重型燃气轮机赋能新型能源体系建设驱动绿色可持续发展

  重型燃气轮机被誉为装备制造业中的“皇冠上的明珠”。如此赞誉,既在于重型燃气轮机的设计、制造均存在十分高的技术门槛,也在于其能源转换效率高,可大范围的应用于诸多领域,比如作为天然气发电的核心设备。正因如此,我国一直着力推动重型燃气轮机研发与应用的本土化。近期,广州惠州大亚湾石化区综合能源站项目传来喜讯,在H级燃机中使用天然气-氢气混合燃料的项目受电圆满完成。

  该项目包含广东电力发展股份有限公司(粤电力)投资建设2套600兆瓦H级燃气—蒸汽联合循环热电冷联产机组,是国内率先在H级燃机中使用天然气-氢气混合燃料的项目。

  项目建成后,年发电量约47亿千瓦时,供热量1112万吉焦,不但可以为惠州市电力提供支撑能力,满足大亚湾石化区西部的热负荷需求,同时能消纳周边重点项目产生的可燃含氢尾气。

  广东电力发展股份有限公司是广东省较早的股份制改制企业和中国首批电力上市公司之一,专注于电力主业,目前煤电装机20550万千瓦、气电装机6392万千瓦、水电装机14.26万千瓦、风电装机2345万千瓦。

  长期以来,中国天然气发电受困于气价与电价的不协调,没有实现更大规模的发展。电力市场化改革的推进、碳约束的加强、掺氢燃烧技术的进步……中国天然气发电或许将要进入一个全新的阶段。

  根据对电源结构需求和调整,十四五期间各省市都不同程度的增加了对气电的规划,例如广东省3600万千瓦、四川875万千瓦、重庆市500万千瓦。

  广东省,特别是珠三角地区,化石能源不丰富的同时,对电力需求也一直很高。预计十四五期间,广东电力需求年均增长在4.5%-5%。因此广东省能源局在“十四五”能源规划中明白准确地提出要积极发展天然气发电,“十四五”期间新增天然气发电装机容量3600万千瓦,占电源装机的百分之三十左右。

  2022年,受到俄乌冲突的影响,国内天然气发电成本气价从2元暴涨至4元多,这无疑给天然气发电的发展又增添了一份困难。

  中国石油学会石油经济专委会秘书长朱兴珊表示:“未来气电发展要更多的依托国产气的产量增加和价格改革,这样才能够更好地摊平用气成本。”

  碳中和转型的趋势让天然气发电的作用更加凸显。随着高比例可再次生产的能源电力系统的发展,电网需要慢慢的变多的灵活、高效机组,这些正是天然气发电的优势。

  随着可再次生产的能源的持续不断的增加,电网所需的灵活调节性电源也慢慢变得多。强大的调峰能力一直都是天然气发电无可匹敌的优势,HA级燃机延续了这一优点。

  燃气轮机是天然气发电核心的设备,彰显着工业制造领域先进的技术和实力。2023年2月14日,国内首台由哈电通用燃气轮机(秦皇岛)有限公司本土生产的HA级重型燃机从秦皇岛重燃基地下线,其一大特点是HA级燃机机组将氢气掺混比例运行,并将会在未来持续提高其掺氢燃烧比例。

  据广东粤电大亚湾综合能源有限公司透露,H级的联合循环发电效率能够达到63%以上,F级在58%左右,高出4%以上。同时,气电项目与美孚化工合作,化工生产的尾气含氢10%、甲烷90%,用于原料,能节约大量的成本。所以,大亚湾石化区综合能源站项目也是国内首台重型燃机充分燃烧混合燃料的探索和研究。

  首台国产HA级重型燃气轮机在秦皇岛下线H燃气发电技术在国内早已应用,据悉,天津军粮城电厂650兆瓦燃气+350兆瓦燃煤热电联产项目中采用的燃机也是国内较早投运的采用GE尖端的3D打印微孔预混燃烧室技术的9HA燃机。微孔预混燃烧室通过燃烧空气的微孔混合,大幅度的提高燃料与空气混合的均匀性,目前,天津军粮城电厂100%负荷修正后的联合循环效率为63.36%,是我国当前投运燃机发电机组中效率较高的存在。

  华电天津军粮城发电有限公司副总工程师李云良表示:“自从2021年1月投运以来到今天,机组安全运作了两年多,各项运行指标都达到了设计的标准。其优势特点包括:第一,启动灵活性方面,电厂一次启停就节约大约20万元,每一次调峰作用都是按流量计算,收益也是相当可观的;第二,在节能减排方面,微孔预混燃烧技术的应用使气耗能达到0.164,原来F级机组是0.173,机组供热面积可达700万平方米,可满足十余万居民的用电和采暖需求。电厂每年可减排二氧化硫1194吨,减排氮氧化物7755吨,为加快中国能源清洁低碳转型发展提供了典型示范效应。”

  根据国家“十四五”能源规划,新能源的发展将以大型风电、光伏基地为依托。更大规模的可再次生产的能源发电装机并网,无疑需要更加多的调节性电源。考虑到越来越严苛的碳约束,以天然气发电替代煤电,可能会成为未来电力系统的一大趋势。

  重型燃气轮机研发、制造与应用的每一次突破,都存在广泛的影响力。其不仅体现了一个国家工业设施制造水平,还对建设低碳清洁的现代能源供应体系具有现实意义。此次广州惠州大亚湾石化区综合能源站项目的顺利受电,标志着我国在应用重型燃气轮机加速能源转型的进程中取得了又一突破。能预见,随着“双碳”战略的推进、实施,未来,重型燃气轮机的非消极作用或将越发显现。

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