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  • 探秘全球最高效環(huán)保燃?xì)怆姀S

    2018-09-17 11:16:53 機電商報   點擊量: 評論 (0)
    毗鄰萊茵河畔,在靠近杜塞爾多夫市中心的港口區(qū),一幢透明鋼筋玻璃結(jié)構(gòu)的高樓拔地而起,憑借其獨特造型的建筑動態(tài)美,成為這座擁有62萬人口

    毗鄰萊茵河畔,在靠近杜塞爾多夫市中心的港口區(qū),一幢透明鋼筋玻璃結(jié)構(gòu)的高樓拔地而起,憑借其獨特造型的建筑動態(tài)美,成為這座擁有62萬人口、德國第七大城市的地標(biāo)性建筑之一。這就是于2016年1月投入商業(yè)運營的勞斯沃德(Lausward)熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)合循環(huán)電廠(以下簡稱“勞斯沃德電廠”)。

    在試運行階段,勞斯沃德電廠最大出力達(dá)到603.8兆瓦、發(fā)電凈效率61.5%,刷新了當(dāng)時單軸配置聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的世界紀(jì)錄;同時,配合300兆瓦的區(qū)域供熱能力,這座電廠的燃料利用率超過85%。

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    高效節(jié)能

    2012年5月,當(dāng)?shù)刈畲蟮墓┧⒐狻⒐╇姾蛥^(qū)域供熱運營商——杜塞爾多夫公用事業(yè)局(SWD)決定通過交鑰匙工程的方式建設(shè)全新的勞斯沃德電廠。一方面,新電廠需要實現(xiàn)氣候保護(hù)、可靠供電和地區(qū)安全一體化能源的理念;另一方面,新電廠能快速響應(yīng)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)峰的需求。經(jīng)對比,燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電(CCPP)成為了SWD最終的選擇。

    CCPP的核心設(shè)備是燃?xì)廨啓C,而西門子則是世界上為數(shù)不多、掌握燃?xì)廨啓C核心制造技術(shù)的廠商,基于其德國Irsching4全球首個聯(lián)合循環(huán)發(fā)電凈效率突破60%大關(guān)的電廠項目,以及本身的品牌效應(yīng),西門子最終成為了勞斯沃德電廠總承包商和發(fā)電機組供貨商。

    勞斯沃德電廠坐落在已退役燃煤電廠的廢氣處理塔舊址上,根據(jù)矩形建造面積,西門子采用了燃?xì)廨啓C、發(fā)電機和蒸汽輪機單軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念,實現(xiàn)了場地利用最大化和占地緊湊化。

    整個電廠為單臺機組布置,包括SGT5-8000H燃?xì)廨啓C、SST5-5000蒸汽輪機、SGEN5-3000MW發(fā)電機和Benson直流余熱鍋爐等在內(nèi)的主要設(shè)備各一臺。“除區(qū)域供熱功能以及燃?xì)廨啓C的額定功率高出50兆瓦外,勞斯沃德電廠與Irsching4電廠配置完全一致。”西門子股份公司發(fā)電與天然氣集團(tuán)首席技術(shù)官趙作智告訴記者。

    據(jù)介紹,西門子將電廠發(fā)電機組取名寓意美好象征的“Fortuna”,但其并沒有將命運寄托于這位羅馬神話中的幸運女神。建設(shè)過程中,憑借高效的發(fā)電技術(shù)和建設(shè)大型電廠方面的豐富經(jīng)驗,西門子針對電廠的組件設(shè)計、材料選用、機組整體構(gòu)造等不斷改進(jìn)與優(yōu)化,達(dá)到各組件的完美匹配。“這對電廠的發(fā)電能力和效率水平起到巨大的提升作用。”趙作智表示。

    趙作智強調(diào),為保證H級燃?xì)廨啓C機組在出力、效率和靈活性等方面更具領(lǐng)先性,西門子一直圍繞“進(jìn)氣容量”、“壓縮比”、“燃燒溫度”三大技術(shù)指標(biāo)尋找破解的方程式。“作為西門子的H級燃?xì)廨啓C,無論是改進(jìn)的燃燒室結(jié)構(gòu),還是更加充分的燃燒方式,以及4級葉片的涂層、全內(nèi)空氣冷卻處理工藝,我們都應(yīng)用了一系列的新技術(shù)和新工藝。”趙作智同時舉例道,通過創(chuàng)新的制造工藝,西門子的透平葉片能輕松應(yīng)對燃?xì)廨啓C高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的巨大離心力;而葉片上的金屬膜和陶瓷膜特殊鍍層,大大延長了葉片耐受超過1500℃運行溫度的時間;尤其是西門子獨特的葉片中空構(gòu)造,更是起到了高效降溫隔熱的效果。

    另外,為高效轉(zhuǎn)化燃?xì)廨啓C燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓氣體能量,保持透平輪機與其外殼的嚴(yán)絲合縫,西門子持續(xù)優(yōu)化燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子與機殼內(nèi)壁之間的水平間隙。“勞斯沃德電廠具有快速啟停的功能,要保證葉片在高速旋轉(zhuǎn)時既不能出現(xiàn)剮蹭,也不能留出太大空隙,間隙控制在幾毫米內(nèi),是一種‘若即若離’的狀態(tài)。”趙作智講道。

    在蒸汽輪機發(fā)電環(huán)節(jié),為最大限度利用廢氣的熱量,西門子Benson直流余熱鍋爐的熱交換面積高達(dá)54萬平方米。“這可將勞斯沃德電廠機組出力提高至600兆瓦以上,使得發(fā)電凈效率超過61%。”趙作智講道。據(jù)悉,經(jīng)過余熱鍋爐后,廢氣溫度降至80℃左右,足見其利用率之高。

    除Fortuna機組等硬件外,勞斯沃德電廠還采用了西門子的SPPA-T3000控制系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng),“自動控制與優(yōu)化”、“大量傳感器的應(yīng)用”以及“100%覆蓋的通用檢查端口”等數(shù)字化科技的應(yīng)用,使電廠的日常運營僅需19人即可完成,大大提高了管理的效率。

    相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2015年德國的發(fā)電總裝機容量達(dá)到180吉瓦,其中風(fēng)電和光伏80吉瓦,占比達(dá)到44%。隨著風(fēng)電的大幅增長,預(yù)計到2030年僅風(fēng)電占比將達(dá)45%,2050年這一比例將提升至62%。面對更多帶有發(fā)電波動性可再生能源的并網(wǎng),燃?xì)獍l(fā)電憑借其靈活性和快速響應(yīng),無疑成為電網(wǎng)調(diào)峰的理想選擇。“勞斯沃德電廠在熱啟動的情況下,燃?xì)廨啓C可在25分鐘內(nèi)達(dá)到滿負(fù)荷運行,其負(fù)荷變化超過55兆瓦/分鐘,有著強大的電網(wǎng)平衡能力。”趙作智同時指出,F(xiàn)ortuna機組還可在非常小的負(fù)荷內(nèi)保持正常的運行狀態(tài)。

    不難發(fā)現(xiàn),通過西門子對勞斯沃德電廠各方面的優(yōu)化與改進(jìn),該電廠實現(xiàn)了高效的發(fā)電、區(qū)域供熱,以及強大的電網(wǎng)調(diào)峰能力。

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    低碳環(huán)保

    作為西門子發(fā)電與天然氣集團(tuán)的高管,趙作智到杜塞爾多夫出差,他更多選擇住在勞斯沃德電廠附近的酒店,酷愛晨練的他從未感覺到當(dāng)?shù)乜諝獾奈蹪?而毗鄰勞斯沃德電廠的一家醫(yī)院,也從未因為空氣質(zhì)量和噪音,對醫(yī)患人員產(chǎn)生絲毫影響。所有這一切,都得益于勞斯沃德電廠所具備的高環(huán)保和低排放的特質(zhì)。

    據(jù)趙作智介紹,目前燃煤電廠每千瓦時能產(chǎn)生1000克左右的二氧化碳,即使是最高效的上海外高橋超超臨界機組的二氧化碳排放量也在750克,而一般的燃?xì)怆姀S的二氧化碳排放量有330克。

    “如果將目前歐盟燃煤發(fā)電機組的二氧化碳平均排放量設(shè)成100%的話,燃燒天然氣可以減排53%,而利用西門子清潔發(fā)電技術(shù),還可再降低16%。”趙作智表示。據(jù)悉,勞斯沃德電廠在基本負(fù)荷區(qū)域供熱運行模式下,其二氧化碳排放甚至降至23%。“據(jù)測算,這個電廠每千瓦時的二氧化碳排放量僅為230克。”在趙作智看來,在當(dāng)今保護(hù)環(huán)境和防止大氣污染的大趨勢下,勞斯沃德電廠在環(huán)保方面具有更典型的示范意義。

    不僅如此,為實現(xiàn)與周邊環(huán)境的友好,勞斯沃德電廠還通過吸音板、降噪墻、彈簧隔振器等一系列措施和手段來降噪,甚至是給SGT5-8000H燃?xì)廨啓C穿上了厚厚的“棉服”。據(jù)介紹,在勞斯沃德電廠所處的萊茵河畔對岸的測試數(shù)據(jù)顯示,其噪聲還不到25分貝。

    在參觀電廠過程中,記者親身感受到內(nèi)外噪聲的差別。電廠內(nèi)部臨近機組的地方,機器的轟鳴產(chǎn)生高分貝的噪音,耳塞降噪已是進(jìn)入工作人員的必備工具。而在廠區(qū)周邊行走,即使非常近的距離,讓你感覺不到一個出力超過600兆瓦電廠在身邊。

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    不斷進(jìn)取

    如今,以燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電為基礎(chǔ)的(冷)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)備受關(guān)注,其不僅具備“全方位低排放設(shè)計、節(jié)能高效低污染、構(gòu)造精簡省空間”等特點,同時還能靈活地供電供暖(制冷)。而憑借節(jié)能、減排、提高供能安全性、電網(wǎng)調(diào)峰、應(yīng)對可再生能源的波動等眾多優(yōu)勢,分布式燃?xì)獍l(fā)電已成為全球?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排和能源供應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

    據(jù)悉,西門子已著手更高效率燃?xì)獍l(fā)電機組的研發(fā)和優(yōu)化。“65%凈發(fā)電效率是我們目前正在著手做的一項工作。”據(jù)趙作智介紹,自H級燃?xì)廨啓C第一臺商業(yè)運營以來,西門子的更新改進(jìn)和技術(shù)升級就從未停止過。

    作為新一輪工業(yè)革命的重要標(biāo)志,增材制造技術(shù)體現(xiàn)了信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與先進(jìn)材料技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)的密切結(jié)合,是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點。“增材制造技術(shù)已成為西門子數(shù)字化戰(zhàn)略重要支柱之一。”趙作智指出。

    近期,西門子成功完成了利用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C葉片首次滿負(fù)荷試驗,以及增材制造技術(shù)制造的經(jīng)全面改良內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)新葉片的測試。“利用這樣的技術(shù)手段,通過提高效率和可用性來加速新型燃?xì)廨啓C的設(shè)計。”在趙作智看來,西門子發(fā)電業(yè)務(wù)的唯一目標(biāo)就是讓整套發(fā)電機組設(shè)備運行起來達(dá)到最優(yōu)境地,在大幅提升環(huán)保性的前提下,為客戶創(chuàng)造更大的價值。

    與此同時,應(yīng)對發(fā)電領(lǐng)域產(chǎn)生大量二氧化碳的事實,為進(jìn)一步減少因此帶來的溫室效應(yīng),西門子已在德國法蘭克福的一個示范電廠里,著手探索二氧化碳的捕獲和封存技術(shù)與裝置,布局前瞻性市場。

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    責(zé)任編輯:售電小陳

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