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摘要：燃气轮机是整个分布式能源站系统的核心动力部分，本文简述了分布式能源站的燃气轮机选型原则，对比了两种机型———工业重型燃气轮机和航改轻型燃气轮机的技术特点，并以江西某分布式能源站工程为依托，利用GTPRO软件计算了该工程采用两种机型的性能参数，并通过经济学指标———动态回收期分析两种机型的投资优劣，从而为分布式能源站燃气轮机的选择提供了经济依据。
关键词：分布式能源站；燃气轮机；热经济指标
Abstract: gas turbine is the core power of distributed energy station system, this paper describes the selection principle of gas turbine distributed energy stations, compares the technical characteristics of the two types of industrial heavy-duty gas turbine and aeroderivative gas turbine light, and in Jiangxi a distributed energy station project, the performance parameters of two models the project uses the calculated by the software GTPRO, and through the economic index of the dynamic payback period analysis of two types of investment quality, provide economic basis to station gas turbine distributed energy selection.
Key words: distributed energy station; gas turbine; thermal economic index
以天然气为燃料的分布式能源站是我国能源发展的主要方向，国家发展与改革委员会能源［2011］2196号文《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中明确提出:“‘十二五’期间建设1000个左右天然气分布式能源项目。到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到5000万千瓦。
分布式能源系统是指以小规模、小容量、模块化的方式布置在用户附近，将燃料同时转换成电能、热水、蒸汽和冷水等产品，是一种建立在能源梯级利用概念基础上，集制冷、供热(蒸汽和热水)及发电过程为一体的能源供应系统。分布式能源系统大大提高了能源利用率，具有良好的社会效益、节能效益和环境效益。
1分布式能源站燃气轮机的选择原则
用于分布式能源站的原动机包括燃气轮机和燃气内燃机，燃气内燃机多应用于楼宇式分布式能源站，本文主要针对应用于区域式分布式能源站的燃气轮机选择。
燃气轮机可分为工业重型燃气轮机和航改轻型燃气轮机。工业重型燃气轮机是为陆用发电而开发设计的，其特点是设备的体积和重量较大，对燃料的适应性较强。工业重型燃气轮机的排气温度高，因此重型燃气轮机单循环效率低于航改轻型燃气轮机，当采用燃气-蒸汽联合循环时，其配置的余热锅炉产汽量较大，汽轮机的发电出力和供汽量均大于采用轻型燃气轮机的方案。航改轻型燃气轮机体积小，重量轻，设备部件精度高，对机组运行条件的要求也较苛刻。轻型燃气轮机启停速度快，单循环热效率较高，非常适宜用作调峰发电机组。轻型燃气轮机排气温度较低，当采用燃气-蒸汽联合循环时，其配置的余热锅炉产汽量较少，汽轮机的发电出力和供汽量均较小，对于热电冷三联供项目来说，其供冷、热能力相对较低。
分布式能源站主机选型原则主要有:
(1)分布式能源站主机容量的选择应依据“以热(冷)定电、热(冷)电平衡”的原则，根据分布式能源站所在区域的热(冷)负荷的特性和大小合理确定。
(2)实现能源的梯级利用，产生的冷、热、电多种产品就近消纳。
(3)分布式能源站的年平均热效率不应小于70%，年平均热电比不应小于55%。
(4)单机发电容量≤50MW且总发电容量≤200MW。
(5)能满足环境保护要求的低NOx排放和低噪音，机型具有较佳的技术、价格优势。
本文以江西某分布式能源站为依托，以该工程所在区域的冷、热负荷作为主机的选型基础，该区域冷、热负荷的类型主要分为工业生产热负荷、冬季采暖热负荷、夏季制冷负荷。其中制冷负荷利用汽轮机的抽汽，通过蒸汽型溴化锂制冷机组提供6℃的冷冻水，该制冷机组的制冷系数为1.15，将冷负荷折算为汽轮机的抽汽负荷。该区域的冷、热负荷按时段划分，全年分三个典型时期：采暖期、制冷期、非采暖制冷期(共7200h)，全年典型热负荷分布如表1。
根据表1中的冷、热负荷，选择两套燃气-蒸汽联合循环机组。本文选择了两种主机方案———工业重型燃气轮机和航改轻型燃气轮机中典型机型PG6581B和LM6000PG，年运行小时数为全年的供冷(热)期7200h，计算两种方案的耗气量、供电量、供热量、热电比、热效率等指标。两种主机方案所配置的汽轮机均为一台背压式汽轮机和一台抽凝式汽轮机，由表1可看出全年的工业热负荷稳定，因此工业热负荷由背压机承担，采暖热负荷与制冷负荷变化波动较大，由抽凝机通过调整抽气量来承担波动较大的冷、热负荷。
2燃气轮机性能比较
2.1热经济性对比
采用GTPRO软件，分别计算PG6581B和LM6000PG型燃气轮机在采暖期、制冷期、非采暖制冷期三个典型时期内的各项指标。GTPRO是美国Thermoflow公司的商业软件，是国际上通用的燃气轮机电厂性能分析软件，该软件计算界面如图1所示。
将两个方案的GTPRO软件计算结果汇总，分析其经济指标如表2所示。
表2是依托某个具体分布式能源站工程的冷、热负荷进行计算，因此两个方案的年供冷、热总量是确定的。由上表可看出，PG6581B重型燃气轮机天然气耗量大于LM6000PG型燃气轮机，且热耗率较高，功率较小，但重型燃气轮机配置的余热锅炉蒸发量大，汽轮机的发电出力量大，年平均热效率小于采用LM6000PG型燃气轮机的方案。
2.2技术比较
PG6581B重型燃气轮机和LM6000PG型燃气轮机技术比较见表3。
2.3初始投资比较
采用两种主机方案的土建投资费用基本相同，主辅机价格、电气设施及配套辅助系统有所差别。PG6581B配置的余热锅炉和汽轮机比LM6000PG配置的大，故价格略高。LM6000PG燃气轮机天然气进气压力为6.2MPa，本工程天然气管道的压力为4.0MPa，因此LM6000PG燃气轮机需设置一套天然气增压站，增压站主要设有天然气入口单元、过滤单元、增压风机单元和计量单元。两种方案的主辅机投资价格见表4。
2.4年收益差额比较
分布式能源站的运行成本主要有燃料费用和其它杂项(材料、用水、维修等)费用，收益主要有售电收益和供热收益。计算两种方案的年费用和收益，见表5。
3经济性评价方法
两种主机方案为互斥型，通过对两种互斥型方案的投资差额和年收益差额的比较，引入互斥型方案的经济比选方法，计算方案二相对于方案一投资差额的动态回收年限。
式中CI-CO为各年现金流量，i为基准收益率(按i=7%计算)。将表4和表5中计算的初始投资差额和年收益差额汇成现金流量表，代入上式中，计算出动态回收期为Pt'=3.91年，即在基准收益率7%时，本工程采用LM6000PG型燃气轮机多投入成本在3.91年可收回，小于分布式能源站的经济寿命。
4结语
本文以江西某分布式能源站工程实例，介绍了分布式能源站燃气轮机的选型原则，首先根据冷、热负荷选择出备选的燃气轮机方案，利用GTPRO软件模拟计算出采用不同燃气轮机方案的供电量、供冷(热)量、耗气量、年平均热效率等经济指标，对比不同燃气轮机方案的初始投资差额和年收益差额，引入经济性评价指标验证分析，比选出具有技术优势和价格优势的燃气轮机方案，从而为分布式能源站燃气轮机的选择提供经济依据。
对于不同的工程，其天然气价格、供电价、供热(冷)价、供热(冷)参数不同，会导致燃气轮机选择的不同，可以借鉴本文的经济性分析方法做出合理的选择。
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论文作者:唐军
论文发表刊物:《电力设备》2016年第17期
论文发表时间:2016/11/8
标签：燃气轮机论文; 分布式论文; 能源论文; 负荷论文; 方案论文; 两种论文; 汽轮机论文; 《电力设备》2016年第17期论文;