H型燃机造价与经济性分析

易 超，于长友，叶子菀，张 健

(电力规划设计总院，北京 100120)

1 H型燃机特点

从2003年世界上第一台采用燃气—蒸汽联合循环发电机组投入运行至今，联合循环电力系统凭借其清洁高效的特点，已经在世界范围内得到广泛的应用。2016年全球最高效H型联合循环电厂诞生，标志着燃气轮机又一次实现技术突破。H级燃气轮机是目前世界上初温最高、功率最高以及效率最高的燃气轮机，其与余热锅炉、蒸汽轮机组成燃气—蒸汽联合循环机组整体效率将超过60%，远远高于其他形式的火力发电机组和其他型号的联合循环机组[1]。

目前世界上重型燃机生产厂家主要有美国GE公司(与哈尔滨电气集团建立了合作伙伴关系)、德国西门子公司(与华电重工建立了合作伙伴关系)、日本三菱公司(与东方电气集团建立了合作伙伴关系)、意大利安萨尔多公司(上海电气收购了其部分股份，建立了伙伴关系)。与F级和E级燃气轮机相比，最新H级燃气轮机技术更先进，出力更大，效率更高。目前国外已有多台H级燃气轮机顺利投入商业运行，其高效率和高可靠性已得到市场的验证，在世界范围内正获得愈来愈多的青睐[2]。目前国内已有H级燃气轮机项目正在建设，未来将成为我国大型天然气发电项目的首选机型之一。

目前，针对H型燃气—蒸汽联合循环机组的造价对比研究与经济性分析还鲜见报道，本文将就这些方面开展工作，从技术经济角度对两种高效联合循环机组进行研究，通过对比分析为国内有关项目决策与建设给出参考。

表1列出了各大生产厂商的H型燃机的型号和主要性能参数。

联合循环机组一种配置方式是采用单轴联合循环机组即燃气轮机、蒸汽轮机、发电机连接在同一轴上的配置方式，1+1(或称“一拖一”)，由燃气轮机和蒸汽轮机同时驱动发电机发电。另一种配置方式是多轴联合循环机组即燃气轮机、蒸汽轮机分别驱动各自的发电机且不连接在同一轴上的布置方式。多轴机组通常有下列组合形式：1+1 (或称“一拖一”)机组，2+1 (或称“二拖一”)机组。单轴一般用于纯凝发电，热电联供一般采用多轴型式。单轴与多轴“一拖一”布置方式的比较见表2。

本文采用的H型燃气—蒸汽联合循环机组装机方案拟定为：燃气轮机采用H级重型燃气轮机；余热锅炉采用三压、卧式、自然循环、无补燃型，同步建设脱硝装置；蒸汽轮机采用三压(带补汽)、可调整抽汽、凝汽式汽轮发电机组。共同构成1套H级多轴“一拖一”配置燃气—蒸汽联合循环供热机组。作为比对的F级燃机也采用多轴“一拖一”配置。

2 H型与F型燃气轮机造价对比分析

按目前我国建设H型燃机项目的造价水平，以西门子机型为例，分别选取SGT5-8000H与SGT5-4000F两种机型，对多轴“一拖一”配置方式的燃气—蒸汽联合循环机组进行造价对比分析。表3数据为同期投资两台机组费用。

表3 H型燃机与F型燃机联合循环机组各系统主要投资比较 万元

由表3可见，同期建设两台燃气—蒸汽联合循环机组，H型较F型燃机造价上高约6.5亿元，其中约5亿元的增加投资来自热力系统，占比达到77%。

因此有必要进一步对二者的热力系统进行比较，以探究投资增加的原因。表4列出了H型与F型燃机热力系统主要设备的比较情况。表4中所列主要设备费用占到了热力系统造价增加部分的96%，其中贡献占比最大的是燃气轮机、蒸汽轮机、与余热锅炉，分别达到44%，30%与17%。单个设备涨幅最大的是蒸汽轮机，从F级对应的系统到H级，涨幅达到115%，主要是装机容量增加引起的；其次是燃气轮机，涨幅约50%，H级燃气轮机较F级不论是容量还是效率都有明显提升。

表4 H型燃机与F型燃机单套多轴“一拖一”配置方式热力系统主要设备造价比较 万元

表5是在同样建设条件下，同期建设两台燃气－蒸汽联合循环机组，H型较F型燃机整体投资高约7.4亿元。单位造价而言，H型较F型高40元/kW，仅高2%左右。目前我国H型 燃机尚处于早期项目的引入阶段，随着后续建设项目逐步成熟，造价还将有明显的下降空间[4]，可以预见单位造价水平也将较F型机组更低。

表5 H型燃机与F型燃机联合循环机组整体投资比较

3 经济性分析

基于以上造价数据，对H型燃机与F型燃机进行经济性分析，结合某项目设计边界条件，以项目资本金财务内部收益率8%进行测算，主要计算参数如下：

H型燃机按年发电量4 681 GW·h，年供热量861万GJ，天然气价(含税) 2.4元/Nm3，经营期平均热价(含税) 59元/GJ；F型燃机按年发电量3 465 GW·h，年供热量651万GJ，天然气价(含税) 2.4元/Nm3，经营期平均热价(含税) 59元/GJ。具体经济分析结果见表6。

表6 H型燃机与F型燃机联合循环机组资本金内部收益率8%时财务分析指标一览表

由表6可见，在给定的天然气价(含税)2.4元/Nm3，设定项目资本金财务内部收益率8%条件下，H级联合循环机组项目经营期平均上网电价(含税)更低，经济指标更有竞争力。

不确定性分析：在当前社会经济环境变化较为复杂，需考虑气价、发电小时数以及投资变化的可能。本文就此进行了电价敏感性分析，分析结果见表7。其中基本电价方案对应上述方案中投资方财务内部收益率8%的算例。

表7 H型燃机敏感性分析表

由表7可见，经营期电价受天然气价的影响相对更为敏感。当燃料价格降低/增加10%时，经营期电价分别达到491元 /MW·h与 599元 /MW·h。敏感度其次的为发电量和投资。

4 结语

无论是环保优势还是政策方面，天然气发电在我国电力装机的占比逐步增加将成为一个趋势。H级燃机代表当前最先进的燃机水平，从技术发展角度看，选用H级燃机是技术发展的必然要求。本文就目前国内应用较为成熟的9F燃机与H级燃机进行高效联合循环机组开展了造价及经济评价对比研究，为有关项目决策与建设给出参考。通过造价对比可知，同期建设两台燃气-蒸汽联合循环机组，H型较F型燃机造价高约6.5亿元，其中约80%的投资增加来自主要设备上。经济评价方面，H级联合循环机组平均上网电价相比F级更低，经济上更有竞争力。通过对发电量、气价及投资三方面进行不确定分析，可以看到平均上网电价受天然气价的影响相对更为敏感。