区域型分布式能源燃气轮机机组选型分析

邵旭峰

(江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213011)

0 引言

在能源需求强度高的地区(如开发园区等)推广使用天然气分布式能源系统，可实现能源的梯级运用，有效提高能源利用率、缓解电网调峰压力、减少城市污染物排放，且由于贴近用户建设，可有效减少供热及供冷损失，最大限度地提高能源利用率[1]。

如何挑选合适的分布式能源设备，对能源站最终能取得的效果有重要影响。本文以江苏金湖某分布式能源站工程(以下简称某分布式能源站)燃气轮机(以下简称燃机)选型为例，依据“供热制冷能力、整体经济效益优先，同时以机组性能、环保为基础，合理考虑维护服务能力”的原则，进行燃机选型分析。

1 机组选型的几个要素和原则

(1)必须满足基本供热制冷发电的需求。根据以热(冷)定电的原则，在对开发区热用户进行充分调研的基础上，确定实际供热量和未来供热量发展的趋势；同时，确定日最大、最小供热量(早晚峰供热量)，在明确实际供热需求的基础上确定最佳机组类型[2]。

(2)经济效益方面，不仅考虑燃机的单机效率，而且要求燃机厂家按照打捆招标的需求给出搭配相应汽轮机、余热锅炉以后的整体联合循环效率，以及不同供热、制冷量下的联供效率；采取供热制冷发电联供效率总体优先的原则，综合考虑各种状态下的整机效率。

(3)燃机机组技术的可靠性、稳定性。

(4)燃机检修的便利性、成本、检修间隔，供货商服务的能力；检修时对运行供热的影响程度。

(5)其他因素，如排放、供货时间、业绩等。

2 工程概况

某分布式能源站以“西气东输”工程天然气为支撑，根据服务区域的工业热负荷、供冷负荷需求，并考虑供热稳定性的要求，按照“以热定电、搬迁替代小煤电”的原则，建设2套30 MW级的燃气-蒸汽联合循环冷热电三联供分布式能源站。供热调研情况见表1。

表1 全年热负荷分布

考虑空调负荷(供汽)后，近期能源站的蒸汽负荷分别为平均35.04/35.30 t/h(夏/冬)、最大46.63/46.89 t/h(夏/冬)、最小29.68/29.94 t/h(夏/冬)，3 000 kW的空调冷负荷由溴化锂系统直供承担；未来能源站的蒸汽负荷分别为平均61.90/62.20 t/h (夏/冬)、最大 78.95/75.25 t/h (夏/冬)、最小45.03/45.31 t/h(夏/冬)。

表2 机组基本情况

表3 机组经济性能比较

注：①为纯凝工况下数据；②为燃机基本负荷时数据；③为燃机基本负荷设计抽汽量时数据；④为川崎最大抽气量30 t/h时数据。

根据表1中冷热负荷，考虑到实际供热时的不确定性及日均热负荷变化，主机方案选择了2套“一拖一”30 MW等级燃机+抽凝式汽轮机组的配置方案，单套供热在30～40 t/h之间，近期一台供热、一台发电即可满足要求，未来也能适应供热的增长[3]。在此基础上，该项目选择了4种燃机机型，分别为西门子SGT-700、川琦L30A、三菱 H25(32)、GELM2500+G4，要求厂家根据配置方案提供相关经济和技术数据，在此基础上进行投资比较。

3 机组性能、价格比较

3.1 基本情况

4种型号机组基本情况见表2。由表2可知：西门子和GE作为老牌燃机厂家，其产品质量有一定优势；三菱的国产化程度较高，为以后的维修带来便利；从供货时间上看，GE的LM2500最佳，适用于需要尽早投产供热的情况；业绩方面，LM2500最多，川崎L30A则明显较少。

3.2 经济性能比较[4]

4种型号机组经济性能比较见表3。

(1)从机组容量、性能指标、供热能力等方面初步分析，4种机型均能达到最低要求。

(2)联合循环发电功率方面，三菱、GE、西门子基本相同，川崎稍低；供热量方面，三菱最大，GE、西门子相差不多，川崎燃机供热能力稍低。

(3)从机组效率方面分析，单机效率最高的是川崎，次之GE、西门子，三菱最低；纯凝工况时，4家相差不大；随着机组供热量增加，冷热电联供效率西门子、GE较高。

3.3 机组整体结构、技术性能的比较

机组整体结构、技术性能比较见表4。

(1)就燃机类型分析，重型燃机质量大、应力小，设计简单，天然气压力要求低；航改机质量小、应力大，设计复杂，天然气压力要求高，一定场合需要增压装置[5]。

(2)就内部结构分析，H25单轴、中分面布置、管式燃烧器，比较简单；SGT-700、L30A双轴中分面布置；LM2500双轴套装布置(大小修不能用开缸的方式，受损部分的套件要整体拿下，安装时对中和变形不易控制)，同时燃烧器有75喷嘴环形布置、2套润滑油系统，较为复杂。

(3)排放均能满足要求，低于国家排放标准。

3.4 售后及维修比较

售后及维修比较见表5。

(1)维修间隔。如长时间运行，则L30A最有优势；如频繁启停，则SGT-700，LM2500+G4占优。从本工程供热情况分析，需1台燃机长期连续运行，1台供热高峰期顶峰运行，综合考虑SGT-700略佳，LM2500+G4次之。

(2)维修方式及用时。大修均以更换为主，其中SGT-700，L30A，LM2500+G4大修必须返厂，H25现场维修；正常用时H25最短，如增加费用采用租赁方式，SGT-700，LM2500+G4用时较短。

表4 机组整体结构、技术性能比较

表5 售后及维修比较

注：EOH为等效运行小时数。

(3)维修成本。三菱、西门子较低，GE、川崎较高。

(4)紧急情况的服务能力。西门子：武汉有零部件储存基地，可24 h更换燃烧器。川崎：暂未能提供及时的备件服务，东汽广州检修公司可承担部分临时性部件检修工作。三菱：南京设立的燃机服务公司提供紧急情况下的技术服务、备品交付。GE：备件储备情况好,出现问题时，保证24 h工程师到位，48 h零部件到位，所有问题7 d解决。

3.5 价格比较

由供货商预估了燃机价格及在打捆招标情况下整套机组预估价格(包括汽轮机和余热锅炉)，见表6。由表6可知，价格方面GE和三菱机组较有优势。

表6 燃机价格及预估价格 万元

4 结论

针对本工程的现状，热负荷相对饱满，对机组的供热能力和连续可靠运行要求较高。对调研的4种机型作以下结论：(1)川崎L30A机型出力较小，余热利用率较低，不适合本工程；(2)三菱H25机型能够满足本工程需要，在维护和检修上均有优势，但总体热效率略低于GE和西门子；(3)西门子SGT-700机型尾部利用能力大，总体热效率高，设备可用性、可靠性高，但业绩较少，交货期较长，是本工程的次选机型；(4)GE的LM2500+G4机型单循环效率高，尾部余热利用能力较大，产品成熟，投产业绩多，供货周期短，后续维护服务能力强，价格合理，唯一缺点是维护成本较高，是本工程的主选机型。

[1]徐建中，邓建玲.分布式能源定义及其特征[J].华电技术，2014，36(1)： 3-5，77.

[2]宋伟明.天然气分布式能源项目开发中应注意的问题[J].应用能源技术,2016(10):9-13.

[3]夏立峰.天然气分布式能源站装机方案选择及节能分析[J].科技资讯，2014(9)：116-117.

[4]张丹，高顶云，郭甲生，等.分布式能源系统燃气发电机组特性及选型原则[J].煤气与热力，2013，33(10):20-23.

[5]秦渊，陈昕，王华超.分布式能源站燃气轮机的选择[J].燃气轮机技术，2013，26(2):34-38.