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    增效增收

    在燃煤和燃?xì)怆姀S的現(xiàn)代化改造上,有付出就會(huì)有回報(bào)。由此可以增加發(fā)電量,減少排放,實(shí)現(xiàn)可再生能源的靈活并網(wǎng),并大幅降低成本。

    Steven Kiprotich是2012年倫敦奧運(yùn)會(huì)馬拉松比賽良好得主,他的體重只有56公斤,肺活量卻達(dá)8公升,是普通人的兩倍,這有助于他非常有效的將身體能量轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)能量。Usain Bolt是100米短跑世界紀(jì)錄保持者,其體重比基保堤重38公斤,他用額外的肌肉質(zhì)量獲得較快的加速度。

    與賽跑選手一樣,采用較新技術(shù)的燃煤和燃?xì)獍l(fā)電廠必須同時(shí)做到高效和靈活。這是因?yàn)橐患掖笮桶l(fā)電廠在消耗等量資源的情況下,其效率每增加千分之一,每年即可減排大約7000噸二氧化碳,或增加700萬千瓦時(shí)的發(fā)電量。同時(shí),隨著可再生能源發(fā)電量占比不斷上升,化石燃料發(fā)電廠的運(yùn)行必須較加靈活。比如,在天空陰云密布或風(fēng)力很小甚至無風(fēng)的日子里,采用化石燃料的發(fā)電廠必須盡快投入滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

    新電廠必須從建設(shè)之初就考慮運(yùn)行的高效和靈活。當(dāng)今的燃煤電廠的發(fā)電效率為46%,比**電廠的平均水平高出15個(gè)百分點(diǎn)。聯(lián)合循環(huán)電廠的效率在60%以上。過去五年來,盡管**新建了裝機(jī)總量為3.5億千瓦的**燃煤電廠,但**傳統(tǒng)燃煤電廠的裝機(jī)總量**過16億千瓦。在某些國家,新老電廠之比甚至較低。比如,俄羅斯80%以上的燃煤電廠已服役**過20年,有些電廠的發(fā)電效率只有23%,也就是說,這些發(fā)電廠每發(fā)一度電所排放的二氧化碳是新建電廠的兩倍。

    新老電廠之間的主要差別在于:**,現(xiàn)代化發(fā)電廠的蒸汽溫度較高可**過600℃,而老電廠的較高蒸汽溫度只有500℃左右。老電廠必須經(jīng)過徹底重建,才能實(shí)現(xiàn)這100℃的提升。*二大差異在于輪機(jī),情況則與此不同,這主要是因?yàn)檩啓C(jī)每隔20到25年必須進(jìn)行一次大修。

    在佛羅里達(dá)州奧蘭多市負(fù)責(zé)西門子能源**服務(wù)業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)工作的Steve Welhoelter說,2000年以來,僅在美國對(duì)100多臺(tái)蒸汽輪機(jī)的升級(jí)改造就帶來了每年**過2000萬噸的二氧化碳減排。升級(jí)改造使得這些電廠能夠在不增加燃料消耗的情況下,平均增加4%的發(fā)電量。

    進(jìn)一步升級(jí)改造的潛力非常大,因?yàn)槟壳肮灿?100臺(tái)西門子蒸汽輪機(jī)在**各地的電廠服役。舉例來說,西門子對(duì)德國Muester附近Ibbenbueren燃煤電廠的升級(jí)改造使其較大產(chǎn)能提升**過10%。該電廠于1985年投運(yùn),其蒸汽溫度較高可達(dá)530℃,這是當(dāng)時(shí)建造的電廠的典型溫度值。2006年,西門維修服務(wù)*受托與電廠運(yùn)營商RWE一道對(duì)其改造潛能進(jìn)行研究。2009年,依照相關(guān)計(jì)劃實(shí)施的停機(jī)維修保養(yǎng),主要對(duì)蒸汽輪機(jī)與換熱器進(jìn)行了改造。五臺(tái)高、中、低壓循環(huán)輪機(jī)的所有內(nèi)部零件都被更換,其中包括非對(duì)稱輪機(jī)葉片,使得流量損耗大幅降低。此外,全新的高壓輪機(jī)密封方案縮小了輪機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的間隙,從而使流經(jīng)轉(zhuǎn)子的未用蒸汽流量減少30%。

    停機(jī)72天后,該電廠產(chǎn)能增加了8.6萬千瓦。西門子能源業(yè)務(wù)領(lǐng)域負(fù)責(zé)電廠改造項(xiàng)目**營銷工作的Norbert Henkel博士指出:“升級(jí)改造是提高產(chǎn)能的好辦法,尤其是在那些工程建設(shè)項(xiàng)目需要辦理冗長繁瑣的審批手續(xù)的國家。此外,我們采取的措施可增強(qiáng)電廠可靠性,同時(shí)使電廠服務(wù)年限延長20到25年?!?

    然而,現(xiàn)代化改造不單是為了提高電廠滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的效率。這是因?yàn)殡S著可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展,大型燃煤電廠通常不需要滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。非滿負(fù)荷運(yùn)行必然會(huì)降低電廠效率,這是因?yàn)槊颗_(tái)輪機(jī)都是按照理想運(yùn)行效率而設(shè)計(jì)的,即達(dá)到額定輸出功率的95%。Henkel解釋說:“只需在這方面做一些小小的調(diào)整,我們不僅可以提高效率,而且還能讓燃煤電廠從開機(jī)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)所需的時(shí)間縮短一半?!辈捎幂^新技術(shù)的電廠在啟動(dòng)后每分鐘的輸出功率增量可達(dá)到其額定輸出功率的6%;對(duì)于聯(lián)合循環(huán)電廠而言,這一數(shù)字甚至可達(dá)到8%。

    全天候運(yùn)行的燃?xì)獍l(fā)電廠。由于燃?xì)怆姀S靈活度非常高,因此在德國被視為可再生能源發(fā)電的理想補(bǔ)充。這些電廠在美國也**了巨大成功,因?yàn)樘烊粴鈨r(jià)格不斷下跌使得燃?xì)怆姀S越來越比燃煤電廠有吸引力。價(jià)格下降是由于美國非常規(guī)天然氣(尤其是頁巖氣)的開采量大幅增長。以往,燃?xì)怆姀S主要用于滿足日間較高的用電需求,然而很多此類電廠現(xiàn)在全天候運(yùn)行。較長的運(yùn)行時(shí)間促使業(yè)主加大對(duì)電廠進(jìn)行現(xiàn)代化改造的投資力度。Welhoelter指出:“我們預(yù)計(jì),從2015年開始,這一細(xì)分市場(chǎng)將快速增長?!?

    就現(xiàn)代化改造的好處而言,俄勒岡州Klamath電廠提供了又一個(gè)成功案例。經(jīng)過2009年和2010年分別對(duì)兩臺(tái)輪機(jī)的徹底改造,其產(chǎn)能增加3萬千瓦,上升至56.3萬千瓦。此外,該電廠較加靈活,負(fù)荷調(diào)整期間的額外燃料消耗量減半。此外,輪機(jī)上游安裝的新型進(jìn)氣系統(tǒng)可確保低負(fù)荷運(yùn)行不會(huì)增加污染物排放。該系統(tǒng)可用輪機(jī)產(chǎn)生的廢熱對(duì)進(jìn)入輪機(jī)的氧氣進(jìn)行預(yù)熱,從而在較高溫度下實(shí)現(xiàn)較完全的燃燒。其他措施與蒸汽輪機(jī)優(yōu)化措施差異不大。其思路始終是將流量損耗降至較低限度。同樣,輪機(jī)葉片的形狀及其密封也非常重要。

    不論是燃?xì)廨啓C(jī)電廠還是蒸汽輪機(jī)電廠,升級(jí)改造都能提高效率。Erich Schmid(上圖)擁有138項(xiàng)相關(guān)**。

    此外,如果能夠加快聯(lián)合循環(huán)電廠的蒸汽循環(huán)速度——該速度大大**燃?xì)獍l(fā)電廠,聯(lián)合循環(huán)電廠可變得較加靈活。過去十多年,西門子工程師Erich Schmid一直在努力解決這一問題。Erich憑借他所**的138項(xiàng)**獲得2012年度“西門子發(fā)明家”稱號(hào)。其主要思路是在必要時(shí)以較快的速度輸送熱能。方法之一是短暫開啟輪機(jī)上的過載閥,降低壓力,從而讓更多的蒸汽從鍋爐中流出。另一個(gè)方案是,不在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)向高壓輪機(jī)輸送蒸汽,而是讓蒸汽繞道進(jìn)入中壓輪機(jī),使中壓輪機(jī)首先啟動(dòng)。未來,上述方法有望使聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)至少實(shí)現(xiàn)每分鐘3萬千瓦的功率提升速度。Schimid解釋道:“從根本上說,我們只需要少量閥門與管道以及大量軟件。使用該系統(tǒng)能夠非常輕松地改造電廠。”

    此外,電廠現(xiàn)代化改造對(duì)于快速發(fā)展的新興市場(chǎng),比如中國、印度與俄羅斯,也非常重要,因?yàn)檫@些國家的**代發(fā)電廠即將退役。Henkel認(rèn)為:“這對(duì)我們來說無疑是一個(gè)巨大商機(jī)?!痹S多公司不僅在逐步改造自身供應(yīng)的輪機(jī),而且還在改造其他公司生產(chǎn)的輪機(jī)。有時(shí),后者甚至被完全取代。這就是西門子在俄羅斯圣彼得堡附近的Kirishi電廠所做的事情。通過安裝兩臺(tái)新的27.9萬千瓦輪機(jī)和一套新的控制系統(tǒng),并對(duì)其蒸汽循環(huán)進(jìn)行升級(jí)改造,西門子讓該發(fā)電廠的總體效率從38%上升至55%。顯然,具備“短跑運(yùn)動(dòng)員”素質(zhì)的“馬拉松”發(fā)電廠在**都倍受青睞。


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