中等规模燃气轮机联合循环经济性计算和市场前景分,该文是有关循环经济专升本论文范文与燃气轮机和市场前景和经济性方面毕业论文格式范文.
循环经济论文参考文献：
摘 要：为了改善大规模、分布式能源小规模燃气轮机存在的不足,笔者研究了中等规模燃气轮机及其联合循环机组,阐述了燃气轮机的基本原理,介绍了大、中、小3种规模燃气轮机的性能及建设投资规模等基本情况,比较分析了不同型号大规模、分布式能源小规模、中等规模燃气轮机的性能参数,以H100型燃气轮机为例,通过计算分析了中等规模燃气轮机联合循环机组的收益和联合循环供热运行机组的收益,结合市场匹配和需求情况,指出中等规模燃气轮机及其联合循环机组具有经济收益高、投资回收期短、初期投资相对较少、运行灵活、建设周期短、供热能力强、综合热效率高、对电网的影响和要求较小等优势,将成为燃气发电市场主力军.
关键词：燃气轮机；中等规模；联合循环；供热运行；经济性
中图分类号：TK14；TK47文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.03.061
随着燃气轮机技术的发展,大功率、高效率燃气轮机从技术上占据了优势.然而正是由于其功率大、建设规模大,因此在某种程度上也成为需求和投资的阻碍.而分布式能源小规模燃气轮机虽然灵活,但由于其功率小、效率低,因此也难以担起燃气发电主力的重任.笔者重点比较大、中、小3种规模燃气轮机的性能和建设投资规模,从而得出中等规模燃气轮机及其联合循环机组（燃气轮机+汽轮机）将成为燃气发电市场主力军[1-2].需要说明的是,由于本文所提到的各种型号燃气轮机性能参数的来源方式和时间等原因,可能与目前燃气轮机生产厂家的数据存在差异.
1燃气轮机的基本原理
燃气轮机是以空气为介质,靠高温燃气推动涡轮机械连续做功的大功率、高性能动力机械.它主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成,再配以进气、排气、控制、传动和其他辅助系统.当燃气轮机机组成功启动后,就开始进入稳定的热力学循环过程.压气机连续不断地从外界大气中吸入空气并增压,这个过程可以认为是压气机动能向空气热能和势能的转化.被压缩后的空气温度升高有利于与燃料进行更猛烈的化学反应（化学反应速度和程度与温度成正比）,更大的膨胀比则有利于燃料燃烧后压缩空气释放更大的能量.压缩空气从压气机出来后即进入燃烧室,首先会在燃烧室进口被喷入燃料进行掺混,然后就会点火燃烧,这个过程可以认为是燃料化学能向空气热能和势能的转化.在短短几十厘米内,空气温度上升数百度甚至上千度,压力也会激增.高温高压的燃气从燃烧室出口喷出时开始膨胀,在膨胀的同时推动涡轮叶片做功.
2各种规模燃气轮机的基本情况
2.1大规模燃气轮机的基本情况
近年来,燃气轮机及其联合循环机组的发电技术已经趋于成熟.就燃气轮机而言,在追求高效率的同时,其功率也在不断增大.目前世界最先进的H（J）级燃气轮机的发电效率超过41%,联合循环机组的发电效率超过62%.与此同时,燃气轮机发电功率超过了450MW,联合循环机组的发电功率超过了660MW,稍大的燃气轮机联合循环机组的发电功率更是超过了700MW.尽管燃气轮机发电效率得以提高,但是其功率相应增大,运行维护成本也相应提高.在目前来看,大规模燃气轮机在某种程度上受到电力市场需求规模和资金投入规模的限制.
2.2分布式能源小规模燃气轮机的基本情况
分布式能源小规模燃气轮机有重型、航改型、内燃机型等主要类型,并且型号众多,其投资规模小,投资周期短,运行方式灵活.然而从目前情况来看,分布式能源小规模燃气轮机效率相对较低,30MW等级燃气轮机联合循环机组的发电效率一般低于52%,50MW等级燃气轮机联合循环机组的发电效率可达到52%~55%.虽然分布式能源小规模燃气轮机在一些厂矿企业自备电厂与楼宇得到了匹配适用,但是无论从能源利用角度,还是从经济性角度来看,分布式能源小规模燃气轮机都不会成为燃气发电市场的主力.
2.3中等规模燃气轮机的基本情况
对于中等规模燃气轮机而言,如100MW等级燃气轮机,由于高等级燃气轮机技术的应用和优化,因此其效率已经达到了较高水平.例如日本三菱日立电力系统（MitsubishiHitachiPowerSystems,MHPS）公司生产的H100型燃气轮机,其单循环发电效率（即单燃气轮机发电效率）的达到了38.2%,联合循环机组的发电效率更是达到了57%；美国通用电气（GeneralElectric,GE）公司的6F.03燃气轮机,其单燃气轮机的发电效率达到了36.2%,联合循环机组的发电效率达到了56%.该等级燃气轮机机组不但效率更高,而且市场匹配范围也相对更广.从投资角度上说,其投资规模相对较小,投资回报周期较短.因此,在燃气轮机市场尤其是国外（如非洲、西亚、中东等经济较不发达地区）的市场中,100MW等级燃气轮机等中等规模燃气轮机将有广阔的市场前景.
3不同型号燃气轮机的性能参数比较
3.1大规模燃气轮机的性能参数比较
目前,全世界主要的大规模燃气轮机生产厂家有美国GE公司、德国西门子（SIEMENS）股份公司、日本MHPS公司以及意大利安萨尔多能源（AnsaldoEnergia）公司（含原法国阿尔斯通（ALSTOM）公司的部分能源业务与资产）等.大规模燃气轮机主要是指F等级以上的燃气轮机,不同型号大规模燃气轮机的性能参数比较见表1.表1中各种不同型号大规模燃气轮机的工作频率均为50Hz.
3.2分布式能源小规模燃气轮机的性能参数比较
目前,全世界市场上有各种等级和形式的分布式能源小规模燃气轮机产品,并且型号众多.全世界分布式能源小规模燃气轮机的生产厂家较多,其中主要有美国GE公司、德国SIEMENS股份公司、意大利AnsaldoEnergia公司（含原法国ALSTOM公司的部分能源业务与资产）、日本MHPS公司、美国普（拉特）·惠（特尼）集团（Pratt&WhitneyGroup,P&W）公司、美国索拉透平公司（SolarTurbinesIncorporated）等.笔者针对市场上认可度较高、投运较多的30MW等级燃气轮机型号和50MW等级燃气轮机型号进行介绍.不同型号30MW等级燃气轮机和不同型号50MW等级燃气轮机的性能参数比较分别见第63页表2和表3.
表2和表3中专门列出了燃气轮机的排气温度和排气流量,在比较联合循环机组发电效率的时候,不能只看单燃气轮机发电效率的高低,还要看其排气温度的高低.只有单燃气轮机的发电效率高,同时排烟温度也高,联合循环机组的发电效率才会高.当然,采用单燃气轮机运行时,或者燃气轮机用于驱动时,效率越高越好.
3.3中等规模燃气轮机的性能参数比较
中等规模燃气轮机尚没有明确的定义,为此笔者将功率在80~200MW范围内的燃气轮机均划定为中等规模燃气轮机,包括E等级燃气轮机机组和日本MHPS公司生产的H100型燃气轮机.以下笔者针对目前市场上功率在80~200MW范围内的中等规模燃气轮机进行列举比较.不同型号中等规模燃气轮机的性能参数比较见第63页表4.
4中等规模燃气轮机的收益分析
由于中等规模燃气轮机采用更高等级的燃气轮机技术进行优化,因此单燃气轮机发电效率和联合循环机组发电效率均达到了较高水平.以下笔者以H100型燃气轮机为例,对中等规模燃气轮机及其联合循环机组的收益进行分析,从盈利能力、投资回收期、灵活性以及市场匹配范围等方面显示出中等规模燃气轮机将有更多的机会和更大的市场.
1）H100型燃气轮机联合循环机组的收益分析.根据表4,以ISO工况为例,H100型燃气轮机及其联合循环机组的总功率为170MW,联合循环机组的发电效率达到57%.目前国内燃气轮机平均上网电价为0.6元/kW；工业用天然气为
2.0元/m3；单台H100型燃气轮机联合循环机组的额定耗气量为31000m3/h；初期总投资约为4.5亿元；度电检修成本为0.015元/kW；年运行小时数约为8000h；其他运行成本包括公共消耗、人工工资、设备折旧和财务成本等.按照以上数据进行估算,纯凝发电运行的燃气轮机机组年营业收入、运行成本、利润以及投资回收期的计算公式分别为
年营业收入（元）等于发电功率（kW/h）×
年运行小时数（h）×电价（元/kW）.（1）
年运行成本（元）等于燃料消耗量（m3/h）×
年运行小时数（h）×燃料单价（元/m3）+
年维护成本（元）+其他运行成本（元）.（2）
年维护成本（元）等于度电检修成本（元/kW）×
发电功率（kW/h）×年运行小时数（h）.（3）
年利润（元）等于年营业收入（元）-年运行成本（元）.（4）
年税后利润（元）等于年利润（元）×（1-40%）等于
[（发电功率（kW/h）×年运行小时数（h）×
电价（元/kW））-（燃料消耗量（m3/h）×
年运行小时数（h）×燃料单价（元/m3）+
度电检修成本（元/kW）×发电功率（kW/h）×
年运行小时数（h）+其他运行成本（元））]×（1-40%）等于
[（170000kW/h×8000h×0.6元/kW）-
（31000m3/h×8000h×2.0元/m3+0.015元/kW×
170000kW/h×8000h+11000000元）]×
（1-40%）等于173160000元.（5）
投资回收期等于初期总投资（元）/年税后利润（元）等于
4.5亿元/173160000元≈2.6.（6）
可知,单台H100型燃气轮机联合循环机组的投资回收期约为2.6年.
2）H100型燃气轮机联合循环供热运行机组的收益分析.对于单台H100型燃气轮机联合循环供热运行的机组,按供热单价220元/t进行估算,供热性能参数为1.0MPa·a,200℃,160t/h,联合循环供热运行机组的发电量为130MW,年营业收入、运行成本、利润以及投资回收期的计算公式分别为
年营业收入（元）等于发电功率（kW/h）×
年运行小时数（h）×电价（元/kW）+供热量（t/h）×
供热量单价（元/t）×年运行小时数（h）.（7）
年运行成本、年维护成本、年利润的计算公式分别见式（2）~式（4）.
年税后利润（元）等于年利润（元）×（1-40%）等于
[（发电功率（kW/h）×年运行小时数（h）×
电价（元/kW））+供热量（t/h）×供热量单价（元/t）×
年运行小时数（h）-（燃料消耗量（m3/h）×
年运行小时数（h）×燃料单价（元/m3）+
度电检修成本（元/kW）×发电功率（kW/h）×
年运行小时数（h）+其他运行成本（元））]×
（1-40%）等于[（130000kW/h×8000h×0.6元/kW）+
160t/h×220元/t×8000h-（31000m3/h×8000h×
2.0元/m3+0.015元/kW×130000kW/h×8000h+
11000000元）]×（1-40%）等于229800000元.（8）
投资回收期等于初期总投资（元）/年税后利润（元）等于
4.5亿元/229800000元≈2.（9）
可知,单台H100型燃气轮机联合循环供热运行机组的投资回收期约为2年.
5结束语
通过以上计算分析,结合市场匹配和需求情况,可知中等规模燃气轮机及其联合循环机组具有以下5项优势：一是经济收益高,投资回收期短；二是初期投资相对较少,不像大规模燃气轮机及其联合循环机组投资大；三是运行灵活,建设周期短；四是供热能力强,综合热效率高；五是对电网影响和要求较小,对于西亚、中东、非洲等电网较小地区的国家,中等规模燃气轮机无论是采用单燃气轮机模式还是联合循环机组模式都适宜选择.
参考文献：
[1]何语平.大型燃气-蒸汽联合循环电站工程的设计特点[J].
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[2]焦树建.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置[M].北京:中
国电力出版社,2007.
（责任编辑邸开宇）
上文评论：上述文章是一篇关于燃气轮机和市场前景和经济性方面的循环经济论文题目、论文提纲、循环经济论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文.
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