如何搭建全球最先进的分布式能源电站
发布时间: 2017年10月23日  被阅览数: 次  来源: GE发电  编辑:陕西燃气集团新能源发展有限公司

 

如何为你的分布式能源电站选择一个性能强大的燃气轮机?发电效率无疑是用户考量的重要指标之一。然而在天然气分布式能源领域,供热能力是否够高也是一个重要的指标。即将投运的华能桂林能源项目作为全球最先进的分布式电站之一,采用的是6F级重型燃气轮机,其能够实现的燃料利用效率高达81.15%,其配套建设供热管网年供热量将达224万吉焦。为什么6F级重型燃气轮机可以把分布式能源电站打造成“能源利用中的战斗机”,有几件事情你必须了解。

近年来,随着对清洁能源的重视,我国天然气分布式能源正进入加速期。据《中国能源报》数据:截至2016年4月,中国已建成投产天然气分布式能源项目达到46个,总计装机容量达291万千瓦,今年合肥、武汉、重庆、广州等多地天然气分布式能源项目也不断获批或开工建设,而采用6F级重型燃气轮机的天然气发电分布式能源电站也开始如雨后春笋般出现。

分布式能源电站需要什么样的燃气轮机?

目前,燃气轮机在天然气分布式能源电站上的应用有多种类型,可选的设备有微型燃气轮机、轻型燃气轮机和重型燃气轮机,它们分别满足于不同的能源和动力需求。

微型燃气轮机,输出功率一般在1MW以下,整体价格低,搭建方便灵活,适合楼宇式分布式能源站,全世界最小的微型燃机仅手掌大小。

轻型燃气轮机输出功率中等,适合1~100MW的分布式能源站。轻型燃气轮机主要有2种主要类型,一种是由西门子和三菱等传统燃气轮机厂商研制的纯工业燃气轮机,另一种则是航改燃气轮机,由美国通用电气GE、普惠、罗罗等航空发动机厂商,利用航空发动机技术为基础改型而成。一些航改燃气轮机甚至可以在航空发动机运行数千小时退役后,直接卸下其核心机作为燃气发生器,并增加动力涡轮,继续在地面发电使用上万小时,其中美国GE公司是全世界唯一一家在航空发动机、航改燃气轮机和重型燃气轮机都领先的公司。

重型燃气轮机是燃气轮机家族里,功率最大、效率最高和维修性最好的燃机,非常适合30MW以上的城市工业园区/开发区等分布式能源站。重型燃机设计时不以减轻质量为主要目标,而是考虑在满足长期安全工作的前提下,尽量应用高性价比的材料制造,其零部件一般较为厚重,单位功率质量可高达5公斤/千瓦。在结构上,重型燃机外缸为上下两半,非常便于在现场装拆分解和大修。

因此,在考虑较高热电比和最大节能率的情况下,重型燃气轮机是工业园区等区域式能源电站的最佳选择,主要是因为重型燃气轮机的排烟温度高和流量较大,最适合冷热电联供的分布式能源电站。以美国通用电气GE公司的6F.01重型燃气轮机为例,充分吸收了GE先进的航空发动机和F/H级重型燃机技术,其单机循环发电效率为37.7%,但如果采用冷热电三联供,其能源综合利用率可高达80%以上。

分布式能源电站采用F级重型燃机有啥好处?

分布式能源电站的经济效益主要由燃气轮机的性能决定,而性能又主要与燃气轮机透平进口温度直接相关,因此国际上通常根据透平进口燃气温度把重型燃机分为E、F、H/J级:E级重型燃机透平进口约1200℃以下;F级透平进口温度约为1400℃;目前最先进的H/J级透平进口温度达到1550℃-1600℃。透平进口温度越高,燃机技术越先进,分布式能源站的经济效益越高。

之前,国内已经投运的分布式能源电站上应用的燃气轮机主要以航改燃气轮机,6B重型燃气轮机、轻型燃气轮机为主。即将于今年投运的华能桂林分布式能源项目,采用GE公司6F.01燃气轮机,是国内首个投运小型F级燃气轮机的分布式能源电站。它的优点在于:与其它同一功率等级的燃机相比,6F.01在效率和维修性上更好,联合循环发电效率超过56%。而且6F.01排烟温度超过600℃,较高的燃机排烟温度可以节约余热锅炉的受热面,同时提高蒸汽产量,冷热电联供效率更高,经济性更好。

值得一提的是,国内的首台6F重型燃机(6F.03)早于2009年就在新疆石油管理局克拉玛依电厂投运,并一直作为该电厂的主力机组为西北沙漠之中的石油城市克拉玛依提供冷热电联供。

分布式能源电站为什么不用H级重型燃机?

H级重型燃机无疑是目前全世界最先进的燃气轮机,热效率超过40%,一台9HA重型燃机机组可以满足超过68万户家庭的用电需求,但其功率一般也大于350MW,这对分布式电站来说实在过大。在功率100MW以下,F级重型燃机已经是目前分布式能源电站上技术水平最先进、热电联产/联合循环效率最高的燃机。

在小功率燃机上实现F级技术也以非常不易,美国GE公司在1975年推出6B燃机时,其基本型功率为31MW、热效率仅为30%,但通过不断的投入资金进行改型升级,30年里推出了8个升级版,效率提升到了34%。后又在E级产品和技术基础上,大幅改进压气机、燃烧室和透平三大部件,如在热通道和燃烧室上采用与9H重型燃机同样的材料,一级动叶采用单晶工艺制备,最终才在功率为51MW的6F.01重型燃机上实现了高达37.7%的单机循环发电效率。

此外,GE公司正在研究将商用航空发动机上验证成功的碳化硅材料应用到重型燃机上,由碳化硅材料制成的热端部件可以在不需要任何空气冷却下承受1600℃,届时热效率超过40%的小型H级重型燃机也许就会出现。

6F级重型燃机为什么特别受中国用户喜爱?

由于小F级重型燃机可以带来更多的经济效益,一直受到用户青睐,GE的6F重型燃机(6F.01/6F.03)在全球累计销量就超过200台。除了华能桂林电站外,华电通州、河北黄骅、湖南浏阳等电站也相继采用了6F.01重型燃机,在土耳其、墨西哥和以色列也有6F.01的足迹。除了性能卓越外,6F.01重型燃机在维修和服务上也被设计得特别适应中国分布式能源市场。

首先,在用户最关心的维修性上表现极好,6F.01重型燃机具有更长的维修间隔时间,维护周期达到32,000小时或900次启停,并且全部叶片可内窥镜检查,可现场更换叶片。低氮燃烧器也采用便于现场维护的分管式,无需开缸即可更换火焰筒和过渡段。随着GE在中国的燃机本地化进程的推进,很多大部件都可以不用运回海外进行拆解,很多检查、拆解和维修工作在现场即可完成。

其次,6F.01燃机机组未来在数字化上也大有可为,有Predix工业物联网技术加持,GE的智慧发电解决方案可以对分布式能源电站进行大数据分析、远程故障诊断、优化机组效率、帮助用户以数字化手段来大幅提升分布式能源电站的维护、运营、检修、保养能力。

此外,为了让F级重型燃机的技术不仅引进到中国,并且在中国本土化,生根发芽,成为中国的产品,2012年12月,南汽轮与GE公司签订了6F.03重型燃气轮机及轴排联合循环汽轮机技术转让协议;2014年5月又签订了6F.01燃气轮机技术转让协议。随着GE与南汽在6F级燃机上全面合作的推进,6F.01重型燃机的制造和服务将更加本土化。

总之,6F级重型燃机正在让中国区域分布式能源电站变得更加“小而美”。

最后带你去桂林瞅瞅全球首个F级分布式能源电站!

华能桂林能源项目是桂林首个、广西最大的燃气发电项目,该项目拥有三台GE6F.01燃机,采用燃气-蒸汽联合循环模式,发电总装机21万千瓦、年发电量逾10亿千瓦时,燃料利用效率可达81.15%,其配套建设供热管网年供热量将达224万吉焦。截止今年7月,桂林三台机组都顺利完成了首次点火和首次并网,顺利结束满负荷调试,预计年内进入商业运行。



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