燃气轮机发电厂的运行优化与天然气调峰研究

摘  要：燃气轮机发电厂是以燃气能源供应机械设备为主的发电场所，若能实现天然气有效调峰，将促进发电厂的稳定运行。基于此，本文简要分析了燃气轮机发电厂天然气调峰方式，并通过调节调峰与气量关系、应用重油补峰法、提升燃气管道安全性、规范燃气轮机运行流程等措施，以此提升燃气轮机发电厂运行质量。

关键词：燃气轮机;发电厂;天然气

中图分类号：TM623.7    文献标识码：A    文章编号：2095-6903（2020）09-0000-00

0 前言

天然气调峰作为提高燃气轮机发电厂运行效率的重要途径，理应予以重视，并结合天然气调峰特征制定科学的运行优化方案，确保发电厂能够在电能供应期间获得可靠的天然气供应保障，进而避免天然气耗气数量扩增，影响民众正常的用气体验，进而破坏民众生活秩序。据此，应从燃气轮机优化视角展现燃气轮机的能量转变价值。

1 燃气轮机发电厂天然气调峰方式

1.1 地下储气库

根据2020年发布的天然气高质量发展报告可知：我国城镇天然气需求量达到1500亿，燃气需求量为1450亿m³，其占比达到了34%与33%，这表明我国在天然气发展中依旧具有良好前景，并且作为能源储备量较高的国家，在多达90%的天然气储备量基础上若能针对地下储气库实施有效调峰，将有助于积攒天然气储备量，从而适应新时代对天然气的实际需求。另外，由于建设地下储气库相比传统储气方式不易受季节变化的影响且对于生态环境的污染程度较低，故而可将其作为重要的储气手段予以关注。在具体调峰阶段，可参照天然气地下储气库库存计算公式确定调峰方法：

其中P1与P2、Q1、Q2代表在两种状态下的不同储气贮藏气压与体积，T0、TR代表标准温度与气藏温度，Z1、Z2表示的是在两种状态下形成的气体压缩系数。

1.2 液化天然气

以往常以管道调峰作为主要调峰方式，通过对用气量与供气量的比对实现管道天然气的合理化储存。但目前液化天然气调峰方式的出現具有突出优势，它是指将液化天然气进行压缩处理，使其体积缩减为原有体积的1/620，从而有效扩大储气空间。一般而言，在选用液化天然气调峰方式时，需先行设置储气罐，由于此种调峰手段更加便捷且灵活性突出，故而可作为燃气轮机发电厂中天然气调峰的重要方向，其储气量可高达160000m³，促使发电厂能够及时获取稳定的天然气，以免受天然气用气负荷影响而降低发电量。

2 燃气轮机发电厂运行优化措施

2.1 调节调峰与气量关系

在优化燃气轮机发电厂运行状态时，需要进一步调节调峰与气量的关系，以此解决用气负荷问题。具体可运用在线切换技术实现自动化调峰。

例如在某发电厂的125WM发电机组中，若设有两台发电机组，在其运行时间达到2500h时，为了保证用气量与其形成平衡状态，其年用气量在1.56×108m³。若持续3000h，发电量与用气量应分别为750GW.h、1.87×108m³/a。此外，若该发电厂中选用了两台350WM机组，在其运行2500h时，应保证其用气量为3.54×108m³/a，经由对应的用电量可达到1890GW.h。只有保证用气量与调峰两者间具有均衡关系，才能促使发电气组拥有稳定的运行状态，以此借助天然气支撑燃气轮机的正常运行。

2.2 应用重油补峰法

在燃气轮机发电厂运行优化过程中，还可有效借助重油补峰的方式降低天然气流量，以免发电厂燃气轮机所运用的天然气超出额定标准而导致天然气管道中供于用户生活的天然气质量下降。根据相关研究可知：天然气需求量越大，其重油发电量就越大。所以，若发电厂发电量上升，为了降低天然气调峰，还需增加重油补峰量，以此保证发电厂能够具备良好的供电状态，以免逐步上升的天然气流量而影响天然气调峰效果。

以某发电厂天然气流量峰值为例，在其达到100%峰值时，并不需要重油补峰，而在其达到96.7%天然气流量时，需要23kt的重油补峰量，经由重油补峰而产生的供电量可达到312MW.h。而随着峰值的下降，所需要的重油补峰量与发电量也将有所增加，这表明在正比关系下，可运用重油实现天然气的合理调峰，以免发电厂燃气轮机所需天然气用量增大，而导致天然气呈现较高的峰值，不利于维持燃气轮机发电厂的稳定发展状态。据此，应立足于重油补峰，消除天然气超负荷使用带来的不良影响[1]。

2.3 提升燃气管道安全性

要想保证燃气轮机发电厂拥有良好的发展前景，还应对天然气供应管道的安全性予以提升，并且可采用“联合法”，将发电厂中不同规格的发电机组组合在一起用于天然气调峰，以此强化调峰效果。在管道安全性有所改善的情况下，天然气调峰压力也将下降，进而帮助发电厂提供充足的发电动力，以免长期使用天然气，造成天然气用气量与天然气调峰处于失衡状态。在上文中已然提到两种突出的调峰方式。而在保障燃气管道安全性上，为了避免燃气管道与发电厂实际需求不一致，可加强管道工程建设，从而供应充足的天然气。

比如在中山嘉明某发电厂中，在发电机组所设置的燃料中主要以重油为主，而后在其改造后引入了天然气+重油模式，但由于当地所建设的燃气管道在连通发电厂过程中受到了阻力，致使发电厂无法获得充足的天然气储量，最终破坏了发电厂原有供电质量。对此，在该发电厂升级阶段，专门新建了燃气管道，并在距离电厂160km处进行施工，其管道储气量可达到7×108m³，进而符合发电厂供电要求。因此，在燃气轮机发电厂优化运行阶段，需要充分利用燃气管道，保证天然气供应渠道更加广泛，促使发电厂与燃气管道两者间具有突出的关联性，以免发生天然气供应不足，造成燃气轮机性能下降。

2.4 规范燃气轮机运行流程

燃气轮机实则是借助燃气涡轮作为动力的装置，它可为发电厂发电作业提供助力。而在使用天然气作为供电能源时，为了防止与民用天然气相互干扰，还应对其运行流程予以优化，在提升发电质量的同时也能保证天然气供应的稳定性。在实践中具体可从能耗计算与性能把控两个部分出发。在对燃气轮机组性能进行调节时，可对其不同时期的运行状态进行记录，之后参照统计数据了解天然气调峰与燃气轮机运行状态的关系。相关人员在优化燃气轮机运行性能时，还可从数据采集、数据统计、功率能耗分析等流程中知晓燃气轮机组的运行阶段。

此外，还可建立数据库，用于准确记录燃气轮机在运行优化流程中的启停状态。只有保证燃气轮机组性能稳定、运行系统状态良好，才能保证发电厂中的燃气轮机能够正常在发电项目中提供充足的源动力，便于天然气为我国发电事业的发展给予支持。在燃气轮机实现运行优化时，还可提高运行效率，促使发电厂拥有更高的运行能力。据此，发电厂应结合自身运行条件针对燃气轮机运行流程进行规范化处理，便于增强电厂系统运行可靠性，最终在燃气轮机与天然气的辅助下，促使发电厂为民众带来优质的电能。

3 结语

综上所述，天然气调峰对于燃气轮机发电厂运行状态而言有着深远影响。若能有效控制天然气供应量，可避免出现用气超负荷现象。据此，应从调节调峰与气量关系、应用重油补峰法、提升燃气管道安全性、规范燃气轮机运行流程等方面着手，促使燃气轮机发电厂拥有稳定的运行性能，促进发电厂的高质量发展。

参考文献

[1] 夏小勇，查献刚，张新仪.某发电厂燃气轮机燃烧脉动超限的原因分析[J].燃气轮机技术，2020，33（3）：61-64.

收稿日期：2020-07-15

作者简介：黎文坚 （1993—），男，广东中山人，本科，工程师，研究方向：热能与动力工程。