柴油机发电与燃气蒸汽联合循环发电方式技术经济指标的比较

汕头经济特区燃机发电公司

总工程师袁孟圃

本省自改革开放以来，为适应社会主义经济的高速发展，在省大电网供不应求的情况下，为缓解供电的紧张局面和提高电网的调峰能力。地方电力发展迅猛，兴建大量的柴油机发电厂和燃气蒸汽联合循环发电厂。据柴油机专业委员会调查统计：

自1985年至1993年底，全省共有柴油机发电厂35家，总装机容量达475万KW（包括在建项目），总装机台数共510台。预计未来数年，装机容量将继续增长。在同期已兴建燃气蒸汽联合循环发电厂共12家，总装机约200万KW，正在筹建的约50万KW。这些地方燃油发电厂总容量为700万KW，约占目前省电网总装机容量的40％，这不仅补充了省电网出力的不足，而且大大提高电网的调峰能力，对推动本省经济建设的高速发展作出重要贡献。

考虑到当前，虽然有些经济发达地区，地方发电厂已发展到一定程度而趋于饱和，而有些晚起步的地区，地方电厂的建设和发展仍然方兴未艾。为吸取经验和教训，避免盲目发展，重复引进性能不可靠的机型或选择不适当的发电方式，导致利用率不高，无法还本付息，严重影响发电经济效益。

本文笔者以近十年来从事柴油机发电和燃气蒸汽联合循环发电方式的设备选型，招标引进，安装调试，运行维护和技术管理等工作体会，谈谈个人对上述两种不同发电方式的技术经济比较，仅供同行者作参考，也许对准备扩建或新建的地方发电厂机组选型的决策有稗益。

一、主要技术性能的比较：

柴油机发电：

1、热效率高：目前大容量中速柴油发电机组（容量为1万KW）发电的热效率高达捎％，热耗率为7900～8000KJ/Kwh燃油净耗率为190g/Kwh。新型2万KW的低速柴油机热效率可达47.6％，油耗率为180g/Kwh。

2、燃油品质要求低：适于燃用粘度为180cst（50℃）以下的重油，重油只要经净化分离器处理排除水份和灰份等杂质，烃加热后便可进入柴油机燃烧。重油价格低廉，（1150元/吨）只为轻柴油价格50％。

3、发电出力稳定：一般为确保安全运行，发电功率按额定功率90％运行。出力不受大气环境温度变化影响，一年四季，保证出力可达90T，若考虑因个别工作部件损伤带病运行被迫降低出力或事故抢修少发电影响，平均出力为85％。

4、运行可靠性较低：虽然发电用中速柴油机，转速较低只有500转/分。但基于柴油机的工作原理为高压油雾和吸入空气经压缩后自动点火爆炸，利用爆炸力推动活塞移动作功，然后通过连杠，将活塞的直线运动经拐臂转换成曲轴的旋转运动。这个工作过程，联动的工作部件很多，且往复动作十分频繁，因而事故机率较高。同时柴油机调峰运行，起停频繁，因热疲劳影响，可靠性降低。假如：进气阀。排气阀、气缸头、活塞、活塞套、连杠轴瓦等均为最易损坏的部件。其中由于润滑情况不良引起的部件损坏事故占较大比重。另外由于进气阀或排气阀断裂引起的事故，其断裂碎片可导致打坏涡轮增压器的透平叶轮，后果较严重。

5、负荷适应能力强：机组负荷在50％～100％变化时燃油耗率变化较小，在50％负荷时的油耗率只为100％负荷时油耗率的1.1倍。因此适于调峰。

6、机组起动迅速：起动至并网为1～2分钟，作为小电网应急备用机组最合适。

7、单机容量较小：自动化水平较低，运行操作技术较简单，便于一般运行人员掌握（一般有高中或中专水平人员可胜任）。

8、噪音太大：距柴油机旁一米噪音达110db。距噪音源100米处为90db，长期在机房工作对耳朵听力有影响。

9、排烟对环境污染有严重影响：因燃重油含硫量为4％，燃烧后排烟中SO2落地浓度超过城市环保要求。

燃气一蒸汽联合循环发电：

1、热效率高：

Ms-6000型容量为36MW，燃气轮机简单循环的热效率为31％，热耗率为11600KJ/Kwh，燃油耗率为285g/Kwh。

燃机联合循环的热效率为46.5％，热耗率为7950KJ/Kwh，燃油耗率为190g／Kwh。

MS～9000F型容量为200MW，燃气轮机单循环热效率为35％。联合循环热效率为53％，油耗率为162g/Kwh。

2、燃油品质要求高：要求燃0＃轻柴油或经严格处理后的原油，井在人机前添加抑矾剂。

轻柴油和经处理后原油品质要求为：

含硫量低于1％，含矾量低于5ppm

含钠和钾量低于Na＋K＜1ppm

O＃轻柴油价格为2300元脯

原油价格为1600元/吨

3、发电出力随气温升高而降低：当气温每升高10℃时，发电出力降低7％。在ISO标准条件下（15℃，1013mbar）若发电出力100％，当气温25℃时，出力只为93％。在南方常年平均气温为22℃，则燃机平均出力为95％。另外考虑到燃机吸进空气耗量较大，每小时吸气量490吨，对进气过滤器要求高，每当过滤网压差增大，吸人空气量减少，或压气机叶片积污，排气压力降低，或透平叶片积污，通流面积减少，也影响燃机出力降低。为此必须对燃机的压气机和透平进行定期清洗。考虑上述影响燃机出力降低的因素后，燃机常年的平均出力只为90％。

4、运行可靠性高：虽燃气轮机燃烧初温很高，进入透平的初温高达1104℃（燃轻柴油时），燃机转速高达5114转/分，但因是高温燃气均匀冲击透平叶片旋转，靠热膨胀作功，因而机组振动较小，运转十分可靠。但如果燃机作调峰运行，起停次数太频繁，因热胀冷缩引起热疲劳，对热部件寿命影响较大，在一定程度上影响可靠性降低。若燃机在联合循环运行，因余热锅炉起动和冷机升速时间较长，一般须90分钟，因而联合循环不宜作调峰运行，这时燃机起停次数并不频繁，从而可以提高运行可靠性。

5、负荷适应能力强：燃机无论是简单循环运行或联合运行，负荷响应很快，只要燃油给定值稍为变化，负荷就立即响应。在联合循环运行时，汽机采用滑压调节，即汽机负荷随燃机负荷的变化而变化。

6、燃机起动迅速：起动至井网时间为15分钟，带满负荷5分钟；余热锅炉和汽机热态起动时间为60分钟；温态起动时间为90分钟；冷态起动时间为120分钟；基于上述情况，联合循环机组不宜每天起动一次作为调峰运行，最佳运行方式是担负腰荷。

7、单机容量较大： MS-6000型为36MW；

Ms-7000型为50MW；

Ms-9000型为100MW；

Ms-9000F型为200MV

两台燃机加上两台锅炉及一台汽轮机组成联合循环后：

VEGA-206型容量为110MW；

VEGA-207型容量为154MW；

VEGA-209型容量为310MW

VEGA-209F型容量为620MW

8、技术先进。高度自动化水平：燃机采用具有三重冗余度的全自动程序监控系统MARK一5。只要一道起动指令就能实现起动。加速。并网，带满负荷全盘自动控制。联合循环的起动和运行监控也采用全自动或部分自动操作。正常监控全靠屏幕显示器。鼠标器。键盘和触摸式开关进行操作，设备故障时，自动报警显示和打印，事故自动停机。

由于自动化水平高，运行监控人员要求少而精，每一运行台班只需8～9人，要求素质较好、懂英语的大专水平运行人员。

9、噪音小：

距燃机噪音源1米处，噪音为93db

距汽机旁1米处，噪音为94db

距噪音源100米处，噪音为65db

10、排烟对环保污染小：因燃用轻柴油或原油含硫量均低于1％，经高温充分燃烧后，排烟的SO2含量很少，SO2落地浓度低于环保要求二级允许值的40％，污油污水经处理后含油低于10ppm满足排污要求。从以上几点说，燃机发电不愧为最文明最清净的能源装置。

二、投资规模：

柴油规格：

柴油发电机组：

单机容量为10～20MW的中速柴油发电机组，如：SEMT的18PC2-6V，SUzEM的18ZAV40S，MANB＆w的18V40/45等主要机型，按目前的国际行情，单位价格为600US/KW（不计升压变电设备费用）。若按100MW的总容量计，总价约为6000万美元，计及升压变电设备费，按10％计，达600万美元，电站总引进设备费为6600万美元。

国内配套机电设备费、征地费、施工安装调试费共约1800～2000万美元，电站总投资约8500万美元，按外汇比率8.7元人民币/美元计，折合人民币75000万元。平均单位投资7500元/KW。按国际贷款年利为10％计，还本付息期按10年，则平均每年还本付息金额为12200万人民币。

式中a为每年还本付息金额

A为总投资金额

r为年利率

n为还本付息期

燃汽轮机和联合循环发电设备：

单循环燃气轮机发电机组（不计升压设备）MS-6O00日型，每台1100万美元，相当300美元/KW。更大容量的单价更低些。如：深圳美视电厂最近引进瑞士ABB公司170MW燃气轮发电机组，价格为4545万瑞士法郎，折合3500万美元，单位KW为205美元。

100MW燃气蒸汽联合循环成套发电设备（包括变电设备），按目前国际行情为7000万美元，加上国内配套机电设备费。订地费。施工安装调试等费用约2000万美元；总投资约9000万美元，折合人民币80000万元，平均8000元/kW。按与柴油机发电站同样的贷款利率及还本付息期，则每年必须还本付息13000万元人民币。

三、燃油成本：

柴油发电机组发电燃用重油，每吨重油价为1150元人民币。柴油发电机组起动。停机时燃用轻柴油，按电厂的运行统计，燃用重油占90％，柴油占10％，而柴油价格为每吨2300元。若常年发电保证5000小时，则全年发电燃油成本为：

100000KWx0.9X5000hx220g/KWhx1.1xll50元/吨

＝45000万KWhX0.22Kg/KWhxl265元/吨

＝10万吨xl265元/吨＝12650万元

柴油机润滑油消耗量较大，平均油耗率为：1.5g/KWh。按每年发电4.5亿度计算，每年润滑油耗量为675吨，考虑定期更换润滑油，每年总共消耗润滑油700吨。每吨润滑油价为8000元，每年润滑油耗费560万元。

这样计及润滑油耗费在内，每年燃油总费用为：

12650万＋560万＝13210万元

燃气蒸汽联合循环发电机组目前多数燃用0＃轻柴油，每吨油价2300元。若同

样按常年发电5000小时计，则每年发电燃油成本为：

100000KWx0.9x5000x210g/KWhx2300

＝21735万元

如按燃用原油，则成本为：

10000KWx0.85X5000x 220 x l600～～150007了夕己

四、运行维护费用：

柴油发电机发电厂／考虑机组台数多，单机容量小，若按单机容量10000KW，总容量100000KW就有10台机，正常运行维护工作量较大。除了运行人员约50人外，检修维护人员约30人，生产管理人员20名，行政后勤人员40人，全厂约140人，人员平均工资1500元，每年工资费用231万。行政管理。劳保福利。交通等费用每年约600万；生产维护费和易损配件材料费等约600万。每年运行维护费总共1500万元。

联合循环发电厂，因机组容量较大，台数少，运行可靠性较高，维护工作量较小，按同样140人的职工人数，每年运行维护费略低于柴油机电厂约1200万元。

五、定期检修及事故抢修费用：

柴油机大修或意外事故抢修时，需更换损坏的工作部件，而这些工作部件的进口价格很高，例如：一只VTR一454的涡轮增压器价格达10万美元，折合90万人民币，一只气缸头综成达15万人民币，一只活塞裙达4万元，一只活塞套也达4万元。电厂有10台柴油机，每年至少要安排3台大修，1台事故抢修，估计年检修费用1000万元。

燃气蒸汽联合循环机组，虽然运行可靠性较高，偶然事故较少，但运行6000小时后，事故机率较大，一般计划每年安排一台机大修，两年可能发生一次大事故抢修，因更换进口主要工作部件价格昂贵。例如：一只主雾化泵价达4万美元；一只燃油流量分配器3.5万美元；一只主轴油泵4万美元；一只燃烧筒2万美元；透平一级动叶片套40万美元。估计平均年检修费用800万人民币（燃柴油）。燃原油则每年1300万元如燃重油则年检修费用需1500万元。

累计各项经济指标比较表：

综合评价：

根据上列各项技术经济指标的比较，可以得出这样的结论：

燃气蒸汽联合循环的发电方式，无疑在技术的先进性。运行可靠性。单机容量大。环保条件，噪音水平，文明生产等各方面都优于柴油发电方式。然而由于燃气蒸汽联合循环对燃油品质要求特别严格，要求燃用轻柴油，而柴油价格是重油的两倍，使燃油成本大大增加，仅燃油成本就约占发电成本的60％，而柴油发电燃重油成本只占发电成本的47.5％。在其他各费用基本相同情况下，燃油成本增加，必然导致发电生产成本的增加，联合循环发电成本比柴油发电成本高出30％，其上网电价，也高出30％。很明显从经济效益的比较上，联合循环不如柴油发电。

关于燃机燃油改用原油或重油可能性问题：为了尽可能提高燃气蒸汽联合循环的经济效益，当然可以将燃机改烧价格较低的原油，但国内原油市场未自由开放，国内供应困难。而国际原油虽可大量供应，但因港口原油储运设施和大油轮停泊码头不具备，因而燃机普遍改烧原油条件未具备。至于燃机改燃重油的可能性，据日本。台湾和国内个别燃机电厂的运行经验表明，燃机烧重油在条件具备时是肯定可以的，且经济效益确有所提高，但燃机燃烧初温要降低，单机出力下降，因重油燃烧后的灰份沉积和结渣等附着在透平叶片上，严重影响运行可靠性和增加维护检修的工作量，而且大大降低设备使用寿命。据厂家技术使用说明书指出：燃机燃用柴油，燃烧初温为1104℃，单机出口常用保证90％，使用寿命15年；如烧原油，初温降为1074℃，出力为85％，寿命13年；如燃重油，初温降为1010℃，出力只为80％，寿命缩短为11年。

既然燃气蒸汽联合循环发电在技术指标上是优于柴油机，且是大电网调峰发展的必须趋势。但在经济指标上确劣于柴油机发电。那么对地方发电的选型上，就必须根据当地经济发展情况，经济实力，国民对电价的承受能力，还本付息能力，地方电网供电负荷大小等具体情况，因地制宜，正确决策选型。总而言之，对起步较晚，经济欠发达地区，为经济发展和满足居民用电的迫切要求，则以雪中送炭的方式，发展柴油发电机，是合理的，经济效益较好。而对经济发达地区，早已发展相当数量的柴油机组，仍未能满足经济高速发展对用电的需求，且用电缺额较大，为100MW以上，在此情况下，则适当采用大容量的燃气蒸汽联合循环发电机组是合理可行的。

对于决策者而言，在进行可行性论证时，应根据当地实行情况，实事求是，客观地预测近期内，当地供电缺额或调峰差值，且是否能保证新机组发电后的发电利用小时。对柴油发电机，至少必须满足年发电利用小时不低于4000小时，对燃气蒸汽联合循环发电至少必须满足5000小时以上，否则，向国外贷款，以高昂代价引进设备，因负荷预测过高，实际发电利用小时不足，少发电，无法从售电成本中提取折旧费来抵偿每年的还本付息，甚至给地方政府带来巨大的经济包袱。目前本省就有个别地区，就是因盲目发展中小型燃油发电机群，而当地用电负荷增长很慢，导致供过于求。发电备用机组容量超过50％，在此情况下，面对着发电厂因发电不足无法还本付息，给地方政府造成很大的经济压力。反而制约了当地经济的发展。

虽然前几年，本省地方电力发展了500万KW柴油发电机组和200万KW的燃汽蒸汽联合循环发电机组，对推动本省经济发展起着很重要作用。然而从长远来看，发展电力的根本出路在于发展大电网，采用高参数、大容量、低能耗、低成本、低电价的大电厂来解决。

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