国网新疆电力有限公司奎屯供电公司 新疆奎屯 833200
摘要：为推动燃气自备机组大电网替代，本文重点研究分析了中石油塔西南勘探开发公司“以热定电”燃气发电成本，为进一步加强大电网与企业自备电厂合作共赢奠定基础。
关键词：燃气轮机 热电联产 以电代气 成本
1 引言
中石油塔西南勘探开发公司位于喀什地区泽普县境内，其燃气发电装机容量为90.3兆瓦，主要机型为：7台美国SOLAR公司的TiTan-130燃气轮机热电联供机组，装机总容量89.5兆瓦（4×13+3×12.5），正常运行4台，3台备用；1台0.8兆瓦柴油发电机保安电源和黑启动电源。为进一步转变企业发展方式，积极落实国家节能减排、环保治理、“三供一业”移交、电能替代等工作要求，提升配电系统供电可靠性和经济性，中石油塔西南勘探开发公司与国网新疆电力公司共同启动了大电网供电改造的工作。本文重点研究分析了中石油塔西南勘探开发公司“以热定电”燃气发电成本，为大电网实施“以电代气”工作奠定了技术基础。
2 燃气轮机-余热锅炉直供热电联产机组工艺介绍
燃气轮机热电联产工作运营一般主要有四种工艺方式：燃气轮机一蒸汽轮机联合循环热电联产、燃气轮机-余热锅炉直供热电联产、煤气-燃气轮机一蒸汽轮机整体化联合循环热电联产(ICCC)、燃气轮机辅助循环热电联产。通过现场勘查了解，中石油塔西南勘探开发公司的索拉燃气机组采用的是“燃气轮机-余热锅炉直供热电联产”工艺，每台美国索拉燃气轮机配套一台20吨/小时或24吨/小时的国产余热锅炉组成热电联产机组，具体机组工作原理图如图2.1。其热效率高、发电比率低，但整体的经济效益低于各国鼓励的“燃气轮机一蒸汽轮机联合循环热电联产”工艺。
图2.1 燃气轮机热电联供机组工作原理图
3 以热定电燃气余热锅炉成本分析建模
为了更好的分析比对大电网供电和燃气自备电厂自发自用的成本，我们参考美国海水淡化研究所用于热电联产海水淡化成本分摊时提出的综合效益法（OSW）对燃气轮机热电联产机组热、电燃料成本分摊进行建模。
1）发电所消耗天然气目标函数
我们主要以燃气锅炉单纯供热的吨蒸汽消耗为基数，进行热力成本计算建模，在总燃料中扣除供热所消耗燃料即为发电消耗的燃料。其目标函数如公式3.1。
(3.1)
2）发电成本目标函数
发电成本我们仅考虑原料和设备维修的成本，人力资源等综合成由于大电网供电也需要人员维护配电系统，在此忽略不计算，其目标函数如式3.2。
（3.2）
4 算例验证
通过收集资料，为了更清晰的表述综合效益法（OSW）在以热定电燃气余热锅炉成本分析中的应用，我们设定算例验证的边界条件如下：
1）燃气锅炉吨蒸汽消耗天然气86立方米/吨；
2）美国索拉T130型燃气轮机发电量13兆瓦/小时、耗气量约4200立方米/小时、维修费用500元/小时；
3）天然气低位热值34180千焦/立方米、泽普公用天然气单价2元/立方米；
4）24吨/时单机蒸汽供热量70000兆焦/小时；
5）热水60吨/小时，热消耗84千焦/千克（进出水温度按20摄氏度考虑，水比热值4.2千焦/千克）。
采用热电综合效益法（OSW）对塔西南石油公司电厂综合成本模拟测算，为便于分析比对，我们将测算结果均换算成单位成本。
表3.1 综合成本模拟测算结果
1) 余热锅炉每小时消耗天然气=24吨/小时×86立方米/吨=2064立方米/小时；
2) 热水每小时消耗天然气=60吨/小时×84千焦/千克÷34180千焦/立方米=147.45立方米/小时；
3） 热力每小时累计消耗天然气=2064立方米/小时+147.45立方米/小时=2211.45立方米/小时；
4） 发电每小时消耗天然气=4200立方米/小时-2211.45立方米/小时=1988.55立方米/小时。
5) 发电单位成本=1988.55立方米/小时÷13000千瓦时/小时×2元/立方米=0.306元/千瓦时。
6) 发电单位维修成本=500元/小时÷13000千瓦时/小时=0.0385元/千瓦时。
7）供热单位成本=2064立方米/小时÷70000兆焦/小时×2元/立方米=0.059元/兆焦。
8)蒸汽单位成本=0.059元/兆焦×70000兆焦/小时÷24吨/小时=172.08元/吨。
通过上述算例验证分析，中石油塔西南勘探公司电厂发电燃料成本约为0.306元/千瓦时，发电机维修成本约为0.0385元/千瓦时，综合发电成本约合0.3445元/千瓦时。余热锅炉蒸汽燃料成本约为172.08元/吨。若采用上述已设定的边界条件，按照3.6兆焦等于1千瓦时等效计算，则产生同等质量蒸汽的等效电耗约为810千瓦时/吨（70000兆焦/小时÷24吨/小时÷3.6兆焦）。在保证塔西南石油公司电厂蒸汽成本维持172.08元/吨不变时，不考虑电锅炉效率低于燃气锅炉的影响，若将燃气轮机余热锅炉改造为电锅炉，其等效的电价约为0.212元/千瓦时。
5 结论与展望
1）为进一步节约燃气等化石能源，更好的消纳新疆充足的光伏等清洁能源，通过大电网补强，中石油塔西南石油勘探公司在现有目录销售电价或直接交易市场化方式向新疆电网购电，满足其生产生活将更加经济，同时节省的天然气进行深加工会带来更多的经济效益。
2）随着自治区电气化新疆的各项政策落实，将现有的燃气余热锅炉提供蒸汽的方式，改造为分散就近的电锅炉供蒸汽，即节能环保，又实现了绿色发展。
3）新疆油田系统在上世纪八九十年代建设的燃气余热发电机组将逐步进入淘汰改造的阶段，同时受天然气等化石能源价格的不断上涨，以及燃气发电设备的维修改造费用不断增多影响，必将带来电网延伸覆盖供电、电锅炉改造等工作，为确保各项投资的成效，下一阶段还需要进行详细的经济技术分析，满足发电、电网和用户各方的需求，实现多方共赢。
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论文作者:摆志俊1,冉江云2,王文博3,孙军海4
论文发表刊物:《防护工程》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/26
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