發電效率、裝機容量、供熱規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　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藝術建筑，而是一座被稱為城市之窗的現役燃氣電廠——Lausward熱電聯產聯合循環電

位于萊茵河畔的杜塞爾多夫是一座時尚精致的現代化城市，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”式的前衛藝術建筑，而是一座被稱為“城市之窗”的現役燃氣電廠——Lausward熱電聯產聯合循環電廠。矗立于萊茵河“幾字型”內彎處的Lausward電廠部分外墻采用將內核外露的透明設計，不禁讓人聯想到超級跑車將高性能引擎可視化的特別設計。

事實上，選用西門子SGT5-8000H重型燃機作為“引擎”的Lausward電廠確實堪稱業界的“頂級超跑”，用無可爭辯的數據刷新著多項世界紀錄，特別是高達61.5%的發電凈效率、603.8兆瓦的發電裝機以及300兆瓦的供熱規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跑世界的現代化電廠的特別之處。

三重“最”

在全球化的低碳能源轉型中，德國一直是先行者，特別是自2011年福島核事故爆發后宣布棄核以來，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、經濟最發達地區——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年實現碳中和的目標，Lausward電廠正是在這樣的背景下應運而生。

2012年初，杜塞爾多夫公用事業局(SWD)決定在低碳、高效、環保的前提下，徹底改造這座城市已運營近70年的傳統發電中心——Lausward燃煤電廠，進而可靠滿足當地供水、供氣、供電和區域供熱需求。最終SWD選擇的解決方案是燃氣蒸汽聯合循環發電，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，Fortuna機組正式投入商業運營。

西門子股份公司發電與天然氣集團首席技術官趙作智告訴記者，Fortuna在試運行階段即刷新了三項世界記錄：高達61.5%的發電凈效率和603.8兆瓦的發電裝機均為世界之最，足以滿足一座240萬人口規模的城市用電需求。與此同時，從全球范圍看，Fortuna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合循環電廠的極值。

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分鐘內達到滿負荷運行，并且可在同樣的時間內再次停機，極短的啟停響應時間意味著大容量的Fortuna機組擁有巨大的調峰潛力和優勢，這在可再生能源占比持續快速攀升的德國，乃至國情類似的中國，無疑極具價值。

據西門子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，占到當年全國發電總裝機的四成，未來隨著能源轉型的持續推進，德國官方預計這一比例到2030年和2050年將分別增至45%和62%。

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

最強“心臟”

Lausward電廠領跑世界的高效與其核心裝備——燃氣輪機有直接關系。

Windecker告訴記者，Fortuna機組采用了西門子燃機產品序列中設計最先進、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，與之相對應的是“巨獸級”的動力表現——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;滿負荷運轉時燃機葉片產生的離心力高達10000g，與之相對應的是，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月實現了60.75%的聯合發電凈效率，刷新了當時的世界紀錄，這也是人類首次實現超過60%的凈發電效率。趙作智告訴記者，此次實現0.75個百分點的自我超越，是一系列工程設計優化的結果，包括進一步改進主燃氣輪機、發電機、汽輪機部件和水/蒸汽循環系統，特別是余熱鍋爐和過程參數。

記者拿到的最新數據顯示，截至目前，西門子H型燃機在全球范圍內已投產41臺機組，已簽訂合同的燃機數量則已達82臺，其中最頂級的SGT-8000H系列燃機已在歐洲、美洲、非洲和亞洲地區積累了35萬運行小時的實戰經驗。

值得注意的是，在德國本土僅有兩臺H型燃機投產，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電有限公司的訂單，將為其位于香港西北部屯門地區的龍鼓灘發電廠提供聯合循環發電設備，包括一臺SGT5-8000H燃氣輪機、一臺SST5-5000蒸汽輪機、一臺SGen5-3000W水冷發電機以及SPPA-T3000控制系統。

環保標桿

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保理念和執行力。“我們為環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”的基礎上，得益于超高的發電效率，加之高效利用發電過程產生的熱能，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，采用天然氣發電的同等規模電廠可減排約53%，如果采用Fortuna的機組和西門子的先進技術，二氧化碳排放量可在這個基礎上進一步降至燃煤電廠的31%，如果加上區域供熱的減排量，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，“電廠離內城很近，附近還有一所醫院，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，廠區其他區域的噪音控制相當到位，同行者必須摘掉耳機才能聽清對方的聲音，“靜音”水準可見一斑。