修技術(shù)的研發(fā)與國產(chǎn)化,支持對國外技術(shù)的吸納和攻關(guān)。燃?xì)廨啓C發(fā)展任重而道遠(yuǎn),但前途一片光明。