李杰
广东粤电新会发电有限公司 529000
摘要：在人们对电能需求力度逐渐提升的条件下，燃气轮机发电厂应运而生。该种发电厂主要以天然气为运转能源，在改善其他能源发电厂运行模式的同时，使得发电厂所生产的电能满足人们日常生活多方面需求。但是受燃气轮机运行模式和其他方面因素的影响，燃气轮机发电厂存在运行效率低下的弊端。为此，就应开展燃气轮机发电厂运行优化和天然气调峰工作，以保证该种类型发电厂年均产电量和整体运行效益有所提升。
关键词：燃气轮机发电厂；运行优化；天然气；调峰运行
引 言
本次研究针对的是燃气轮机发电厂，基于天然气发电，充分考虑了发电厂机组的实际情况，对发电厂的用气量、输气管道和运营成本等多方面进行了参考和分析。旨在通过具体的对比研究，找到燃气轮机发电厂运行与天然气调峰的优化方案，帮助更多的燃气轮机发电厂提升发电效率，获得利益的同时，满足社会对发电量的更高需求。
1 电厂机组基本情况与性能、耗差分析
1.1 电厂机组基本情况分析
燃气轮机发电厂所使用的机组，原来一般使用的是油气双燃料
混合机组，随着发电厂相关设备的更新，也有一些新的发电厂会使
用燃气-蒸汽联合循环机组。发电厂的机组燃料主要为天然气，来源一般是距离较近的油田直接运输，虽然随着发电量的增加，供气数量也在激增，但是还是难以满足发电厂的实际用气需求，这样的矛盾直接影响到发电厂的储气调峰能力，使的发电厂难以满足社会用电需求。
1.2 燃气轮机运行优化主要工作内容
一般来讲，对于燃气轮机的运行进行优化时的主要工作内容，大致可以分为以下几个方面：首先是针对燃气轮机的性能进行的优化，通过实验提升燃气轮机的各项参数，以便实现燃气轮机的工作效率得到提升，降低燃气轮机受外界的影响，比较常见的实验有水洗效果对比试验、不同季节对于机组影响的试验、机组调峰试验等都是用来调试发电厂机组性能的试验。其次是针对机组耗差的优化，通过计算耗差也能提升其整体性能。最后，是对燃气轮机机组的操作系统和编程的优化，令整个系统更有稳定性并实现对实时工作的监控功能。
2 对比分析电场运行优化与技术经济
目前燃气轮机发电厂使用的机组主要有上文提到的经改造过后的油气双燃料混合机组以及新式的燃气-蒸汽联合循环机组两种，我们通过对比研究发现，油气双燃料混合机组的发电效率为38.2%，而燃气-蒸汽联合循环机组的发电效率则有58.1%，由此可见燃气-蒸汽联合循环发电机组的发电效率要显著高于传统的油气双燃料混合机组的。
不过通过走访调查和查阅最新的研究资料，我们发现目前大部
分的燃气轮机发电厂所使用的机组仍然为油气双燃料混合机组，其
主要原因是随着使用时间的提升，燃气-蒸汽联合循环机组对天然气的耗电量会持续上升，也就是说，在短期内燃气-蒸汽联合循环发电机组更加高效，可是使用时间的提升，其原料消耗量持续增加，就会导致发电厂经济效益受到损失。
3 优化运行系统的实施流程
燃气轮机发电厂机组的运行系统主要是利用预先编写好的程序，通过专用的计算机对机组的运转实行控制。一般来讲，运行系统主要功能是操纵机组的启动和停止，对后台数据进行采集、分析、计算和存储，然后将主要数据在面板上进行显示并在计算结果出现问题时实现报警功能。
也就是说，燃气轮机发电厂的机组运行系统，主要分为前台和后台两部分，前端面向工作人员，实现数据的实时监控和报警功能。后台进行数据的计算处理，包括热耗性能的计算、耗差的计算，历史数据的计算和功率的计算。当计算结果与预先输入的阈值冲突时，通过报警来提醒工作人员对机组进行检修，以免出现重大问题造成中断供电，影响社会秩序，难以满足居民的生产生活需求。
4 燃气轮机发电厂天然气调峰
一般来说，燃气轮机发电站在长时间运行过程中，其中天然气用气峰谷会受到供气量、发电量和发电机组负荷等多方面因素的干扰，整体稳定性较差，难以维持燃气轮机持续运行。为此，在燃气轮即发电厂运行之前，就需要对整个发电厂实施天然气调峰工作，只有这样才能保证燃气轮机发电厂中天然气供给稳定性的同时，控制外在因素对发电厂中燃气轮机运行状态产生影响。在提升各类燃气轮机运行效果的同时，提升发电厂内部年均产电量。与此同时，还需要相关人员对天然气供气量峰谷变化趋势实施有效分析，并在一系列惯例支持下对燃气轮机发电厂天然气流转模式实施有效调整，保证发电厂中天然气调峰工作的合理性，以为天然气峰值调控提供有效参考依据。
从当前我国各个燃气轮机发电厂运行模式的角度出发，发现多数燃气轮机发电厂在长时间运行过程中，经常会出现天然气缺口增大的问题，如果不能有效改善这一现状，必然导致发电厂天然气供给负荷加大，直接影响燃气轮机发电厂整体运行效果。为此，就应在发电厂天然气缺口不断扩大的条件下对原有天然气峰值实施优化调整，缩小燃气轮机发电厂中天然气供需缺口，以为发电厂中各类设备稳定运行提供动力支持。多项数据表明，发电厂中天然气流量也会受到其峰值的影响。为此，必须结合燃气轮机发电厂运行要求和其他方面因素对其中天然气峰值实施有效调整。同时降低燃气轮机发电厂在天然气购入过程中的资金消耗量。在保证燃气轮机发电厂整体运行效果的同时，保障发电厂整体发展效益。
5 系统性能特点分析
第一，基于机组正常运行状态下，以每分钟为间隔时间，进行数据采集，且结合历史数据存储，在10MW以上负荷基础上，可实现机组性能与耗差的计算。与此同时，燃气轮机机组具有快速启动的特点，在运行系统优化前提下，以每秒为间隔时间，进行数据采样和储存。第二，以机组设计数据为依据，结合优化试验数据，确定系统相关的参数基准值，基于实时计算基础上，展示参数耗差，保证系统的时效性与可靠性、合理性。第三，系统具有提供机组性能趋势分析画面的功能，为机组水洗时间的确定提供依据，提高管理系统向性能诊断效率，促使系统朝着在线运行指导方向发展，提高燃气轮机运行效果。第四，基于系统优化基础上，在线输入和修正参数性能相关基准值与电厂燃油数据，达到完善燃气轮机运行优化系统的目的。第五，以燃气轮机技术特点为参考，以国内外试验规程为依据，通过查询相
关资料，构建相对应的燃气轮机性能和耗差计算模型，应用在线监测系统，验证模型的科学性与准确性。第六，利用燃气轮机在线运行优化系统，有助于提高整个电厂运行管理水平，减少机组运行过程中的煤耗，提升电厂核心竞争力，为电厂的长足发展提供保障。
6 案例分析
6.1 某电厂机组的基本情况
某电厂使用的2台机组装机容量为125MW，原设计的燃料为重油。2013年，该电厂分别对这2台机组的燃料系统进行了油气双燃料的技术改造。为了进一步满足电力负荷的增长需要，电厂计划2015年加设2台350MW燃气—蒸汽联合循环机组，该机组使用的天然气由距其较近的2处油气田供应。由于受上游资源的限制，管道的供气规模只能逐渐递增，预计到2015年，管道的供气规模为8×108m3/a。但是，该供气规模无法满足电厂的实际用气需求。与此同时，由于天然气管道的长度只有67km，所以，储气调峰能力受到了限制，给该电厂的发电运行增加了一定的难度。
6.2 电厂气源和输气管道工程
为该电厂提供天然气的甲油气田距离电厂大约230km，其可采储量为4.2×109m3。而乙油气田位于甲油气田东南方向130km处，可采储量为1.80×101 0m3。天然气管道工程由1条干线、5条支线、6座站场和7个座阀室组成，干、支线总长12518km，输气规模为1.6×109m3/a。根据气田的配产方案和自用气数据可知，终端站为天然气管道提供的天然气产量如表1所示。由此可见，该电厂的实际需气量与终端站的产量有较大的差距。
表1 终端站逐年外输天然气的能力
6.3 电厂用气量
某电厂目前的2台125MW机组以及将于2008年投运的2台9F级350MW机组，以GE公司9F级燃气轮机为例，气量修正到当地工况，燃用天然气的气量平衡见表2。
表2 某电厂125MW机组与9F机组天然气气量平衡
6.4 电厂运行优化与技术经济比较
由表2可知，9F级机组和125MW机组在具体的运行过程中，2种燃机可以相互调配和优化。25MW燃气机组的发电效率为37.8％，9F级燃气轮机联合循环机组的发电效率为56％。很明显，9F级燃气轮机联合循环机组具有较高的发电效率，但是，由于燃气轮机发电机组具有较好的启动性能，所以也可定位为电网的调峰机组，广东省对9F级燃气轮机联合循环机组的连续运行时间一般定为3500h。因此，从整体上看，电厂运行还存在较大的优化空间。表3列出在总供气量为8×108m3时，燃气轮机联合循环发电机组在不同连续运行时间下的电厂整体经济性。从表3可以看出，随着9F级燃气轮机发电机组连续运行时间的提高，全厂的发电量有较大幅度的提高，经济效益显著。
注：电厂发电量比较以9F级350MW机组连续运行时间为3500h的电厂发电量为基准
表3 某电厂燃气轮机发电机组在不同连续运行时间下的整体经济性
6.5 天然气调峰与气量平衡的关系分析
该电厂125MW机组经过技术改造后，可以实现油气双燃料运行且可在线切换，从而达到了调峰的目的。本文只研究了天然气供应不足并用重油补峰情况下的天然气流量特性，并假设125MW机组一年持续运行时间为5000h，9F级燃气轮机机组一年持续运行时间为3500h，天然气供气量8×108m3／a。天然气供气量峰谷差最大值一般发生在最大负荷月中的最大负荷日。通过分析电厂典型年负荷特性曲线和月负荷特性曲线，可得出年最大负荷日的用气量峰值。显然，在重油补峰的情况下，负荷的峰值是不变的，只是天然气流量相对减少了。随着天然气缺口的增大，最大负荷日重油发电量越来越大，重油的削峰效果越来越明显。表4列出了在出现天然气缺口的情况下，某电厂天然气流量峰值的变化情况。
注：天然气流量的相对峰值是以发电量为4 TWh的天然气流量为基准
表4 某电厂补峰发电量与天然气流量相对峰值的关系
结束语
综上所述，采用管道天然气的燃气轮机发电厂与其他发电厂相比有一定的特殊性，优化发电厂的发电机组并调整其运行方式，有利于实现电厂整体经济效益的最大化。例如，可以将不同类型的机组组成一个系列，由它们共同参与电网调峰，而增加机组的连续运行时间等都有利于提高电厂的整体经济效益。
参考文献
[1]电力市场环境下燃气轮机调峰交易模式研究[J].王娟娟,吕泉,李卫东,赵闻蕾.??电力自动化设备.?2014(01)
[2]浅析某燃气轮机发电厂节能降耗的主要措施[J].张澍.??机电信息.?2019(29)
[3]燃气轮机发电厂的运行优化思路及具体策略研究[J].张广亮.??企业技术开发.?2016(09)
[4]埃克森美孚推出燃气轮机发电厂润滑解决方案[J].??润滑与密封.?2015(09)
[5]燃气轮机发电厂节能降耗的主要措施[J].袁奥.??中国石油和化工标准与质量.?2020(06)
[6]9F燃气轮机发电厂直流系统介绍及常见故障处理[J].吴森飚.??电子技术与软件工程.?2016(16)
[7]燃气轮机发电厂节能降耗的主要措施[J].袁奥.??中国石油和化工标准与质量.?2020(06)