發(fā)電效率、裝機容量、供熱規(guī)模同時刷新世界紀錄！揭秘全球最高效燃氣電廠

2017-07-11 15:47:36 大云網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

位于萊茵河畔的杜塞爾多夫是一座時尚精致的現(xiàn)代化城市，素有小巴黎之稱，但這座流光溢彩的西德名城的地標卻非艾菲爾鐵塔式的前衛(wèi)藝術(shù)建筑，而是一座被稱為城市之窗的現(xiàn)役燃氣電廠——Lausward熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)合循環(huán)電

位于萊茵河畔的杜塞爾多夫是一座時尚精致的現(xiàn)代化城市，素有“小巴黎”之稱，但這座流光溢彩的西德名城的地標卻非“艾菲爾鐵塔”式的前衛(wèi)藝術(shù)建筑，而是一座被稱為“城市之窗”的現(xiàn)役燃氣電廠——Lausward熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)合循環(huán)電廠。矗立于萊茵河“幾字型”內(nèi)彎處的Lausward電廠部分外墻采用將內(nèi)核外露的透明設(shè)計，不禁讓人聯(lián)想到超級跑車將高性能引擎可視化的特別設(shè)計。

事實上，選用西門子SGT5-8000H重型燃機作為“引擎”的Lausward電廠確實堪稱業(yè)界的“頂級超跑”，用無可爭辯的數(shù)據(jù)刷新著多項世界紀錄，特別是高達61.5%的發(fā)電凈效率、603.8兆瓦的發(fā)電裝機以及300兆瓦的供熱規(guī)模均為世界同級電廠之最。近日，《中國能源報》記者赴杜塞爾多夫，實地探訪了這座在多個維度領(lǐng)跑世界的現(xiàn)代化電廠的特別之處。

三重“最”

在全球化的低碳能源轉(zhuǎn)型中，德國一直是先行者，特別是自2011年福島核事故爆發(fā)后宣布棄核以來，德國政企兩界均在積極探索能源無碳化之路，柏林方面更是提出了2050年可再生能源占比80%的宏大目標。在此背景下，作為歐洲人口最稠密、經(jīng)濟最發(fā)達地區(qū)——德國北萊茵-威斯特法倫州的首府，杜塞爾多夫順勢提出了2050年實現(xiàn)碳中和的目標，Lausward電廠正是在這樣的背景下應(yīng)運而生。

2012年初，杜塞爾多夫公用事業(yè)局(SWD)決定在低碳、高效、環(huán)保的前提下，徹底改造這座城市已運營近70年的傳統(tǒng)發(fā)電中心——Lausward燃煤電廠，進而可靠滿足當?shù)毓┧⒐狻⒐╇姾蛥^(qū)域供熱需求。最終SWD選擇的解決方案是燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，并于當年5月與西門子簽署燃機合同，核心機組確定選用西門子最先進的SGT5-8000H燃氣輪機，并將古羅馬幸運女神的名字“Fortuna”定為機組的正式代號。

2014年5月下旬，現(xiàn)場啟動燃氣輪機安裝工作;2015年4月，燃氣輪機點火，并于當年秋天成功試運行;2016年1月，F(xiàn)ortuna機組正式投入商業(yè)運營。

西門子股份公司發(fā)電與天然氣集團首席技術(shù)官趙作智告訴記者，F(xiàn)ortuna在試運行階段即刷新了三項世界記錄：高達61.5%的發(fā)電凈效率和603.8兆瓦的發(fā)電裝機均為世界之最，足以滿足一座240萬人口規(guī)模的城市用電需求。與此同時，從全球范圍看，F(xiàn)ortuna機組300兆瓦的供熱能力，也已是僅配置一臺燃氣輪機和一臺蒸汽輪機的聯(lián)合循環(huán)電廠的極值。

值得注意的是，在熱啟動的情況下，Lausward電廠的燃氣輪機可在25分鐘內(nèi)達到滿負荷運行，并且可在同樣的時間內(nèi)再次停機，極短的啟停響應(yīng)時間意味著大容量的Fortuna機組擁有巨大的調(diào)峰潛力和優(yōu)勢，這在可再生能源占比持續(xù)快速攀升的德國，乃至國情類似的中國，無疑極具價值。

據(jù)西門子Fortuna項目負責人EvaWindecker介紹，2015年德國以風電和光伏為代表的可再生能源裝機已達80吉瓦，占到當年全國發(fā)電總裝機的四成，未來隨著能源轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進，德國官方預(yù)計這一比例到2030年和2050年將分別增至45%和62%。

可以預(yù)見的是，為克服海量風光發(fā)電的間歇性，在儲能技術(shù)未現(xiàn)重大突破的前提下，未來德國的調(diào)峰需求激增將成必然。但因需優(yōu)先滿足供熱供電需求，Lausward電廠目前尚未承擔調(diào)峰任務(wù)。

最強“心臟”

Lausward電廠領(lǐng)跑世界的高效與其核心裝備——燃氣輪機有直接關(guān)系。

Windecker告訴記者，F(xiàn)ortuna機組采用了西門子燃機產(chǎn)品序列中設(shè)計最先進、性能最強勁的SGT5-8000H型燃氣輪機，這個重達445噸的大家伙在“體格”上相當于250臺保時捷911 Turbo跑車或者一臺加滿燃料的空客A380，與之相對應(yīng)的是“巨獸級”的動力表現(xiàn)——高達435兆瓦的功率相當于1380臺911 Turbo的馬力之和;1500℃的點火溫度已接近鐵的熔點;滿負荷運轉(zhuǎn)時燃機葉片產(chǎn)生的離心力高達10000g，與之相對應(yīng)的是，噴氣式飛機全速飛行時離心力僅為7g，但已是飛行員能夠承受的生理極限。

在發(fā)電效率方面，在此之前，同樣采用西門子SGT5-8000H燃機的德國南部Irishing電廠曾于2011年5月實現(xiàn)了60.75%的聯(lián)合發(fā)電凈效率，刷新了當時的世界紀錄，這也是人類首次實現(xiàn)超過60%的凈發(fā)電效率。趙作智告訴記者，此次實現(xiàn)0.75個百分點的自我超越，是一系列工程設(shè)計優(yōu)化的結(jié)果，包括進一步改進主燃氣輪機、發(fā)電機、汽輪機部件和水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)，特別是余熱鍋爐和過程參數(shù)。

記者拿到的最新數(shù)據(jù)顯示，截至目前，西門子H型燃機在全球范圍內(nèi)已投產(chǎn)41臺機組，已簽訂合同的燃機數(shù)量則已達82臺，其中最頂級的SGT-8000H系列燃機已在歐洲、美洲、非洲和亞洲地區(qū)積累了35萬運行小時的實戰(zhàn)經(jīng)驗。

值得注意的是，在德國本土僅有兩臺H型燃機投產(chǎn)，這意味著出口是西門子H級燃氣輪機的重要銷售渠道，其中將“十三五”氣電裝機目標較前一個5年計劃提升了近一倍，且將天然氣定位由“過渡能源”轉(zhuǎn)為“主體能源”的中國顯然是核心目標市場之一，并已有所斬獲——今年1月，西門子獲得香港青山發(fā)電有限公司的訂單，將為其位于香港西北部屯門地區(qū)的龍鼓灘發(fā)電廠提供聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備，包括一臺SGT5-8000H燃氣輪機、一臺SST5-5000蒸汽輪機、一臺SGen5-3000W水冷發(fā)電機以及SPPA-T3000控制系統(tǒng)。

環(huán)保標桿

Lausward電廠的先鋒意義不僅限于高效，另一個不可忽視的特點是先進的環(huán)保理念和執(zhí)行力。“我們?yōu)榄h(huán)保作出的貢獻至少包括兩點。” Windecker告訴記者，“一是從燒煤變成燒氣，自然會干凈很多，二是它很安靜。”

在“煤改氣”的基礎(chǔ)上，得益于超高的發(fā)電效率，加之高效利用發(fā)電過程產(chǎn)生的熱能，Lausward電廠的天然氣燃料效率隨之大增至85%左右，這使得Lausward電廠的二氧化碳排量降至230克。“以歐盟燃煤電廠的平均排放量做為基準，采用天然氣發(fā)電的同等規(guī)模電廠可減排約53%，如果采用Fortuna的機組和西門子的先進技術(shù)，二氧化碳排放量可在這個基礎(chǔ)上進一步降至燃煤電廠的31%，如果加上區(qū)域供熱的減排量，Lausward電廠最終的碳排量僅為燃煤電廠的23%。”Windecker為記者算了一筆數(shù)字帳，“相當于每年可減少250萬噸二氧化碳，或者125萬輛年均行駛1.5萬公里的汽車一年排放的二氧化碳排放量之和。”

與此同時，“電廠離內(nèi)城很近，附近還有一所醫(yī)院，這意味著電廠必須將噪音控制在極低的水平。”Windecker告訴記者，通過裝配吸音板、降噪墻、彈簧隔振器等一系列降噪措施，Lausward廠區(qū)外的實測噪音水平在25分貝以下，相當于輕聲耳語。事實上，當記者在干凈整潔、梧桐叢生的Lausward電廠參觀時，除了進入機組廠房需要佩戴降噪耳機外，廠區(qū)其他區(qū)域的噪音控制相當?shù)轿唬姓弑仨氄舳鷻C才能聽清對方的聲音，“靜音”水準可見一斑。