天然气发电的特点及发展前景

摘 要：天然气是清洁能源，不仅可以用来发电，还可以有效够改善空气污染，减少碳、硫等排放。本文将介绍世界能源结构与发展、天然气发电的现状及特点、以及我国的天然气发电，并对其发展进行了研究，提出了相应观点。

关键词：天然气发电； 燃气轮机； 环保

1 概述

长期以来，我国的能源发电结构都是以煤炭为主，但是煤电的二氧化硫、氮氧化物等排放污染以成为环境保护的主要问题。而且随着物质生活水平的不断提高，人们对环境质量的要求也越来越高。因此采用有效清洁的能源逐步代替部分燃煤，减少各类污染排放，成为我国能源调整和可持续发展的未来趋势。

2世界能源结构的变化与发展

自19世纪70年代工业革命以来，化石燃料的消费急剧增长。初期主要是以煤炭为主，但是到20世纪以后，石油与天然气消耗持续上升。据数据统计，石油在20世纪60年代首次超过煤炭。其后经过两次世界石油危机后，石油和煤炭所占比例缓慢下降，天然气比例开始上升。到21世纪初，化石能源仍是世界的主要能源，约占世界一次能源供应中的87.7%，这其中石油占37.3%、煤炭26.5%、天然气占23.9%。此外，核能、风能、水力、太阳能、地热等新能源虽然逐渐被开发，但是仍然占较低的比例，约为12.3%。近年来，天然气消费量逐步增加。在很多发达国家，天燃气发电已经成为主力发电，渐渐取代了燃煤发电。相较发达国家，我国天然气利用率较低。我国天然气在一次能源中的比例較低，与发达国家相比有着巨大差距。为了减少环境污染，能源结构低碳化得到广大支持，天然气也得到了快速发展，在我国能源结构比重逐年增加。

3燃气轮机的结构和特点

3.1燃气轮机的结构

燃气轮机是一种以天然气为工质、内燃、连续回转的叶轮式热能动力机械。主要由压气机、燃烧室、透平三大部件构成。其热力循环主要由四个过程组成，即压气机中的空气压缩过程、燃烧室中的燃烧过程、透平中的膨胀做功过程以及排气系统中的自然放热。燃烧方式为内燃，所以设备简单，启动和加载时间短，建设电厂金属消耗量、厂房占地面积与安装周期都成倍减少。但是由于内燃温度较高，对高温部件材料的耐热要求高。

3.2燃气轮机发电的特点

燃气轮机与一般的燃煤火电机组相比，显著特点就是启停速度快，加减负荷迅速。因此更适合用于电网调峰调频，可以减少电网负荷波动，提高电能质量。此外，也用于黑启动电源点配置。在很多国家，都曾发生过电网大规模停电事故，这时候就需要在一定范围的电网内配备黑启动电源点。而燃气轮机具有快速启动的特点，因此非常适合作为黑启动电源点。一旦发生大规模电网停电，能够使电网在很短时间内恢复供电。发电用燃气轮机与常规火电相比，还具有以下优点。供电效率远超过燃煤的蒸汽轮机电站。建设周期短。比投资费用比燃煤电厂低很多。运行自动化程度高，可以昼开夜停。由于采用天然气清洁能源，污染排放少。

4.燃气轮机的分类

4.1 简单循环

由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统成为简单循环，也叫开式循环燃烧产生的高温排汽直接排入大气，不进行任何利用。其类似于工业动力系统中飞机发动机。其优点就是装机快、启停灵活，多用于电网紧急调峰、黑启动。其缺点就是效率很低。

4.2燃气—蒸汽联合循环

其特点就是在燃气轮机简单循环基础上，利用燃气轮机高温排汽的余热在余热锅炉中将水加热变成高温、高压的过热蒸汽，再将蒸汽引人汽轮机冲转膨胀做功。这种情况下，由于利用了排汽，其效率也大大提高。燃气—蒸汽联合循环和常规的燃煤蒸汽轮机和燃气轮机简单循环发电相比，发电技术有巨大的优点。其一热利用效率高，比常规机组高15%-18%。其二污染低。主要有害物质SO2、NOx以及粉尘排放都比常规燃煤机组低很多。其三耗水量，由于燃气轮机不需要大量的冷却水，所以其耗水量一般仅为常规燃煤机组的50%—80%。

5我国天燃气发电前景

5.1我国天然气发电行业发展现状

我国天然气发电机组主要分布在长三角（占比约 32%）、东南沿海（约占 34%）等经济发达省市。其他地区也有少量自备燃气电厂如 ：京津地区（约占 23%）。

目前中国天然气发电成本较高。中国天然气39%需要进口，而且进口天然气中58%需要海上进口LNG。由于天然气价格影响，天然气发电企业盈利微薄。而与此相比，燃煤发电成本较低。尤其是随着 2012 年以来煤价持续降低。并且中国的天然气优先是满足民用需求，其次考虑工业发电。燃气轮机联合循环已经成为世界电力工业的重要组成部分。但中国在这方面起步比较晚，燃气轮机基础技术较弱，核心部件技术较多为外国掌控，技术薄弱导致我国燃机设备故障频繁，浪费大量的时间与维护经费，进一步导致经济性差。

5.2我国天然气来源与发展

我国天然气发电技术想要发展，首先必须需要充足的天然气来源作为保障。

2000 年至今我国天然气储量年均增长 5.9%，产量年均增长 12%（2013年以后保持在 8% 左右）。 与此同时天然气需求量也急速增长，导致天然气进口额快速增长。目前，我国天然气资源的供应主要有四个渠道。1、我国西北地区天然气资源很丰富，通过西气东输向东部地区供气。2、由沿海一带开发的油气田向东部地区供应天然气。3、以管道的形式，从俄罗斯、哈萨克斯坦等国家地区进口。4、从海外进口液化天然气（LNG）。

俄罗斯是全球天然气储量第一大国，其次为伊朗、卡塔尔。我国天然气储量为居世界第14位，与世界前三位储量上有很大差距。从数据上看我国天然气储量虽然有限，但是目前随着中国“一带一路”的战略发展，加强了中国与俄罗斯、伊朗等天然气大国的紧密联系，天然气也将便快捷地进入中国。

此外，中国的“页岩气”储量丰富。据统计，目前已经探测的深埋小于2000米的页岩气资源量为36.81万亿立方米，居世界第三位。页岩气资源潜力巨大，前景广阔。2010年国家能源局成立了首个页岩气研发实验中心，以进一步推动页岩气资源开发工作。中国首个页岩气田，位于重庆市东部。随着中国页岩气开采技术的发展，中国的天然气产量也会一步步提高。

5.3我国天然气发电行业前景展望

近几年，雾霾天气越来越严重，尤其是北方冬天供暖供热时候。而人们对环境保护要求越来越高，天然气发电刚好可以满足人们对环保的需求。我国经济发展初期，煤炭化石能源是我国使用的主要能源，严重的污染了环境。国家也意识到问题的严重性，国务院印发的《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》提出，到2020年，煤炭消费比重控制在62%以内。而近期连续出台的环保政策都对燃煤电站继续发展有着极大限制。例如 ：禁止京津冀、长三角、珠三角等区域建设自备燃煤电站。虽然我国在大力支持发展可再生新能源，如风能、水能、太阳能等。但是这几种新能源发电受环境限制较，还不能完全取代化石能源。因此，天然气发电取代煤炭发电是较好的选择。

6结束语

天然气发电有较多优势，也是未来的趋势，但是在当前也有不少的困难。这不仅需要国家的政策支持，也需要对页岩气的开发和燃气轮机技术的继续研究。相信在不久未来，天然气发电慢慢取代燃煤发电，让我们都能看到蓝天白云。

参考文献：

【1】都大永，黄辉 . 国外天然气发电的经验与启示 [J]. 上海煤气，2013

【2】《大型燃气—蒸汽联合循环发电技术丛书》 中国华电集团公司 2009

作者简介：

姓名（李关宝），性别（男），出生年（1990），籍贯到市（河南省禹州市），民族（汉），职称（助理工程师），学历（大学本科），研究方向（天燃气发电），单位名称（浙江浙能镇海发电有限责任公司），单位所在省市（浙江省宁波市），单位邮编（315208）