隨著社會生產力水平的不斷提高和經(jīng)濟的迅速增長，對于能源的需求也在快速增長。目前，世界火電站汽輪機長期占統(tǒng)治地位的局面已開始動搖，“大型電站以聯(lián)合機組為主，中、小型機組以熱電并供居多”已是許多工業(yè)發(fā)達國家電站發(fā)展的主要格局。燃氣輪機具有極強的適配性，能夠作為多種發(fā)電模式，以成為當今世界發(fā)電的主要形式之一，由于該裝置，特別是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置具有效率高、機動性好，不僅可以作為電網(wǎng)的調峰機組，且更多地用于電網(wǎng)的基本負荷發(fā)電，又能滿足日益嚴格的環(huán)保要求，其地位將得到鞏固和加強。
我國自改革開放以來，隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展和電網(wǎng)峰谷差的日趨增大，燃氣輪機發(fā)電得到重視和發(fā)展。近幾年已相繼興建了一批具有80年代國際先進水平的機組，在緩解電力緊缺的同時，有效地發(fā)揮了其增強電網(wǎng)調峰能力的作用?？缛?1世紀，隨著科技發(fā)展、能源政策的調整，如何高效、潔凈利用化石能源已成為電力領
域的突出問題。燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電越來越受到國家有關方面的重視，必將得到進一步的快速發(fā)展。
2 國際燃氣輪機發(fā)電技術
燃氣輪機是從20世紀50年代開始逐漸登上發(fā)電工業(yè)舞臺的，由于當時機組的單機容量小、熱效率低而在電力系統(tǒng)中只能作為緊急備用電源和調峰機組。60年代加深了對電網(wǎng)中必須配備一定數(shù)量的燃氣輪發(fā)電機組的認識，從安全和調峰的目的出發(fā)，燃氣輪發(fā)電機組在電網(wǎng)中的比例達到8％～12％。從80年代以后由于燃氣輪機的功率和熱效率均得到很大程度的提高，特別是燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機型成熟，再加上世界范圍內天然氣資源進一步開發(fā)，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)在世界電力系統(tǒng)中的地位發(fā)生了明顯變化，它們不僅僅可以用作緊急備用電源和調峰負荷機組，還能帶基本負荷和中間負荷。美國在1990～2000年期間新增長的發(fā)電容量為1．13億kW，其中燃氣輪機電站和蒸汽輪機電站的容量分別為44％，第一次出現(xiàn)了朗肯循環(huán)和布萊頓循環(huán)平分秋色的局面，在德國前者則占2／3左右，由此可見在世界范圍內燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)已成為火電發(fā)展的主要方向。
近幾年來，世界燃氣輪機工業(yè)取得相當?shù)某删秃惋w速的發(fā)展，幾家著名的公司GE、ABB、Siemens、西屋等均與航空發(fā)動機設計、研究、制造廠彼此聯(lián)營，保證及時地把航空發(fā)動機領域內的先進技術用來武裝重型燃氣輪機，以確保技術的先進性。如壓氣機已采用“可控擴壓”的概念進行設計，把單軸壓氣機的壓縮比提高到了24～30的水平，透平葉片采用了航空機組的先進冷卻結構和定向結晶制造工藝，使透平前的燃氣溫度提高到了1300℃的水平，由此明顯地提高了機組的輸出功率和熱效率。如GE公司的9FA、Siemens的V94．3A等典型機組的燃機單循環(huán)功率為266MW，燃氣初溫為1270～1300℃，壓縮比為16，凈熱效率達38％，由此組成的聯(lián)合循環(huán)機組單機功率為380 MW，供電效率已達56～58％。在本世紀初葉，世界上又將會出現(xiàn)新一代的先進燃氣輪機，這種技術被稱為“G技術”，專門用于50HZ和60HZ發(fā)電用燃氣輪機發(fā)電裝置，此類機組的燃氣初溫將提高到1427℃左右，相應地進一步提高輸出功率和熱效率，單機功率和凈熱效率將分別達到480 MW和60％的高水平。
為了降低燃氣輪機的排放污染，采用往燃燒室中注蒸汽或水，在排氣導管中裝設選擇性催化還原裝置，以及采用干式低NOX排放燃燒室等措施。在工業(yè)化的歐洲及世界其它地區(qū)，日趨嚴格的NOX和CO2排放的規(guī)定，迫使燃機制造商在一些燒天然氣和油的機組中，開發(fā)干式低NOX燃燒室裝置，其效果已達到NOX排放低于10 ppm水平。
從20世紀70年代出現(xiàn)石油危機后，工業(yè)發(fā)達國家都在大力進行燃氣輪機燃煤的研究工作，燃煤聯(lián)合循環(huán)種類有：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）、流化床燃煤聯(lián)合循環(huán)（PFBC—CC和AF－BC—CC）、外燃式燃煤聯(lián)合循環(huán)（IFC）、直接燒煤粉聯(lián)合循環(huán)、整體煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)（ICFC—CC）及磁流體發(fā)電聯(lián)合循環(huán)（MHD—CC）
等形式。目前，IGCC和PFBC—CC在世界范圍內已開始進入實用商業(yè)化階段，世界上幾乎所有主要石油煤炭公司和動力制造廠商都加入開發(fā)行列，將燃煤聯(lián)合循環(huán)技術不斷發(fā)展。
至今，大型燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)機組交鑰匙工程的比投資費用分別為＄200～300／kW和＄500～600／kW，而600 MW的燃煤超臨界參數(shù)機組的造價為＄1100／kW。因此，燃機電站的比投資費用遠低于燃煤電站。
3 我國燃氣輪機發(fā)電技術
3．1我國燃氣輪機發(fā)展概況
我國的燃氣輪機發(fā)電事業(yè)始于1959年，當時從瑞士BCC公司引進兩套6200 kW的單循環(huán)燃氣輪機列車發(fā)電機組，燃料為大慶原油。20世紀60年代，燃氣輪機發(fā)電站的建設及其設備的制造生產初具規(guī)模，總裝機容量達到6萬kW，最大單機容量為45000 kW。上汽廠、南汽廠、哈汽廠、東汽廠等制造廠曾先后設計生產過燃氣輪機組，這些機組的技術性能都不高，燃氣初溫一般在600～700℃左右，熱效率為16～25％，所建電站基本上是單循環(huán)機組。客觀地講國家在當時也投入了不少力量，開辟和啟動了燃氣輪機發(fā)電領域，取得了一些研究成果。但由于燃料政策及政治、經(jīng)濟方面的原因，使興起不久的這項事業(yè)在20世紀60年代末陷入停滯不前的狀況。后來，于1972年和1976年分別從英國JB公司和日本日立公司引進了10套MS5000系列、PG5301型單機功率在21700～23000 kW單循環(huán)機組，從而使我國燃氣輪發(fā)電機組總裝機容量達到30萬kW左右。由于種種原因，我國燃機制造業(yè)在20世紀70年代開始萎縮，大部分制造廠停止生產，只保留南京汽輪電機廠為我國唯一生產燃氣輪機的制造廠家。目前，該廠與美國GE公司合作，已能批量生產MS6001系列燃機。
改革開放以后，燃氣輪機發(fā)電事業(yè)也隨著國家經(jīng)濟而飛速發(fā)展，從70年代到90年代，全國燃氣輪機電廠由20余座發(fā)展到80余座，機組臺數(shù)從20余臺（套）增加到140多臺（套），裝機總容量從30萬kW增加到近800萬kW，尤以沿海經(jīng)濟發(fā)展最快的地區(qū)最為迅速，如廣東、福建、上海、浙江、海南、江蘇等地。另外，石油化工部門在大慶、勝利、中原及新疆地區(qū)的油田和化工廠共建有燃機電廠30余座，裝機60多套，總容量超過100萬kW。近年來，武漢、重慶、合肥、成都等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)也隨著電力市場的需求，逐步穩(wěn)定地興建了一批燃機電站。盡管如此，燃機總裝機容量在電網(wǎng)中的比例僅2．3％左右，遠低于發(fā)達國家的水平。
3．2我國燃氣輪機發(fā)電技術水平
我國于80年代以前所建的燃機電站基本上是簡單循環(huán)機組，其經(jīng)濟技術性能較差，油耗在330 g／kW·h以上，熱效率在26％左右。80年代以后興建的一批燃機電站，燃機單機容量大多為36 MW和100 MW等級，燃料多為輕柴油、原油或重油。近幾年著重發(fā)展了PG9E型的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，其中浙江鎮(zhèn)海、龍灣的兩套300 MW燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組為國內最大的機組之一，其燃機技術具有80年代國際先進水平，燃氣初溫為1094℃，單循環(huán)熱效率達32．6％左右，聯(lián)合循環(huán)熱效率達47．3％左右。由于我國的優(yōu)質資源相當缺少，價格相對較高，為降低發(fā)電成本，著重發(fā)展燃重油燃機，但燃重油燃機的發(fā)電技術難度很大。深圳南山熱電股份公司于90年代初開始在MS6001系列燃機上進行燃用重油試驗，通過多次摸索，長期燃用重油連續(xù)發(fā)電獲得了成功，取得了可貴的運行經(jīng)驗和較好的經(jīng)濟效益，目前，上海閘北、浙江鎮(zhèn)海和龍灣燃機電廠都逐步掌握并提高了PG9E型燃機用重油運行的經(jīng)驗，不斷提高了機組運行的安全可靠性能。燃氣輪發(fā)電機組在我國發(fā)電行業(yè)中得到鞏固和發(fā)展的方向是：（1）大容量機組；（2）燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)；（3）燃重油或天然氣；（4）投AGC功能。然而，目前燃重油燃機的發(fā)電技術尚不完全成熟，燃重油對機組的負面影響有待進一步研究。另外，燃機單循環(huán)運行的啟停速度非常快，而聯(lián)合循環(huán)運行的啟停特性還需優(yōu)化，以更好地適應電網(wǎng)大幅度頻繁調峰的需要。
3．3我國燃氣輪機發(fā)電的前景
隨著國家能源政策的調整和環(huán)境保護的增強，將大幅度開發(fā)和利用天然氣資源并用于電力領域。國家電力公司天然氣辦公室研究意見是在華東、廣東、福建等地建設一批進口油氣、效率高、污染小、調峰性能好的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站，天然氣發(fā)電計劃于2000年左右啟動，2010年燃氣電站規(guī)模達到2000萬kW。同時IGCC技術已列入國家八五、九八重大攻關項目，將從國外引進一套300 MW等級的示范電廠，以加快推廣應用步伐。1997年，華北電力設計院、西安熱工研究院與荷蘭Shell公司共同完成300 MW和400 MW級干法加料IGCC項目設計的初步可行性研究。同時，正擬從國外引進2～4座100 MW等級的PFBC—CC，以此作為我國在新世紀內發(fā)展這兩種潔凈煤發(fā)電技術的基礎。
另外，為降低燃機電廠成本，將聯(lián)合循環(huán)技術對現(xiàn)有中小型電廠進行技術改造、增容、增效又是一條重要途徑?？梢?，燃氣輪機發(fā)電在我國電網(wǎng)中的地位和作用將十分重要，前景光明。
4 我省燃氣輪機發(fā)電狀況
隨著我省經(jīng)濟的快速發(fā)展和電網(wǎng)峰谷差的日趨增大，我省于90年代初著手規(guī)劃燃氣輪機發(fā)電站，1994年正式簽定了第一套引進型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組合同，建于鎮(zhèn)海電廠擴建端，規(guī)模為2臺GE公司9E型燃氣輪機組和1臺100 MW及ALSHTOM公司汽輪機組，總容量為300 MW，燃料為180cst重油。工程于1996年開工，1997年兩臺燃氣輪機組單循環(huán)投產，1999年整套聯(lián)合循環(huán)機組投AGC功能進入商業(yè)運行。同時，龍灣也興建了一套雷同于鎮(zhèn)海的300MW聯(lián)合循環(huán)機組，也于1999年整套機組投入商業(yè)運行，不同的是機組燃料為原油。金華、瑞安、余姚、紹興等也建成了燃機為MS6000系列的聯(lián)合循環(huán)機組，燃料為輕油，這些燃氣輪機組有的從法國ALSHTOM引進，有的為國產南汽廠產品，都具有高度的自動化水平?？梢?，我省燃氣輪機發(fā)電事業(yè)發(fā)展非常迅速，至今裝機總容量已接近100萬kW，它們在緩解我省電力供應緊張的同時，有效地增強了電網(wǎng)的調峰能力。另外，從有關權威部門獲悉，我省正在規(guī)劃半山電廠Ⅱ期機組的技術改造項目，經(jīng)過對多種方案論證，“300MW燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組”方案具有許多明顯的有利優(yōu)勢而受到高度重視，目前正在抓緊論證。隨著國家西氣東送工程的實施和東海油氣田的開發(fā)，我省沿海地區(qū)擬建2400 MW天然氣燃機電站也正在進行可行性研究中。這樣我省燃氣輪機發(fā)電規(guī)模將更加壯大，裝機比重將越來越大，技術將更為先進和新型?？梢哉f，不久的將來我省將會成為燃氣輪機發(fā)電大省。
隨著我省鎮(zhèn)海、龍灣、金華等燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的相繼投產，電網(wǎng)的發(fā)電結構有了新的變化，燃氣輪機發(fā)電領域在我省是起步較遲，但起點很高，300 MW燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組尚屬國內最大的聯(lián)合循環(huán)機組，其建設規(guī)模、技術水平均處于國內前茅，某些方面已處于國內領先水平。
但是，這些機組均剛從基建轉入生產，尤其是燃重油或原油的機組是由燃輕油機組的改型研制的，一些關鍵技術性能仍不夠成熟。鎮(zhèn)海、龍灣的4臺機組在啟動試運行階段出現(xiàn)了許多問題，如重／輕油系統(tǒng)切換不穩(wěn)定、啟動FSR值不合理、主燃油泵機械密封損壞、流量分配器卡澀、油處理裝置出力不足、輔助齒輪箱主聯(lián)軸器斷裂等時常困擾著機組的正常運行，甚至威脅著機組的安全運行，通過試驗、分析、改進，絕大部分問題都得到較好解決，大大地提高了機組的技術性能和運行水平。然而，燃油系統(tǒng)設備故障仍時有出現(xiàn)，部分機組仍存在煙囪冒黑煙的現(xiàn)象。因此，這些機組的設備性能、運行技術、檢修工藝和聯(lián)合循環(huán)機組的調峰特性及其經(jīng)濟指標等方面有待
于進一步深入研究。另外，自去年上半年以來油價尤其是輕柴油價格急劇上漲以及原油供應緊張的狀況使得龍灣、金華燃機的運行成本居高不下，或原油得不到足夠保證，形勢嚴峻。對此，為統(tǒng)一油品供應管理、發(fā)揮系統(tǒng)規(guī)模效應，提出了鎮(zhèn)海、龍灣、金華三廠統(tǒng)一燃用重油的方案，并通過了省公司組織的技術論證，隨之機組一系列設備與系統(tǒng)的技術改造工作將全面展開。
綜上所述，在新的形勢下，我省電力行業(yè)應積極開展新技術的開發(fā)和應用工作。通過幾個燃機電廠的建設，培養(yǎng)和鍛煉一支具有相當素質的燃氣輪機發(fā)電領域的管理和技術隊伍。以此為基礎，通過多種渠道、多種形式加強與國內外燃機制造商、燃機電站、科研單位和高等院校、協(xié)會的技術合作與交流，經(jīng)常開展省內燃機電廠的技術協(xié)作和學術交流工作，充分發(fā)揮我省燃機發(fā)電的技術力量，消化吸收先進的技術資料，深入剖析機組運行中出現(xiàn)的技術難題，列專題攻關，以進一步提高我省燃氣輪機發(fā)電技術水平。
