伍小云

摘 要：燃气联合循环机组因启停快、运行灵活性好、热效率高、排放清洁、建造周期短而倍受中国市场青睐。当前，国家在实现燃气轮机设备制造本土化和国产燃气轮机技术开发方面取得了良好成果。经济性研究是推广燃气轮机联合循环电站的重要工作。影响联合循环电站经济性的因素主要有燃气轮机的性能、价格、燃气价格、入网电力价格等。其中燃气轮机的价格和维护费用在电站的投资成本和运行维护费用中占有很大的比例。本文对采用不同性能燃气轮机的联合循环电站的经济性进行分析，考察当成本和维护费用增大对联合循环电站经济性的影响，希望能为联合循环电站的运营有所帮助。

关键词：燃气轮机 联合循环电站 维护费用 经济性

引言

随着我国燃气资源的大规模开发和利用，以燃气为燃料的燃气轮机联合循环电站也迎来了发展的大好时机。为实现电力工业的可持续发展，减少对环境的影响，我国已经把大幅度提高发电效率、加速发展洁净发电技术作为可持续发展、节约能源、保护环境的重要措施。燃气轮机联合循环电厂因具有效率高、排放清洁、建造周期短和有效的可调电力需求峰值等诸多特点而在世界能源工业中扮演着重要的角色。尤其是近十几年来，燃气轮机进入了一个新的发展时期，在单机容量、热效率以及污染物排放方面具有显著的技术进步，更大大提高了燃氣轮机在能源与电力领域中的地位和作用。而对于联合循环电站来说，对燃气轮机性能的研究分析是保证联合循环电站经济性的重点。

1 燃气轮机的发展历程

20世纪40年代起燃气轮机开始进入工业的各个领域并得到了较为迅速的发展。例如：1939年诞生于瑞士BBC公司的燃气轮机，功率1.5MW，初温550℃，效率17.3%。进入20世纪80年代后，燃气轮机单机容量有很大程度的提高，特别是燃气----蒸汽联合循环技术日渐成熟。随着世界范围内天然气资源的大力开发，燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地位发生了明显的变化，不仅可以作为紧急备用电源和调峰机组使用，而且还能用于带基本负荷机组。经过不断应用最新的研究成果，提高技术水平，目前正在研究最大功率达460MW、燃气初温达1600℃、压气机压缩比约40、单循环效率为43%～44%的重型燃气轮机，其联合循环效率将高达65%；同时也在着手研究未来更加先进的燃气轮机，燃气初温的目标是1700℃。目前燃气轮机单机效率已达36%～41.6%，最大单机功率已达375MW。组成联合循环机组后，发电效率达55%～60%。日本三菱公司研制的M501J型燃气轮机组成的联合循环在50%负荷工况下效率依然可以达到55%。阿尔斯通公司的新GT26在40%负荷工况下NO x的排放依然低于25ppm。

2 燃气轮机性能对联合循环电站经济性影响分析

经济性研究是推广燃气轮机联合循环电站的重要工作。影响联合循环电站经济性的因素主要有燃气轮机的性能、价格、天然气价格、入网电力价格等。其中燃气轮机的价格和维护费用在电站的投资成本和运行维护费用中占有很大的比例。本文用维护费用因子计算的维护费用，对采用不同性能燃气轮机的联合循环电站的经济性进行分析，考察当燃气轮机初温提高时，引起的成本和维护费用增大对联合循环电站经济性的影响，所得结果可以作为燃气轮机选型的参考。

燃气轮机初温提高使得联合循环电站效率提高、功率增加，但是提高燃气轮机的燃气初温要求受热部件采用新的耐热材料或者更有效的涂层和冷却技术，新材料或新技术的采用通常会引起制造成本和维护费用的增长。

由于缺乏燃气轮机维护费用与性能关系的具体数据或经验公式，三菱重工高砂研究所建议采用“维护费用因子”的方法，即维护费用等于基准值乘以因子。基准取M701F燃气轮机（燃气初温为1400℃，压比为17）的维护费用因子为1，其它燃气轮机的维护费用是M701F的维护费用乘以因子。采用两种维护费用因子来代表不同的性能与维护费用的关系。因子I代表了不同性能燃气轮机间的维护费用的差别，因子Ⅱ相比因子I是差别更大的情况。这些因子来源于一般的统计数据。对于每个具体情况，由于起动次数、运行模式不同会有差别。

GTPRO软件可以根据用户所定义的燃气轮机的性能参数给出燃气轮机整机的费用，其数据是根据《Gas Turbine World》提供的燃气轮机整机成本和性能关系曲线确定的。燃气轮机整机包括燃气轮机及其配套的消音设备、冷却设备、

电子仪器设备、润滑油和发电机设备等。燃气初温为1450℃、压比为19的燃气轮机的整机费用比初温1350℃、压比17时的费用增加3.6%。取M701F联合循环电站每年的固定运行和维护费用为20美元kW，可变运行和维护费用为0.002美元kWh。根据以上对燃气轮机维护费用的假设和燃气轮机整机的费用数据，对联合循环电站进行经济性分析。采用现金流的经济性分析方法，以投资净值回收年和年收益支出比作为结果分析的目标参数。投资净值回收年越短或年收益支出比越大，则联合循环电站的经济性越好。

采用维护费用因子I和Ⅱ时，计算得到的联合循环电站的投资净值回收年和年收益支出比随燃气轮机性能的变化曲线。在燃气轮机初温从1250℃提高时，投资净值回收年下降，年收益支出比提高，电站的经济性提高。使用维护费用因子I时，投资净值回收年降幅为8.1%，因子II时降幅减少为6.9%。但是，当燃气轮机的燃气初温提高到某一值时，电站经济性的提高开始变缓或下降。显然，经济性的降低是由燃气轮机成本和维护费用增大造成的。

从以上结果看，如果从联合循环电站的经济性考虑，并不是采用初温越高的燃气轮机越好，只有在材料和冷却技术有新的突破时，开发更高燃气初温的燃气轮机才有可能有更好的经济性。另外，使用维护费用因子Ⅱ时，电站经济性转折点的燃气初温低于1450℃。此结果显示维护费用因子Ⅱ所代表的不同性能燃气轮机维护费用间的差别偏大。

3 结语

在一般情况下，采用高性能燃气轮机的联合循环电站的经济性更好，但这不是必然的；当燃气轮机的成本和维护费用都因初温的提高而增长较大时，经济性反而会变差。燃料价格较高时，在不影响联合循环电站经济性的前提下，燃气轮机整机成本在燃气初温提高时的增长空间大，允许选择更先进的燃气轮机，这有利于高性能燃气轮机的开发。开发更高性能的燃气轮机是制造商不断努力的方向，但必须与新材料、新技术的开发和降低维护费用相结合。

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