E型和F型燃机联合循环电厂的性能及经济性比较0供暖设备

E型和F型燃机联合循环电厂的性能及经济性比较

E型和F型燃机联合循环电厂的性能及经济性比较 2011年12月09日 来源： 杨柏1，黄杰2（1．惠州发电厂筹建办公室，广东惠州516080；2．深圳广前电力有限公司，广东深圳518051） 　　E型和F型燃机分别指燃机透平入口温度为1 150℃和1 350℃的燃机。以这两种燃机作为动力装置的电厂分别称为E型燃机电厂和F型燃机电厂。对这两种电厂进行比较，首先是对这两种燃机作分析比较，由此进一步对电厂效率、占地面积和经济性方面进行比较。通过这样的分析对比，可以帮助燃机电厂的建设者选择机组型号，给他们提供一定的参考和分析方法。1　燃机结构及性能比较 表1所示是当今世界四大燃机制造商生产的E型和F型燃机制 最新性能数据及其结构特征。这些性能数据引自《1999～2000世界燃机手册》，是基于ISO工况，且以天然气为燃料。由表1可见，在设计工况下，F型燃机的效率比E型高出约4％；F型的总输出功率约为E型的1．5倍；单位输出功率约为1．3倍。可见，F型燃机本身的性能远胜于E型燃机。2　联合循环电厂性能及经济性的比较　　我们再来看看燃机及其联合循环的性能特性图。图1给出了燃机效率在不同燃烧温度时与压比之间的变化关系。图2给出了联合循环时机组效率在不同温度时与压比之间的关系。由图1及图2可见，随着燃烧温度的升高，燃机及其联合循环机组的效率都有明显提高，这也是为什么大家一直致力于研究耐高温材料以及先进的冷却技术，尽量提高燃机透平人口初温的原因。同时，由图1及图2中所示关系还可以看出，E型和F型燃机的设计不是按燃机最大热效率来选取设计压比，而是按最大单位输出功率来选取的；此时对应联合循环的效率最高，也就是说燃机的设计是按联合循环的能耗最小、热效率最大化来设计的。很显然，由于E型燃机的透平入口温度在1 150℃左右，低于F级（1 350℃）燃机约200℃，其对应的燃机及其联合循环的效率也明显低于F级燃机联合循环的效率。下面，我们以GE公司的S109E和S109FA为例，来具体分析基于这两种燃机的联合循环电厂在性能、空间、建设成本以及电力造价等方面的差异。　　假定电厂的额定容量为1 000 MW，工作在ISO工况下，采用天然气作为燃料，机组每年运行4 000 h，到厂的燃料价格为0．198美元／kg。在上述工况下，机组的性能见表2。表2中，E型的出力约为F型的1／2，热耗约多10％，可见性能差异很大。由此，为满足电厂1 000 MW的容量，则需要6台E型机组，3台F型机组。显然，在空间上，安装E型机组需要占用更大的土地面积，大致估算6台E型机组约需要19 000 m2，而3台F型机组只需约14 300 m2，即在厂房面积上，F型比E型节约用地约4 700 m2。可以想象，占地面积的增加，势必导致征地、土建、边坡、现场准备以及基础设施成本的增加，从而引起电厂建设成本的升高。即使从《1999～2000世界燃机手册》上提供的完整单轴电厂的建设成本来看（很显然，这种统计成本是不可能包括土建、用地、基础设施等投入的），GE的S109E和S109FA建造成本分别是0．9亿美元和1．39亿美元；对于1 000 MW的电厂，则所需的成本约为5．4亿美元和4．17亿美元。可见，建设一个1 000 MW的电厂，E型比F型的成本高出约1．23亿美元。从这个角度讲，F型也比E型有着明显的优势。　　下面再来看看电力造价的比较。所谓电力造价是指相对于发电量的投入成本，主要包括资本成本、燃料成本、运行和维护成本。每台机组的资本成本取决于资本投资成本、年利率、折旧期和年发电量；每台机组的燃料成本与燃料价格和电厂热耗成比例；运行成本则包括运行、维护和行政的固定成本和部件修理、替换等变动成本。电力造价计算公式如下：式中：CE———电力造价，美元／MWh； CCI———资本投资成本，10万美元； Ψ———年度容量因子，Ψ＝｛L·（1＋L）N｝／｛（1＋L）N－1｝，其中，L为年利率，假定为0．075，N为折旧年限，假定为20 a； PAE———年发电量，MWh；RH———热耗，J／Wh；　　 CF———燃料价格，美元／kg；&n

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