摘要：　本文對使用優(yōu)質(zhì)燃料天然氣高效發(fā)電的燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的應(yīng)用特點加以分析，提出燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在電力結(jié)構(gòu)中的作用，提出研究、制定合理價格政策的建議，以推動我國天然氣燃氣輪機發(fā)電事業(yè)。
關(guān)鍵詞：天然氣　燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電　價格政策
　
在“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略的指引下，史無前例的“西氣東輸”工程全面施工，引進液化天然氣和管道氣項目也全面開展。國家重點支持發(fā)展的天然氣燃氣—蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程首批聯(lián)合招標項目裝機總?cè)萘?000MW，計劃于2005~2006年建成發(fā)電。以引進技術(shù)形成自主開發(fā)能力為目標的燃氣輪機制造產(chǎn)業(yè)也在分階段實現(xiàn)。我國天然氣燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電進入一個新的發(fā)展時期。
據(jù)統(tǒng)計，2001年世界天然氣消費量達24049億立方米，天然氣在世界能源消費結(jié)構(gòu)中的比例達24.7%。第16世界石油大會報告認為2010年全球天然氣消費量將增加到49000億立方米，且預(yù)計到2040年天然氣在世界能源消費結(jié)構(gòu)中的比例將上升到51%。
當今世界主要工業(yè)發(fā)達國家能源結(jié)構(gòu)中天然氣所占比例為：美國25.8%，英國38.1%，俄羅斯54.6%。而我國僅為2.5%。
此外在1995年世界電力結(jié)構(gòu)中天然氣發(fā)電占18.54%，當時我國是1.4%。近期我國天然氣燃氣輪機發(fā)電裝機容量將有增加，但預(yù)計到2006年天然氣發(fā)電在電力結(jié)構(gòu)中的比重僅達2.7%。
以上統(tǒng)計說明，我國在天然氣應(yīng)用和天然氣發(fā)電上與世界工業(yè)發(fā)達國家相比有巨大差距，努力推動我國天然氣發(fā)電的任務(wù)是緊迫的，也是有很大發(fā)展空間的。
一優(yōu)質(zhì)燃料天然氣應(yīng)主要用于燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)的高效發(fā)電。
天然氣是化石能源中最潔凈的燃料，在燃燒性能、熱值、運輸?shù)雀鞣矫娑际亲顑?yōu)質(zhì)的燃料。燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電應(yīng)用熱力學上布雷頓循環(huán)和朗肯循環(huán)相結(jié)合，既有利于高品位能量的轉(zhuǎn)換，又能充分利用較低品位的能量，具有能源綜合利用和最高效率的優(yōu)點。當今燃氣—蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱效率已達到60%，遠高于常規(guī)或超臨界火力發(fā)電水平，（見表1）。
表1常規(guī)燃煤火力發(fā)電與燃氣-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)熱效率的比較
機組容量基本參數(shù)運行地點
/產(chǎn)地投運年代熱效率（%）
350MW超臨界汽輪
發(fā)電機組31MPa
566/566/566℃日本
川越電廠1989～
1990年41.9
300MW超臨界汽輪
發(fā)電機組25.1MPa
560/560℃丹麥
VestKraft1992年45.3
348.5MWS109FA
燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)壓比14.7
燃氣初溫1320℃美國
GE20世紀
90年代56.3
396MWKA26
燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)壓比30
燃氣初溫1260℃　兩段燃燒瑞士
ABB20世紀
90年代后期58.5
420MWS109H
燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)壓比23.2
燃氣初溫1430℃美國GE
（已有訂單）20世紀
90年代末60
應(yīng)用天然氣燃料燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的另一個優(yōu)點是最低的環(huán)境污染排放。燃氣輪機具有優(yōu)良的燃燒特性，控制低污染排放技術(shù)水平不斷提高。天然氣燃氣/蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)機組與常規(guī)火力發(fā)電機組相比具有最低的污染排放，被稱為“綠色能源”，是可持續(xù)發(fā)展最有希望的發(fā)電技術(shù)（見表2）。
表2裝機容量500MW燃用天然氣電廠和燃煤電廠的環(huán)境影響比較
注：1原煤熱值按全國平均值19678kJ/kg(4700kcal/kg)計；
2原煤含硫按1.1%，灰份按27%計；
3年耗煤量150萬噸，除塵效率98.5%；
4燃天然氣電廠值取國外資料
由于天然氣燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)是最理想的發(fā)電方式，世界燃氣輪機發(fā)電裝機容量大幅度增長。1996年6月到1997年5月世界燃氣輪機訂貨總功率數(shù)　　 28222MW，1998年6月到1999年5月訂貨總功率翻了一番，達到64254MW。燃氣輪機發(fā)電已是電力結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，在新增發(fā)電容量中更占主要份額。據(jù)報告美國南方電力公司發(fā)電新增裝機容量中燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)占90%以上。
二我國燃氣輪機發(fā)電應(yīng)是電力結(jié)構(gòu)中的又一重要組成部分
世界能源結(jié)構(gòu)中，煤炭仍是最豐富的資源。預(yù)測全球石油儲量尚可開發(fā)60年，天然氣有120年，煤炭則有200年。我國對煤炭的依賴尤為重要。中國是煤炭大國，現(xiàn)探明的天然氣儲量有限，應(yīng)用天然氣還要依靠進口，在天然氣發(fā)電方面也剛起步。我國以燃煤火電為主的狀況將會持續(xù)一個漫長的歲月。
但是我國應(yīng)積極發(fā)展天然氣燃氣輪機發(fā)電，目的是優(yōu)化我國電力結(jié)構(gòu)，提升我國電力技術(shù)水平。這就要求充分發(fā)揮天然氣燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的優(yōu)點，來加速發(fā)展我國天然氣發(fā)電。
燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電與常規(guī)火力發(fā)電相比，除具有熱效率高、排放污染少外，還具有靈活機動、調(diào)峰性能好，以及投資低、建設(shè)周期短、占地面積少等一系列優(yōu)點。
燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在電力結(jié)構(gòu)中最適當?shù)奈恢没蛴猛臼牵?
1人口密集地區(qū)、經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)；

2負荷中心或電網(wǎng)末梢，以及用電極度緊張地區(qū)；
3主要用于電網(wǎng)的調(diào)峰
隨著我國國民經(jīng)濟高速發(fā)展和人民生活水平的提高，在相當長的時期內(nèi)，我國一方面會存在電力緊張的狀況，另一方面電力負荷常常是多變、復(fù)雜且具有不穩(wěn)定性，例如：
1　隨著電力總量增長，負荷峰谷差矛盾十分突出；
2　社會專業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的提高，促進地區(qū)性電力負荷分布不平衡；
3　農(nóng)村城市化和偏遠地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，全國大電網(wǎng)建設(shè)仍跟不上廣大地區(qū)發(fā)展用電需求；
4　電力負荷的季節(jié)性變化也越來越大。
此外大型水電站和核電站建成后在電網(wǎng)中以基本負荷發(fā)電，電網(wǎng)則急需配置充分的調(diào)峰機組。
可見，我國必須將火電、水電、核電和各種先進的發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，也必須加快發(fā)展天然氣燃氣輪機發(fā)電技術(shù)。燃氣輪機應(yīng)以其自身特點在電網(wǎng)中發(fā)揮重要作用。燃氣輪機發(fā)電應(yīng)是電力結(jié)構(gòu)中的又一重要組成部分。
三燃用天然氣的分布式燃氣輪機冷、熱、電聯(lián)供，可望為解決電力負荷峰谷差找到有效途徑。
隨著經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，用于空調(diào)、取暖的電力負荷明顯增加，造成日負荷和季節(jié)性負荷的峰谷差，這是世界各工業(yè)國家普遍存在的問題。我國現(xiàn)今人均用電擁有量遠遠低于工業(yè)發(fā)達國家的水平。我國電力的增長，其中一大部分將是滿足生活用電的增長。生活用電包括取暖、空調(diào)等各方面的電力消耗，伴隨著電力負荷的增長又加劇峰谷差的擴大。
按深圳市統(tǒng)計為例，2000年月最大負荷為210～339.5萬千瓦，月用電量為83177～187048萬千瓦時，季節(jié)性峰谷差達129.5萬千瓦；2002年月最大負荷為296.7～480萬千瓦，月用電量為112630～261780萬千瓦時，季節(jié)性峰谷差達183.3萬千瓦。據(jù)預(yù)測今年深圳市最高負荷將達到600萬千瓦，季節(jié)性峰谷差將超過200萬千瓦。據(jù)深圳市供電部門預(yù)計，深圳市現(xiàn)有空調(diào)負荷很可能超過100萬千瓦。
在電力發(fā)展中可按滿足高峰負荷來擴大裝機容量，必須配備一批調(diào)峰機組或增加備用容量。這將會帶來電網(wǎng)調(diào)整的困難，也影響電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟性。當代電力系統(tǒng)在繼續(xù)發(fā)展以大型機組為核心大電網(wǎng)的同時，又注重中、小型發(fā)電的互補作用。以天然氣直燃的微型燃氣輪機分布式冷、熱、電聯(lián)供，可使用管網(wǎng)或車運天然氣，大大減少在電網(wǎng)上的耗電，可化解電網(wǎng)峰谷差矛盾，提高電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟性，這已成為當代電力發(fā)展中的又一熱點。
微型燃氣輪機簡單循環(huán)效率達40%，壽命45000小時。微型燃氣輪機用于能源綜合利用的冷、熱、電聯(lián)供熱效率可達80～90%。目前美國、歐洲、日本都已批量生產(chǎn)微型燃氣輪機，其性能見表3。
表3先進微型燃氣輪機主要性能指標
性能指標
高效率燃料—電力轉(zhuǎn)換效率至少為40%，熱電聯(lián)產(chǎn)效率>85%
環(huán)境氮氧化物（NOx）<7ppm(燃天然氣)
耐久性大修期之間可靠運行1000小時，運行壽命至少為45000小時
發(fā)電費用系統(tǒng)成本<500美元/kW，發(fā)電費用能與市場應(yīng)用替代方案（包
括電網(wǎng)）具有競爭力
燃料適應(yīng)性可選用多種燃料，包括柴油、乙醇、垃圾掩埋場瓦斯和生化燃料
我國科技部863計劃中有自主產(chǎn)權(quán)微型燃氣輪機的開發(fā)項目，正在試制　100kW渦輪初溫900℃，簡單循環(huán)供電效率29%的微型燃機，2004年將制成樣機。我國發(fā)展天然氣微型燃氣輪機的冷、熱、電聯(lián)供的條件逐步具備，這將為我國解決峰谷差矛盾找新的出路。
四　應(yīng)根據(jù)天然氣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的特點研究制定合理的政策，進一步推動天然氣發(fā)電的發(fā)展。
當前我國天然氣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電正處于起步階段，國家尚無完善的政策法規(guī)按燃機電廠在電網(wǎng)中發(fā)揮的特殊作用來制定合理的電價。而天然氣作為優(yōu)質(zhì)燃料，價格偏高，且國內(nèi)價格比現(xiàn)行國際價格更高。天然氣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在經(jīng)濟上與常規(guī)燃煤火力發(fā)電機組相比還缺少競爭力，而這點常常會限制新穎發(fā)電技術(shù)發(fā)揮作用，影響我國電力建設(shè)的普遍水平（見表4）。
表4　天然氣燃氣／蒸汽聯(lián)合循環(huán)與常規(guī)火力機組的燃料成本的比較
天然氣燃氣／
蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電常規(guī)燃煤火力發(fā)電
燃料單價1.45/m3360元／標煤噸
燃料熱值8942kcal/m37000kcal/kg
熱效率55.4%35%
單位燃料消耗量0.162kg/kw•h0．370kg/kw•h
燃料成本0.2354元／度0.1332元／度
在市場經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律支配下，根據(jù)同網(wǎng)、同質(zhì)、同價和公平競爭的原則，天然氣燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的重要作用，應(yīng)在經(jīng)濟價值上合理的反映出來。
例如天然氣燃氣輪機在電網(wǎng)中擔當調(diào)峰或作備用容量，首先會使機組頻繁起停，直接影響經(jīng)濟性和降低設(shè)備維修間隔周期，增加運行成本。根據(jù)燃氣輪機經(jīng)濟性和可靠性的統(tǒng)計規(guī)律，機組起停一次相當于10~20個當量運行小時。承擔電網(wǎng)調(diào)峰作用的燃氣輪機，年起停次數(shù)一般大于300次以上，相當于增加了　　　　 3000~6000個運行小時數(shù)。如果實際運行3500小時，機組當量運行小時數(shù)已達6500~9500小時。
再考慮到調(diào)峰機組在負荷低谷時段不發(fā)電，在高峰或平峰時段也常減負荷，機組年運行小時數(shù)經(jīng)折合后約為3500小時。若是擔當電網(wǎng)備用的機組其年運行小時數(shù)更低。年運行小時數(shù)低的調(diào)峰機組比以基本負荷連續(xù)長期運行機組的運行成本將隨運行小時數(shù)的減少而成比例增加。因電網(wǎng)需要而擔當調(diào)峰任務(wù)的機組，折合年運行小時 3500小時，但發(fā)電的價值卻與7000小時左右的基本負荷相當。
調(diào)峰機組只能依靠合理的峰谷電價差來彌補其調(diào)峰帶來的經(jīng)濟損失。發(fā)改委[2003]14號文確定峰、谷時段電價差在2~5倍之間。實際價格差應(yīng)取在上限才趨向合理。
此外，對燃氣輪機低排放污染的優(yōu)點在電價上也應(yīng)反映。這項電價的補償應(yīng)與常規(guī)燃煤火力發(fā)電因必須采用脫硫工藝而得到的補償相當。例如深圳媽灣　　4＃機組總投資15億，其中海水脫硫設(shè)備投資2.17億，約占總投資額的14.5％。其4＃機組的電價由當前的0.52元／度提高到0.57元／度。燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的環(huán)保電價補償政策可參考這種電價補償?shù)姆椒▉碇贫ā?
合理的電價政策應(yīng)該使燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠能承受目前較高的天然氣價格及天然氣價格波動的風險。當天然氣價格降低后，燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電將有條件進一步降低電價，使天然氣發(fā)電具有更大的競爭力，并促使燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電得到更快、更大的發(fā)展。