燃气—蒸汽联合循环供能成本简析

余磊波

摘 要：电力“十三五”规划后，利用清洁的天然气作为燃料的燃气-蒸汽联合循环机组迎来了良好的发展时机。根据“以热定电”原则，广泛开发热用户，将蒸汽供应出去的同时获得上网电量是燃机机组的主要运行模式。对蒸汽有需求的工业用户通过技术改造，将燃机机组提供的蒸汽作为用能热源，可以有效的降低运营成本，经济效益显著，为用户和电厂实现双赢的局面奠定良好的基础。

关键词：燃气-蒸汽联合循环；蒸汽制冷；以热定电

中图分类号：TM611.31 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）23-0109-01

在过去的十五年里，我国电力行业呈现“井喷”式发展，装机容量迅速提升。截至2015年底，全国发电装机容量达到15.3亿千瓦，其中水电3.2亿千瓦，占21.1%；火电9.9亿千瓦，占65.56%；核电2608万千瓦，占1.7%；风力、太阳能等新能源发电约1.72亿千瓦。全年用电量达到5.69万亿千瓦时。发电装机容量和发电量均居世界第一位。随着我国电力行业“十三五”规划的颁布，“十三五”期间全国气电新增投产5000万千瓦，2020年达到1.1亿千瓦以上，其中热电冷多联供1500万千瓦。可见逐步淘汰传统火电的落后产能，取而代之的新能源发电供能将进一步发展并增加市场占有比例已经成为未来的发展趋势之一。

燃气-蒸汽联合循环机组是以清洁的天然气作为燃料，相比传统的燃煤火电厂，机组在降低污染物排放方面具有非常显著的优势。燃气-蒸汽联合循环的机组效率高是其另一大优势，联合循环效率高达80%以上。此外快速响应负荷变化，负荷调节范围广，投资成本低、安全性能好等特点都是燃气-蒸汽联合循环机组逐步扩大市场的先天优势。燃气-蒸汽联合循环机组较为常见的搭配方式是燃机+余热锅炉+背压机或抽凝机，这样的组合在提升发电能力的同时，还可以对外提供蒸汽用作工业用汽或采暖用汽，最大限度的满足能源梯级利用的。根据我国热电联产规划中“以热定电”原则的要求，对于燃气-蒸汽联合循环机组广泛开拓热用户，将机组的蒸汽尽可能的提供出去的同时还可以发电上网才是燃机电厂的营生之道。

因此本文针对上述机组配型，以某工程为例，简要分析电厂为用户供能成本以及用户和电厂双方的收益情况。

1 项目概述

某燃机工程拟建4台70MW级燃机机组，燃气轮机选型拟定为4台GE公司的6F.01，配套设置4台自循环双压无再热余热锅炉，汽轮机的选型为2抽凝+2背压的模式，并配备1台35t/h的调峰锅炉。机组最大供汽能力315t/h，供汽参数暂定为1.6MPa，300℃。供汽可覆盖周边方圆15km的热用户，根据用户侧对于蒸汽参数和品质的需求配置减温减压器。

某工业用户距离本工程位置约5km，属于可供蒸汽范围内。该用户厂房面积约40万m2，对于蒸汽的需求主要有三方面的用途：工业生产用汽、冬季厂房采暖用汽和夏季厂房制冷用汽。该用户目前解决上述三方面用能需求有以下三种途径：

（1）自备天然气锅炉：用户通过自备锅炉燃烧天然气实现部分蒸汽供给，全厂供配备4台天然气锅炉，据统计全年天然气耗量约为1200万Nm3；（2）外购蒸汽：用户还需向某供汽单位外购蒸汽，据统计全年购汽量约为5.3万t，购汽参数为0.6～0.9MPa的饱和蒸汽；（3）自备电空调：为了满足厂房夏季制冷的需求，用户目前采用电空调供冷方案，全厂配备电空调装机量为10.6万kW。

2 项目改造方案

2.1 用户需求

根据用户以往运行经验，通过外购的蒸汽供给量不稳定，供汽负荷经常存在波动，用户使用较为不便。因此该厂考虑终止与现有供汽单位的合作，全部采用天然气锅炉燃烧供汽。但是由此带来的另一个问题就是运行成本偏高，当地天然气价格为3.49元/Nm3，在考虑锅炉运行维护等费用，全年生产成本将大幅提升。因此用户有渴望寻求更经济更可靠的蒸汽源的需求。

2.2 改造方案

按照上述用户需求，拟定改造方案为选用燃气-蒸汽联合循环电厂的工业供汽作为汽源，如此一来用户原有的自备锅炉和电空调可用作备用供能方案。为了满足用户用能的三方面需求应作如下改造：

（1）生产工艺用汽可以直接将蒸汽接入工艺系统；（2）厂房采暖可以配套使用板式换热器，利用蒸汽在板換间换热实现能量传递；（3）厂房制冷可以配套蒸汽-溴化锂机组，利用蒸汽作为驱动热源实现供冷。

2.3 运行成本分析

2.3.1 工艺用汽及采暖用汽成本分析

根据用户提供的数据，年外购蒸汽量5.3万t，蒸汽焓值按3000kJ/kg考虑，全年通过外购蒸汽供能为15.9万GJ。按该地区天然气热值33MJ/Nm3考虑，如果此部分热能改为全部使用自备锅炉燃烧天然气产生，锅炉效率暂按90%计算，则需要的天然气耗量为535万Nm3。用户原有自备锅炉全年天然气耗量为1200万Nm3，两者相加后既得用户全部热能采用自备炉供能所需天然气年耗量为1735万Nm3。按照天然气价格3.49元/Nm3计算，全年天然气消耗成本约6055万元。

2.3.2 制冷用电成本分析

根据用户提供的数据，该厂制冷采用电空调集中制冷方案，全厂配备制冷设备共计37台，总装机容量达到10.6万KW。考虑厂址所在地夏季气候条件的因素，按照每月工作日22天，每天空调开放时间12个小时，暑期季节共5个月考虑，并以电空调的COP值为2.5作为设定计算输入值，则可计算出整个制冷季所需冷量为62.964万GJ。由于该厂用电属于直供电用户，因此电价相对较低，为0.52元/kWh。因此全年制冷耗费成本约3638万元。

2.3.3 改造后运行成本

拟定该厂考虑进行技术改造，改用燃气-蒸汽联合循环机组提供的蒸汽作为输入能源取代上述用能方案，运行成本分析对比如下：

（1）原天然气炉和外购蒸汽所产生的能量由燃气-蒸汽联合循环机组提供，所需总热量为57.255万GJ。暂定按热价80元/GJ计算，则全年用热成本为4580万元。相比之下，用热成本下降了1475万元。可见改为采用燃气-蒸汽联合循环机组提供的蒸汽运行经济优势明显。（2）制冷方面常规的方法是选用蒸汽-溴化锂机组供冷，考虑到溴化锂机组的COP值较低，暂定为COP=1.2考虑，暂定按热价80元/GJ计算，则制冷改为燃气-蒸汽联合循环机组提供的蒸汽作为驱动热源后运行成本为4197万元。比原电空调制冷方案运行费用增加了383万元。可见对于制冷用汽，热价定位80元/GJ不具备优势，这主要是受到蒸汽-溴化锂机组COP值较低的制约。（3）综上所述，改造后全年运行成本较用户以往运行方案总计节省了1092万元，总体经济效益非常明显。

3 结语

（1）对于燃气-蒸汽联合循环机组而言，根据“以热定电”原则，广泛开发蒸汽用户，将更多的蒸汽供应给需求方，才能够获得更多的上网电量指标，从而获得更多的经济收益；（2）对于工业用户而言，自备天然气锅炉通过燃烧天然气产生蒸汽的运行成本较高，这主要是受到天然气价格因素的影响。因此改用燃气-蒸汽联合循环机组提供的蒸汽作为热源的方案可以较大幅度的降低运行成本，提升用户利润空间；（3）蒸汽制冷受设备性能影响，与传统电空调相比优势不明显。因此，适当降低供冷期蒸汽价格，更好的满足供求双方的需求，制冷用汽定价策略应能够打动用户，寻求为供求双方实现双赢的结果。endprint