天然气发电发轫蕴蓝天

　　编者按

　　《天然气发展“十三五”规划》中提出，到2020年天然气发电装机规模达到1.1亿千瓦以上。与2016年相比，“十三五”期间增幅为57%-114%。

　　天然气发电环保优势突出、节能减碳效果明显、调峰优势显著，是现代电力体系的重要构成。尽管当前天然气发电发展仍面临一些困难，但是为了绿水青山，可预测这一市场未来需求将持续扩大。

　　我国天然气发电上世纪70年代在四川等地小规模起步，90年代中后期，随着西气东输和进口LNG等项目的逐步推进，天然气发电初露端倪。依托深厚的技术底蕴，包括中国能建中电工程在内的公司所属设计企业在国内均较早介入燃机项目市场，在这一领域确立了优势地位，积累了丰厚的工程业绩，始终保持“行业领先、世界一流”。本版聚焦所属设计企业各具特色的燃机业务和项目案例，敬请关注。

　　华北院六十载铸就金字招牌    

　　作为国内最早进入燃气轮机项目市场的设计企业之一，60年来，中国能建华北院（以下简称“华北院”）已完成及正在设计、建设的国内大型燃气轮机项目近60台（套），装机容量达1873万千瓦，占全国燃机市场的23%，其中“F”型燃机占全国燃机市场的26%。项目覆盖北京、天津、宁夏、广东、江苏等国内省份及白俄罗斯、加纳等海外市场。

　　1994年，我国开始进行整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）示范电站的可行性研究，华北院是当时电力工业部唯一承担IGCC项目工程设计的电力设计院，研究的其中一个课题是大型燃机联合循环发电技术。且对大型燃机联合循环发电的研究一干就是7年。

　　2001年开始，原国家计委组织燃机项目“打捆招标”，华北院负责全部10个项目中的北京三热和深圳东部2个项目的设计工作。其中，北京三热是日本三菱重工中标10台燃机中的第1台，技术协议谈判工作进行得异常艰苦，谈判前，日本人认为中国的设计院在大型燃机电厂设计方面没有经验，只能听他们的。谈判中，华北院设计人员以极高的技术素养赢得了对方的认可和尊重，后续技术协议谈判及设计联络会都进行得非常顺利。

　　2005年，随着北京三热和深圳东部燃机电厂陆续投运，华北院又承接了新的任务——北京四大燃气热电中心的设计工作，华北院也迎来了大型城市燃机设计高峰。

　　华能北京热电厂二期工程采用“M701F4燃气轮机+汽轮机设置SSS离合器”的配置，为国际首创，余热锅炉采用扩大省煤充分利用烟气中的余热，供热能力和热电比在国内外同类型机组中达到最大值。

　　北京草桥燃气联合循环热电厂二期工程采用了联合和紧凑的布置方式，总平面占地面积仅5.277hm2，在全国的燃机电厂占地面积最小，为同类型机组占地面积的60%，在国内的电厂设计中，首次采用“小型化”主变压器和高压厂用变压器“地下”布置方案，首次在国内的同类型机组设计了汽轮机全切的供热工况，供热能力和热电比达到国内同类型机组的最大。

　　全球首次对西门子F级重型燃机进行优化，增加负荷42兆瓦的北京西北热电中心京西燃气热电厂工程，在国内首次将凝汽器结构由二分格改为四分格，节水87.5%；燃机基础首次采用天然地基；在国内电厂首次实现循环水排污自处理。

　　神华国华北京燃气热电工程设计工作中，华北院将数字化、智能化、一体化技术充分融合，首次在全国实现了涵盖全厂的三维设计及数字化移交，国内数字化移交应用程度最高；国内现场总线应用比例最高，达到64%，结合设备自诊断系统，真正实现了设备智能化；机组级APS一键启停覆盖范围最大，真正实现了全程自动的机组启停；国内首家应用一体化云平台覆盖全部业务管理，用信息化手段联控一控三中心的各项职能，集成多达30个业务系统，涵盖电厂生产经营全部业务的一站式、一体化信息支撑；国内在燃机电厂首次将传统的升压站NCS系统和厂用ECMS系统合一为N-ECS系统；首次实现保温材料与隔声材料合一的。

　　11月12日，华能北京热电厂新建燃气热电机组工程顺利完成168小时试运行，各项性能与指标均达到优良等级，实现了安全及优质的移交生产。这是北京市2010年规划实施的四大燃气热电中心的最后一个项目，随着项目投运，北京成为全国首个全部实施清洁能源发电的城市，也为华北院燃机业务增添了精彩的一笔。

　　广东院高起点蹚通途    

　　从参与国内首批重型燃气轮机国际招标，编制全国第一捆22台F级燃气轮机国际招标标书蓝本，到成为全国设计院中参与F级燃气轮机工程投运数量最多（17台）、取得勘察设计合同业绩最多（40台）、涉及燃气轮机型式最多（涵盖MHI、GE、SIEMENS和ANSALDO）的设计单位，中国能建广东院（以下简称“广东院”）一笔一画地描绘着燃机业务的发展蓝图。

　　从2002年开始，广东院顺应市场需求，先后承担了珠江电厂燃气（LNG）联合循环二期、惠州LNG电厂（国内最大规模的燃机电厂）、前湾燃机电厂等纯凝发电机组设计工作，以及珠海横琴、中海油珠海、中山嘉明三期等一批冷/热电联产项目设计工作，积累了丰富、成熟的纯凝发电和冷/热电联产机组技术和项目管理经验。

　　2010年，广东院抢抓孟加拉国燃气轮机项目的市场机遇，先后中标3个项目设计工作。其中，Meghnaghat联合循环电站项目为9E级双燃料机组，BIBIYANA 燃机发电项目为9FA级一拖一机组，Shahjibazar联合循环电站项目为9E级二拖一总承包项目。为了适应当地特点，广东院为每套机组均设计了旁路烟囱，议适应单循环和联合循环两种运行模式。

　　经过十几年的不断积淀，广东院的燃机项目在国内外结出累累硕果：惠州燃气电厂一期3×390兆瓦联合循环机组工程获2008年度国家优质工程银质奖；珠江天然气发电厂工程获2009年度广东省优秀勘察设计二等奖；东莞中电新能源热电厂2×470兆瓦燃气热电联产工程连续获2017年度电力优质工程和国家优质工程奖；孟加拉Meghnaghat工程获得2014年度孟加拉国最佳发电项目奖，作为中国企业，广东院第一个获此殊荣。

　　浙江院世界先进机型尽在掌握    

　　在燃机发电项目中，中国能建浙江院（以下简称“浙江院”）创造了多项第一：承担了国内首个6F级燃机电厂——新疆克拉玛依燃机电厂、国内首个自主设计的9E级燃气-蒸汽联合循环电厂——浙江温州龙湾燃机电厂、国内首个9F级重型燃机电厂——浙江半山燃机电厂、世界最高等级9H燃机电厂——巴基斯坦赫维利1230兆瓦燃气联合循环电站的勘察设计。

　　同时，浙江院还是全国唯一掌握目前世界上两种主要9H燃机机型——通用电气公司的9H.01机型和西门子的SGT-8000H机型的设计单位，燃机电站设计经验和水平国内领先、世界一流。截至目前，浙江院设计投产的国内外燃机共47台（套），总装机容量达13377兆瓦，国内市场份额占比约为20%。完成项目设计的燃机机型包括6B、6F、9E、9F、9H等多个系列，配合的燃机供货商包括通用电气、西门子、三菱、阿尔斯通等国际知名品牌。其中，在“一带一路”沿线国家累计完成8个项目，在建项目6个，合同总额累计超过2亿美元。

　　值得一提的是巴基斯坦赫维利1230兆瓦燃气联合循环电站项目。1号燃气轮机从运抵安装现场到首次点火成功仅用94天，创造了H级燃机安装调试用时最短的全球新纪录。

　　“巴基斯坦赫维利项目为燃气-蒸汽联合循环电站，采用“二拖一”配置，总装机容量为1230兆瓦。现场设计条件下，2台燃气轮机各能产生408兆瓦电量，1台蒸汽轮机能增加414兆瓦的电量。而汽轮机增加的这部分电量并没有消耗额外的燃料，仅仅是利用了燃气轮机的烟气余热。”项目设计总工程师潜纪儒说。

　　目前，吉尼斯世界纪录认证的“全球最高效的联合循环电厂”的发电效率为62.22%，预计赫维利项目的全厂净效率将达到62.4%，有望超越这一世界纪录，成为世界上最高效的联合循环电站之一。

　　江苏院厚积薄发机型全覆盖

　　自今年3月至今，中国能建江苏院（以下简称“江苏院”）设计的江苏华电扬州燃机工程、华能苏州燃机热电联产工程、大唐姜堰燃机热电联产工程等5个项目，共8台机组相继投产，总计装机容量超2600兆瓦。这些项目均采用了燃气-蒸汽联合循环发电技术。

　　自2012年起，江苏院承接已建成投产的24台，进入设计阶段的24台，处于合同签订阶段的12台，其中包括中标尼日利亚与巴基斯坦的6台机组。

　　江苏院涉足燃机业务可谓由来已久，曾参与设计国内首个投运的9F燃机项目——张家港华兴电力有限公司2台390兆瓦燃机工程。

　　“目前已实现400兆瓦级、200兆瓦级、100兆瓦级、小型分布式等不同容量等级的常规燃机机型全覆盖，占江苏燃机设计市场份额60%-70%。”江苏院发电公司副总经理葛新锋介绍说。

　　巩固份额优势以外，江苏院持续拓展延伸容量等级的两端。一是分布式燃机，将在年底投产的昆山协鑫蓝天项目有望成为江苏省首个分布式燃机项目；另一个是500兆瓦级燃机项目。另外，力求项目“全而优，优而精”，江苏院高度融合园林文化，把华能苏州燃机项目建成“江南风”新电厂。目前，江苏院燃机业务从江、浙、粤等区域向全国扩展，已承接山东、湖南、广西、新疆等地的项目。

　　“我们制定适应江苏院发展的路径，包括了解并熟悉各类主设备，成熟应用于项目中；积极开展厂区设计优化，争取项目承接机会；与主设备厂商如上海电气、GE、西门子等开展深度合作，构建长期良好合作伙伴关系，为海外项目的开发、投融资业务的拓展方面奠定基础。”江苏院党委书记、董事长蔡升华说。

　　东北院设计国际领跑

　　目前世界上初温最高、功率最高、效率最高的H级燃气轮机，是美国GE公司的先进代表机型之一，单循环功率达到400兆瓦左右，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%，远高于常规火电及联合循环机组。

　　近年来，中国能建旗下的中电工程东北院（以下简称“东北院”）积极拓展国内外燃机项目设计市场，在国际市场上成为“9H”级联合循环电站设计的领跑者，占据相关技术领域的制高点。

　　2015年9月，东北院承担了亚洲最先建设的9H型燃气—蒸汽联合循环机组——巴基斯坦必凯和百路凯工程的整体设计工作。两项工程各建设一套20 9H燃气—蒸汽联合循环机组，机组总装机容量分别为118万千瓦和123万千瓦，全厂热效率超过61%。

　　2017年4月24日，巴基斯坦必凯118万千瓦联合循环电站1号燃机一次性通过168小时满负荷可靠性运行，成为亚洲首个真正投入商业运行的H级燃气—蒸汽联合循环电厂。按照理论计算值，该项目联合循环发电效率将达到61.59%，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，对未来高效重型燃机电站建设和运行具有划时代的意义。

　　2016年4月，东北院成功中标国内首台“H”级燃机项目——天津华电军粮城六期热电联产项目，填补了国内相关设计领域的空白。

　　在国外，东北院还先后承担了深能加纳安所固电站二期工程9E燃气联合循环机组、巴基斯坦滨佳胜56万千瓦联合循环电站、科特迪瓦松贡37.2万千瓦联合循环燃气电站、俄罗斯捷宁斯卡娅燃气蒸汽联合循环供热电站等大型燃机项目设计任务。

　　通过多个“9H”型燃机项目的实施，东北院积累了丰富的设计经验。通过与GE公司、阿尔斯通等设备厂商的长期合作磨合，在燃气轮机项目设计进度的掌控、燃气轮机相关设计困难的判断和处理，以及燃气轮机基础采用动力分析设计等方面，都能够对同类型工程提供强有力的支持。

　　山西院本土化创新理念超前    

　　在设计过程中，山西院的“老醯儿们”选用了容量大、效率高、节水明显的F级“二拖一”燃气—蒸汽联合循环热电联产机组，根据“煤都”实际，创造性首次采用直接空冷系统，实现了燃机设计本土化。“本土设计化，需扬长避短，是创新的关键。”项目经理林建勇说。

　　设计人员充分考虑山西能源转型发展，立足丰富的煤层气资源储备，以煤层气品质为主、结合天然气品质拟定了燃气参数应用于嘉节项目中，打造出国内首台按煤层气设计的F级燃气机组。

　　东山项目中，山西院利用掌握的空冷节水技术优势，大胆将燃气-蒸汽联合循环机组与空冷技术相结合，整体节水近90%；并首次在直接空冷汽轮机上设置SSS离合器，使机组在背压供热工况下对外供热能力达到626兆瓦，比抽汽供热工况下的最大供热能力高95兆瓦，供热面积由1000万平方米扩大到1200万平方米。

　　嘉节项目设计人员优化了给水系统，将常规高压给水泵和中压给水泵合并为高中压给水泵，获得了国家发明专利。东山项目采用低氮燃烧技术，实现烟尘和二氧化硫零排放，工业用水和生活污水经处理后回用，基本实现了废水零排放。

　　没有高高的烟囱，没有大体量的空冷平台，两个项目艺术化设计融入城市景观，既惠民，还不扰民。噪声控制上，山西院做足了功课。从噪声治理、工艺系统及设备噪声控制、建筑物防噪三方面对东山项目的噪声排放问题进行攻关，使其成为世界首台正式投产运营的直接空冷系统采用阵列式消声器降噪技术的大型发电厂。

　　超前的理念和精湛的技术，使嘉节项目荣获2016年度电力行业优秀工程设计奖，这是山西院在燃机设计领域首次获奖。在此基础上，该公司相继签约山西保德昔阳126兆瓦级燃气-蒸汽联合循环热电联产项目管理和宜昌6B级燃气-蒸汽联合循环供热机组项目可研。

　　市场风向标

　　相关政策链接

　　① 2016年12月24日，国家发展改革委发布天然气发展“十三五”规划。

　　② 2017年5月19日，国家发展改革委、国家能源局发布中长期油气管网规划。

　　③ 2017年6月23日，国家发展改革委等13部委联合发布加快推进天然气利用的意见的通知。

　　④ 2017年8月29日，国家发展改革委印发降低非居民用天然气基准门站价格的通知。

　　⑤ 2017年8月29日，国家发展改革委印发核定天然气跨省管道运输价格的通知。

　　⑥ 2017年11月10日，国家发展改革委发布全面深化价格机制改革的意见，提出按照“管住中间，放开两头”的总体思路，对天然气管道运输等网格型自然垄断领域，建立健全以“准许成本+合理收益”为核心的定价制度。适时放开气源价格和销售价格。

　　先进重型燃机市场发展现状

　　2017年9月7日，通用电气（GE）宣布旗下最先进的HA级重型燃气轮机总合并运行时间已超过30,000小时。H级重型燃机是世界上增长最快的燃气轮机机型，自2014年底该重型燃气轮机推出以来，共收到了近70台H级重型燃机订单，并交付37台。

　　目前，西门子SGT-8000H重型燃气轮机是世界上最先进的重型燃机产品之一。西门子表示，更先进的HL级燃气轮机将具备更高的发电效率和更好的性能，联合循环发电效率达到63%，中期目标是达到65%。

　　2017年8月17日，中国重型燃气轮机技术有限公司与北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司召开整体化技术合作会，标志着华清燃机全面参与到了重型燃气轮机国家科技重大专项的整体工作之中，重燃专项“大协作”平台再添新成员。