我国产业现状与未来.ppt

1 我国燃气轮机联合循环发电产业的现状与未来 2 一 我国能源结构及电力工业发展方向二 GTCC在我国电力工业中的重要地位三 GTCC是当代最先进的商业化火力发电技术四 当代重型燃机的技术性能与国内外发展趋势五 燃气轮机是21世纪洁净高效能源系统的核心动力设备 内容 3 一 我国能源结构及未来电力工业发展方向 4 我国的能源结构是以煤炭为主 油气资源匮乏 油气人均剩余可采储量仅为世界平均水平的6 石油年产量仅能维持在2亿吨左右 石油对外依存度从本世纪初的26 上升至2012年的57 常规天然气新增产量仅能满足新增需求的30 左右 2012年天然气对外依存度28 9 1我国的能源状况及电力发展状况 5 中国能源结构的变化趋势 1995年结构 2009年结构 预计到十二五末期 煤的比重下降到65 天然气占一次能源消费比重提高到7 5 6 以煤为主能源结构导致严重环境污染问题 7 2008年世界各国的CO2排放量 8 GW 我国电力总装机容量和发电量均为世界第二增长速度世界第一 我国电力工业的发展 9 到2012年底 全国电力装机达到11 4亿千瓦 这标志着我国已经成为世界第一能源生产大国火电 8 18亿kW 全国可再生能源发电装机达到3 13亿千瓦 同比提高11 22 占总装机容量的比例较上年同期增加0 85个百分点 其中水电装机2 489亿千瓦 同比增长6 8 风电 并网 6083万千瓦 同比增长31 6 太阳能发电 并网 328万千瓦 同比增长47 8 核电 1250万kW 10 2004年我国人均装机0 35kW 人均发电量1500kWh 为世界平均水平的60 发达国家的1 6 1 8 kWh 人 2010年达到0 71kW 美国人均3kW 11 未来电力可持续发展方向 高效 高效率 高效益 高有效性 绿色 洁净化 三废 资源化 与环境友好 节约 节水源 节能源 节资源 节土地 可靠 高安全性 高灵活性 高电能质 可柔性 方便灵活 个性化 管理现代 信息化 数字化 网络化 12 到2020年电源发展的蓝图 13 2020年我国发电总装机将达到14 15亿kW 未来9年内平均每年新增4500万千瓦 GW 14 电源可持续发展思路 十一五 规划电力发展方针 坚持节约优先 煤为基础 多元发展 深化体制改革 加强电网建设 有序开发水电 优化发展煤电 积极发展核电 适度发展天然气发电 大力发展风电等可再生能源 加快开发生物质能等发电 积极开发利用太阳能 地热和海洋能 重视生态环境保护 提高能源利用效率 十二五 电力工业发展规划研究中 按照安全 经济 绿色 和谐的规划原则 提出了优先开发水电 优化发展煤电 大力发展核电 积极推进新能源发电 适度发展天然气集中发电 因地制宜发展分布式发电的方针 另一说法 积极开发水电 优先发展煤电 安全高效发展核电 积极推进风电等新能源发电的原则方针不会变动 15 高效 绿色发电技术 以煤气化为核心 以发电为核心 16 二 燃气轮机联合循环 GTCC 在我国电力工业中的重要地位 17 我国GTCC 燃气蒸汽联合循环 发展的展望 电力工业将持续发展并增加GTCC比重 2000年我国GTCC装机容量约700万kW 占装机容量2 我国计划到2010和2020年新增GTCC到2000和8600万kW 占装机容量3 4和6 7 需天然气约200和500亿m3 年 占全国天然气用量20和25 电力工业为提高效率 优化电源结构和减少环境污染 增加调峰能力 机组增容 在东南沿海及 西气东输 沿线因地制宜地发展GTCC发电 必须燃用油 气等优质燃料 IGCC发电技术将突破上述限制 18 我国电力工业的结构 今天和明天 19 燃气轮机发电是我国第三大发电方式2020年将达到8600万千瓦 20 目前我国在运和在建的燃气轮机联合循环电站在运 E级及以下中小型机组110套 800万千瓦在建E级中型机组40套720万千瓦在建F级大型机组41套1640万千瓦共计3160万千瓦已进行三次打捆招标 在运 在建 筹建共约3000万千瓦 21 22 我国在运和在建的燃气轮机联合循环电站分布约4 5集中在 珠江三角洲 深圳 广东长江三角洲 上海 江苏 浙江东部及沿海 北京 福建 山东其余在 沿天然气管线 甘肃 河南 陕西 内蒙等 23 三次打捆招标55台 2040万千瓦 燃气轮机联合循环电站分布 广东13 福建10 浙江7 江苏9 上海4 河南4 四川2 北京2 青海2 甘肃2 24 25 2020年我国天然气产量将达到2000亿立方米 年 40 进口 天然气管线将达到5万公里建设 规划LNG接收站 3000万吨 年 中亚 俄罗斯 澳大利亚 印尼 中东 美洲 26 27 为确保LNG进口我国开始制造LNG运输船 28 LNG船长二百九十二米 宽四十三点三五米 型深二十六点二五米 29 我国燃气轮机联合循环发电设备国产化进展迅速前几年完成两次打捆招标贯彻落实发改委 以市场换技术 实现本地化制造 的原则 取得了重大成果 30 完成45套F E级GTCC设备招标 1640万千瓦 成功引进GE MHI Siemens当代先进制造技术并向中方转让 哈汽 东汽 上汽 南汽本地化进程顺利我国GTCC产业在基本停滞二十多年后进入了新的发展时期 31 哈电秦皇岛基地已出厂10台9FA燃气轮机首台出厂2004年7月30日 吴邦国委员长剪彩 32 我国首套109FA燃气轮机联合循环发电系统 杭州半山电厂 2005年5月19日点火成功 33 东汽德阳基地首台M701F燃气轮机2005年6月1日完成厂内试车 34 东汽德阳基地首台M701F燃气轮机转子 35 燃气轮机联合发电产业发展的基本条件 电力工业市场需求 稳定 充足的燃料 天然气 供应 燃气轮机联合循环发电设备的国产化 36 三 燃气轮机联合循环 GTCC 是当代最先进的商业化火力发电技术 37 燃气轮机三大部件 空气 燃料 压气机 透平 燃烧室 发电机 燃气 高效率 低污染特点1 区别于活塞式内燃机活塞式内燃机在一个缸体内进行各热力过程燃气轮机在不同设备中进行 易于采用先进的集成技术2 区别于火电厂汽轮机多为内燃方式 初温高高温加热 高温放热 理想简单燃机循环过程 简单燃气轮机理想循环 布雷顿 Brayton 1 绝热等熵压缩1 22 定压吸热2 33 绝热等熵膨胀3 44 定压放热4 1 1压比 定义 压气机压缩过程前后的滞止压力之比 无因次量 压比大小表明压缩的程度 表明压气机性能的优劣 压气机将不断向大压比 大流量 高效率方向发展 依赖于气动热力学及流体力学的发展 2 温比 定义 循环最高滞止温度T3 与最低滞止温度T1 之比 无因次量 决定燃机循环性能的主要参数之一 温比的提高主要依靠耐热材料及冷却技术的发展 41 燃气轮机应用领域广泛 军用和民用飞机发动机 喷气发动机 轻型舰艇用燃气轮机 轻型发电用燃气轮机 重型工业驱动 泵 压缩机 鼓风机 用燃气轮机 轻型坦克等车辆用燃气轮机 轻型小型燃气轮机 轻型 用于分布式发电和冷热电联供微型燃气轮机 特轻型 钮扣 特殊用途燃气轮机单循环热效率可达到40 是非常重要的军用和民用发动机 对国防建设和国民经济有战略意义 42 地面用燃气轮机主要部件 空气 油 气 排气 43 燃气轮机简单循环 Brayton 循环热效率 40 工质 空气 燃气燃料 油 气主要部件 燃气轮机 蒸汽轮机单循环 ankine 循环热效率 44 水 水蒸汽煤 或其它燃料 锅炉 蒸汽透平 汽轮机 油 气 Q Q 煤 Q 44 燃气 蒸汽联合循环基本概念 工质 空气 燃气 水 水蒸汽燃料 油 气主要部件 燃气轮机 余热锅炉 汽轮机 燃气轮机排气加热汽轮机所需蒸汽温度对口梯级利用联合循环热效率可达60 目前和相当长时间内在所有发电系统中最高 Q 燃气轮机循环 汽轮机循环 45 燃料发热量100 余热锅炉烟气损失8 6 汽轮机凝汽损失34 厂用电0 8 机械损失及其它1 转变为电能55 6 典型GTCC能流图1SV94 3A 46 典型GTCC热力系统图 47 典型GTCC电站 48 GTCC发电技术的优点 热效率高 已实现58 即将达到60 洁净 无尘 SO2 0 NOX 10 25ppm燃机运行中基本不耗水单位千瓦造价为燃煤电站2 3以下 3500元 千瓦 单位千瓦占地面积为燃煤电站1 3以下起动迅速 GT满负荷 10分钟 运行灵活 适于基荷与调峰 必须燃用油 气等优质燃料新一代联合循环发电技术 整体煤气化 多联产 已突破上述限制用煤作燃料 49 四 当代重型燃机的技术性能与国内外发展趋势 50 过去50年中世界重型GT技术持续发展水平不断提高 1950 s2000 s透平工作温度 800 1430 压气机压缩比6 8 30单机功率 10MW 340MWNOX 10ppmGT单循环效率 20 38 40 GTCC效率58 60 51 世界重型燃机的典型成熟产品 以GE为代表 小型 6B 中型 9E 大型 9F 燃机 联合循环功率 MW 36 54123 185255 383透平工作温度 112011401327压气机压缩比1212 315 4GT单循环效率32 33 8 36 9 GTCC效率 49 52 58 52 世界大中型燃气轮机典型产品的性能参数 53 表2各燃机厂商在世界燃气轮机市场所占份额 54 燃气轮机发展的主要关键技术与途径 1 系统设计优化和成套技术 2 高性能压气机与透平 3 先进的高温部件的冷却技术 4 高效低污染燃烧技术 5 长寿命主机结构与先进制造技术 6 新的材料和隔热涂层等 55 耐热材料和冷却技术的发展早期初温只有600 700 后每年上升10 60年代依靠空气冷却技术上升20 目前H级燃气轮机依靠蒸汽冷却技术初温达到1430 简单循环效率达到36 38 联合循环效率达到55 58 56 代表性大型燃机之一GEPG9351 FA 效率36 9 GT 56 7 GTCC Since1996 GT出力255 6MW透平入口温度1327 压比15 4 57 代表性大型燃机之二SiemensV94 3A GT出力265MW透平入口温度 1350 压比17效率38 5 GT 57 3 GTCC Since1995 58 SiemensV94 3A 50Hz 燃气轮机转子照片 59 SiemensV94 3A 50Hz 燃气轮机总装后整体发运 60 代表性大型燃机之三MitsubishiM701F GT出力270MW透平入口温度1350 压比17 效率38 2 GT 57 3 GTCC Since1992 61 新一代重型燃机GE9H MitsubishiM501H GT出力320 340MW透平入口温度1430 1450 压比21 23效率40 GT 60 GTCC 闭式循环蒸汽冷却叶片Since2002 62 燃气轮机技术发展趋势与前景 1 不断向高参数 高性能 大型化方向发展单机联合循环最大功率480MW 2 重视系统集成与总能系统广泛应用联合循环的重要性 3 积极采用新技术 新材料 新工艺高温合金 冷却技术 气动热力设计低污染 DryLowNOx 燃烧技术 63 4 燃料能源多元化和燃煤联合循环商业化煤气 焦炉煤气 生物质等 5 积极开拓新型热力循环与总能系统卡林那循环 Kalina 整体煤气化燃料电池联合循环等 64 先进燃气轮机技术作为许多国家科技优先发展重点 1 美国的先进透平动力系统计划 ATS 2 美国与欧洲联合执行的先进燃气轮机合作计划 CAGT 3 日本的 新日光计划 国家项目 4 俄罗斯的大型燃气轮机发展计划 5 我国正积极发展燃气轮机产业 65 我国燃气轮机发展简况 1 建国初期 燃机研制有相当基础 先后制造国数十种型号燃机 功率等级30kW 42MW 2 地面燃机发展两条途径 走航改型路线WJ5WJ6WP6等 汽轮机厂通过国际合作或自行研制途径南汽与GE合作生产MS6000系列机组 3 后来 煤压油 发电设备只准烧煤 的政策制约燃气轮机的发展 落后发达国家二十年 4 上世纪90年代 随着油气资源比例的上升 环保要求的日趋严格 燃气轮机迎来了大发展的时机 我国R0110重型燃气轮机设计与研制项目于2002年10月正式立项 经过10年努力 已经取得突破性进展 R0110预期输出功率114 5MW 2012年12月15日 R0110重型燃机在中海油深圳电力有限公司顺利完成连续72小时带负荷试验运行考核 这表明我国完全有能力研发具有自主产权的重型燃气轮机 67 五 燃气轮机是21世纪洁净高效能源系统的核心动力设备 68 燃气轮机 21世纪洁净煤发电技术核心设备 如 整体煤气化联合循环 IGCC 整体煤气化联合循环 IGCC 发电系统简图 69 IGCC系统的特点 1 高效率 且具有提高效率的最大潜力 2 煤洁净转化与非直接燃煤技术使它有极好环保性能 3 耗水量少 比常规汽轮机电站少30 50 4 易大型化 单机功率可达到300 600MW以上 5 能够利用多种先进技术使之不断完善 6 能充分综合利用煤炭资源 适用煤种广 能和煤化工结合成多联产系统 70 21世纪洁净高效能源系统之一 煤气化多联产系统基本原理与流程 煤气化生成中低热值煤气 合成气Syngas 部分煤气用于制造甲醇 二甲醚等化工产品 部分煤气用于燃气轮机联合循环发电多联产技术是