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　　燃?xì)獍l(fā)電(gas power)是指利用天然氣產(chǎn)生電力。燃燒天然氣把水變成蒸汽，再用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)電，屬于一般的火力發(fā)電，其效率較低。天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電則是將天然氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，推?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，進(jìn)行一級(jí)發(fā)電，然后再利用燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫?zé)煔饧訜崴a(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，進(jìn)行二級(jí)發(fā)電。這就是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，效率較高。

　　由于燃燒天然氣熱效率高，排放的污染物又較其它燃料少，因此天然氣被認(rèn)為是最清潔的發(fā)電燃料。目前天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的技術(shù)已相當(dāng)成熟。已進(jìn)入商業(yè)運(yùn)作，且規(guī)模很大。

　　因此，燃?xì)獍l(fā)電站可以分為三種類型：

　?、?簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)(Simple cycle gas-turbine)

　　在簡單的循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)(cycle gas-turbine)，也稱為開式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)(open cycle gas-turbine，OCGT)中，熱氣驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)(gas turbine)發(fā)電。這種類型的發(fā)電廠建設(shè)成本相對(duì)較低，并且可以很快啟動(dòng)，但是由于效率較低，作為調(diào)峰發(fā)電廠最多每天只能運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)。

　?、?聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)(Combined cycle gas-turbine，CCGT)

　　CCGT電廠由使用布雷頓循環(huán)(Brayton cycle)的簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，然后是使用朗肯循環(huán)( Rankine cycle)的熱回收蒸汽發(fā)生器和蒸汽輪機(jī)組成。最常見的配置是支撐一臺(tái)蒸汽輪機(jī)的兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)。它們比簡單的循環(huán)電廠效率更高，效率可略高于60%，調(diào)度時(shí)間約為半小時(shí)。

　?、?往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(Reciprocating engine)

　　往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(Reciprocating internal combustion engines)的功率通常低于20MW，比其他類型的天然氣發(fā)電機(jī)小得多，通常用于應(yīng)急電源或平衡可變的可再生能源，例如風(fēng)能和太陽能。

　　燃?xì)廨啓C(jī)從 20 世紀(jì)50 年代登上發(fā)電工業(yè)舞臺(tái)以來，其發(fā)電效率和熱效率都有很大提高，特別是燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組日漸成熟，燃?xì)廨啓C(jī)的單機(jī)功率已超過334MW，熱效率已達(dá)35%～41.92%，而聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的單機(jī)功率已達(dá)489.3MW，熱效率已超過60%，為燃?xì)獍l(fā)電在電力系統(tǒng)中地位的提高提供了技術(shù)支撐。

　　發(fā)電效率(指原動(dòng)機(jī)輸出能源與輸入能源的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。)因發(fā)電方式不同而各有差異。一般的火力發(fā)電效率只有30%左右，熱電聯(lián)產(chǎn)可達(dá)65%～70%，而冷熱電三聯(lián)產(chǎn)可達(dá)80%以上。

發(fā)電效率圖示

　　燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)(Combined-Cycle Gas Turbine，CCGT)指將傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)進(jìn)行有效聯(lián)合的發(fā)電系統(tǒng)。其基本原理是首先用天然氣燃燒后產(chǎn)生的高溫氣體，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功，燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)進(jìn)行第一級(jí)發(fā)電;然后將燃?xì)廨啓C(jī)排出的、仍具有相當(dāng)高溫度的燃燒氣體送入余熱蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)進(jìn)行第二級(jí)發(fā)電。

燃?xì)廨啓C(jī)—蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電流程圖

　　燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(CCGT)通過組合燃?xì)夂驼羝h(huán)，可以實(shí)現(xiàn)高輸入溫度和低輸出溫度。循環(huán)的效率增加了，因?yàn)樗鼈冇上嗤娜剂显刺峁﹦?dòng)力。因此，聯(lián)合循環(huán)電廠的熱力循環(huán)在燃?xì)廨啓C(jī)的高燃燒溫度和蒸汽循環(huán)冷凝器的廢熱溫度之間運(yùn)行。這個(gè)大范圍意味著循環(huán)的卡諾效率高。實(shí)際效率雖然低于卡諾效率，但仍然高于任何一家工廠的實(shí)際效率。

　　如果將聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的電效率計(jì)算為所產(chǎn)生的電能占所消耗燃料的較低熱值的百分比，則在理想狀態(tài)下進(jìn)行新運(yùn)轉(zhuǎn)(即不老化)并連續(xù)輸出時(shí)，其電效率可以超過60%。與單循環(huán)熱單元一樣，聯(lián)合循環(huán)單元也可以為工業(yè)過程，區(qū)域供熱和其他用途提供低溫?zé)崮堋＿@稱為熱電聯(lián)產(chǎn)，這種發(fā)電廠通常稱為熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)發(fā)電廠。

　　通常，在較低的熱值和總產(chǎn)出的基礎(chǔ)上，服務(wù)的聯(lián)合循環(huán)效率超過50%。大多數(shù)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，特別是大型機(jī)組，在LHV的基礎(chǔ)上具有55%至59%的峰值穩(wěn)態(tài)效率。

　　燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率(CCGT Generating Efficiency)采用聯(lián)合循環(huán)發(fā)電充分利用了天然氣的高溫位能量，從而提高了天然氣的利用效率，增加了電力輸出。發(fā)電效率提高情況見下表。

發(fā)電效率(%)

　　利用聯(lián)合循環(huán)發(fā)電降低了燃煤發(fā)電比例，并減少環(huán)境污染。主要表現(xiàn)在：

　　⑴ 經(jīng)濟(jì)效益聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的單位裝機(jī)容量投資少，國際上約為燃煤電廠投資的2/3;燃?xì)怆姀S建設(shè)工期短，燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組設(shè)備重量輕，施工快，一般12～20個(gè)月即可投產(chǎn)。

　?、?燃?xì)廨啓C(jī)可以模塊化生產(chǎn)，易于組裝，安裝在需要電力的地方，可省去長輸高壓輸電線路;

　?、?天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的冷卻水用量僅為燃煤發(fā)電廠的40%，占地少;

　　⑷ 天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率可達(dá)55～60%，而燃煤發(fā)電廠只有42～44%;

　?、?擴(kuò)建裝置不需要因環(huán)保而追加新的投資;

　?、?同燃煤發(fā)電廠相比，污染物的排放量低。

全球一次能源發(fā)電狀況

　　全球一次能源發(fā)電一直以燃煤發(fā)電為主，其原因是成本價(jià)格低廉，原油及其產(chǎn)品顯然用處廣泛，燃油發(fā)電一直比燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電低，而且呈降低趨勢。燃?xì)獍l(fā)電卻呈現(xiàn)上升勢態(tài)。

2016—2019年一次能源發(fā)電(單位：TWh )