首先，此類新型工業(yè)燃氣
渦輪機是具有高功率輸出和史無前例的熱效率，這引起了潛在用戶的關(guān)注?，F(xiàn)在，此種設(shè)備的最新產(chǎn)品證明了其在聯(lián)合循環(huán)
燃氣輪機（CCGT）發(fā)
電廠中，能夠在可變負荷下靈活地作業(yè)，進而拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。除了燃氣輪機，一個現(xiàn)代的CCGT發(fā)電廠還包括
汽輪機，
發(fā)電機，熱回收蒸汽發(fā)生器，許多子系統(tǒng)，以及用來整合上述系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。燃氣輪機的精確控制是優(yōu)化工廠作業(yè)的關(guān)鍵。
聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠非常適合作為快速響應(yīng)的儲備電能來源，用以平衡由于越來越多的可再生能源發(fā)電所帶來的巨大的電網(wǎng)負荷波動。短時的氣候變化會影響
風(fēng)力發(fā)電，
太陽能只在白天產(chǎn)生，這些都會造成負荷波動，很難維持電網(wǎng)平衡，而CCGT可以幫助解決這一問題。
突破60%熱效率門檻長久以來一直是燃氣輪機生產(chǎn)廠商的目標(biāo)。主要的供應(yīng)商，例如Alstom、GE、Mitsubishi Heavy Industries和Siemens公司都能提供“在聯(lián)合循環(huán)應(yīng)用中具有60%效率”的渦輪機。然而，其中只有Siemens公司的H級別SGT5-8000H設(shè)備才是第一臺能夠獨立達到60.75%凈熱效率的設(shè)備，在2011年5月聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠實際應(yīng)用中的輸出功率達到了578MW，并在當(dāng)年7月，成為該聯(lián)合循環(huán)電廠一部分被投入商業(yè)運營。
Siemens公司50Hz的 H級燃氣輪機于2011年7月底在德國E.ON公司的Irsching 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠實現(xiàn)了商業(yè)運營。此臺渦輪機的輸出功率為578MW，5月份官方記錄的熱效率為60%。圖片來源：Siemens Energy公司。 其他廠商宣布的效率里程碑還包括“總效率”、預(yù)期數(shù)量或者類似的指標(biāo)。雖未官方發(fā)布，但是其他渦輪機廠商都達到或者超過了60%效率——這對于用戶和行業(yè)都是一個好消息。
作業(yè)靈活性
對于某些工廠的作業(yè)模式來說，哪怕0.1個百分點的效率提升都意味著能源的節(jié)省，能夠適應(yīng)可變復(fù)雜的靈活作業(yè)能力（即使不是時刻處于峰值效率），也變得很重要。
Siemens公司已經(jīng)證明了其8000H燃氣輪機的作業(yè)靈活性能夠有效地適應(yīng)基本、中等和高峰負荷工作區(qū)間。Siemens Energy公司燃氣輪機發(fā)電廠工廠解決方案組負責(zé)人Lothar Balling解釋道，低至100MW的穩(wěn)定應(yīng)用已經(jīng)被投入聯(lián)合循環(huán)作業(yè)中，此種作業(yè)具有20%的額定輸出，負載變化率為每分35MW。
“現(xiàn)有能源存儲設(shè)備無法滿足對于平衡電網(wǎng)波動的要求，而當(dāng)今的核電廠或者火電廠也能力有限?！?Balling說道，“然而，CCGT電廠的快速循環(huán)能力能滿足這一挑戰(zhàn)?！?br> Siemens Energy公司的CEO Michael Suess補充道：“8000H的快速啟動和減速能力已經(jīng)被證實并且始終穩(wěn)定?！彼赋隽诉@種新型燃氣輪機的一種未來選擇。未來工廠安裝2臺這種燃氣輪機就能夠達到1100~1200MW的輸出。Suess陳述道：“這樣一來，CCGT發(fā)電廠就能夠達到使用其他能源的大型發(fā)電廠的輸出功率等級?！?br> 對于60Hz版本的H級渦輪機，Siemens公司很有信心能夠達到與50Hz一樣的效率。據(jù)Siemens Energy公司8000H渦輪機的項目負責(zé)人Willibald Fischer稱，60Hz版本來自于50Hz版本，經(jīng)過了漫長的發(fā)展和改進，只需再前進一步，就能完成60Hz版本渦輪機。已經(jīng)拿到了8臺60Hz設(shè)備的訂單，其中一部分預(yù)計在2012年發(fā)貨。
越來越多的客戶要求他們的燃氣輪機工作于部分負載狀態(tài)下，所以Alstom Power公司同樣很重視其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠技術(shù)的作業(yè)靈活性。Alstom公司燃氣事業(yè)部的高級副總裁Mark Coxon說道：“由于間歇式可再生能源技術(shù)的介入，例如風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電，能源市場正在經(jīng)歷著變革。人們期望聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠能夠適應(yīng)廣泛的作業(yè)條件，從基礎(chǔ)負載到每日開機停機，并且能夠快速地為電網(wǎng)填補電能缺口（間歇式）。”
于2011年6月上旬發(fā)布的Alstom公司“下一代”KA26聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠采用了全面升級的GT26(50Hz)燃氣輪機以獲得作業(yè)靈活性。據(jù)Alstom公司稱，新型KA26“在聯(lián)合循環(huán)作業(yè)領(lǐng)域能夠達到超過61%的效率”，并提供超過500MW的輸出。
Coxon繼續(xù)道：“不僅僅是基礎(chǔ)負載效率，更高的部分負載效率變得越來越重要，功率輸出的提升時間也是如此。”部分負載效率通常都更加重要，他解釋道，改進型KA26的效率在全負荷工作條件下下限為恒定80%，但是它也可以在20%聯(lián)合循環(huán)負荷下工作。這種“停機模式”具有100MW左右的輸出，能夠?qū)︻A(yù)期的負荷提升提供快速的待機響應(yīng)。Coxon補充道：“新型KA26可以在15分鐘內(nèi)從低負荷爬升至350MW輸出，它還可以在30分鐘內(nèi)完成啟動，不會影響使用壽命，也不需要額外設(shè)備輔助?！?br>
最新升級的GT26燃氣輪機在Alstom公司位于瑞士的實驗工廠和其客戶位于西班牙的KA26聯(lián)合循環(huán)電廠中獲得了廣泛地驗證。圖片來源：Alstom Power公司。 GT26燃氣輪機采用了兩種技術(shù)——順序燃燒，和多變量壓縮機入口導(dǎo)葉——以優(yōu)化高效率和工廠低排放兩者之間的艱難結(jié)合。而且，GT26具有兩種在線可調(diào)控制模式（包含維護說明）。性能優(yōu)化模式采用更高等級的渦輪機燃燒溫度和排氣溫度，以獲得最大化功率輸出。而壽命優(yōu)化模式降低了燃燒/排氣溫度，使渦輪機間隔時間增加30%，而后者的性能降低也很少。
目標(biāo)1700℃
2011年2月份，Mitsubishi Heavy Industries(MHI)公司開始在其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中試運行J系列（M501J）燃氣輪機。據(jù)稱此設(shè)備能夠提供“世界上最大裝機容量”，60Hz的渦輪機在聯(lián)合循環(huán)應(yīng)用中具有460MW的功率輸出。據(jù)MHI稱，經(jīng)過了2年的商業(yè)化探索，J系列燃氣輪機試運行階段獲得了超過60%的總熱效率和1600℃的進氣溫度。
此溫度比公司上一代具有70萬小時累積作業(yè)時間的重型G系列渦輪機高出100度。
放眼未來，MHI公司還在開發(fā)具有更高進氣溫度的工業(yè)燃氣輪機。MHI參與了一項日本國家項目，旨在開發(fā)具有1700℃進氣溫度的新型渦輪機。據(jù)公司稱，由此項目衍生出來的新技術(shù)被應(yīng)用于其J系列產(chǎn)品中。
獲得更高的進氣溫度的目的是很明顯的，它能支撐熱效率的提升，但是它也使渦輪機零部件經(jīng)受了更高的熱應(yīng)力，并需在整體設(shè)計時做復(fù)雜的材料選取。因此，其他主要的渦輪機廠商都使用更低的進氣溫度，通常都在1500℃以下。
該公司稱， J系列渦輪機的首次發(fā)貨已于2011年送抵一家日本發(fā)電公司。50Hz的燃氣輪機（M701J）的開發(fā)也在進行當(dāng)中，將于2014年首次發(fā)貨。
更高的效率？
燃氣輪機生產(chǎn)廠商毫無疑問將會繼續(xù)尋求更高的熱效率，但情況是“低處的果實已然被采光”，進一步的提升也貌似雞肋，因為需要在材料選擇和設(shè)計上付出艱苦卓絕的努力。
Siemens Energy公司的Fischer說道：“我們正在觸及效率的天花板，但希望渺茫言之尚早。”不欲向競爭者透露其發(fā)展步伐，F(xiàn)ischer僅僅提到在2015年Siemens渦輪機的凈熱效率將會超過61.5%。
對于MHI公司具有1700℃進氣溫度的渦輪機項目，預(yù)計在聯(lián)合循環(huán)作業(yè)中能夠達到62%-65%的效率?；旌下?lián)合循環(huán)發(fā)電廠還能獲得更高的效率，因為其改變了效率等式。
eSolar公司的太陽跟蹤控制系統(tǒng)對日光反射器（運動的鏡面）的性能進行校準(zhǔn)和監(jiān)控。使用GE公司FlexEfficiency 50聯(lián)合循環(huán)技術(shù)和GE Energy公司的22MW風(fēng)力渦輪機，可以幫助綜合可再生能源聯(lián)合循環(huán)（IRCC）發(fā)電廠的50MW太陽能蒸汽發(fā)生器的熱效率提升至69%。圖片來源：eSolar公司。 GE Energy公司50Hz的9FB是一種具有很長運行時間的升級性燃氣輪機，它是該公司最新公布的FlexEfficiency 50聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的一大特色。GE公司CCGT發(fā)電廠的“預(yù)期基礎(chǔ)負荷效率超過61%，”額定輸出功率為510MW。部分負荷效率據(jù)稱也非常有吸引力，例如40%額定負荷下的效率能夠達到60%。據(jù)悉，F(xiàn)lexEfficiency冷啟動1小時候就可以達到額定輸出（熱啟動28分鐘后達到額定輸出），爬升速率達到每分鐘50MW。
GE Energy公司目前聚焦于F級燃氣輪機，GE公司早先開發(fā)的H級渦輪機目前運行于英國、日本和美國的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠內(nèi)。
燃氣+風(fēng)力+太陽能協(xié)同作業(yè)
關(guān)于CCGT發(fā)電廠能夠平衡并控制電網(wǎng)上的電能流動，填補由風(fēng)能和太陽能等可再生能源帶來的間歇性能源缺口的討論已經(jīng)夠多了。聯(lián)合循環(huán)能做的不僅僅是平衡電網(wǎng)負荷，現(xiàn)代CCGT技術(shù)能夠提供包含可再生能源在內(nèi)的混合電廠設(shè)計，進一步提高了整個電廠的熱效率。
GE公司于2011年6月上旬公布了此項進展，其FlexEfficiency CCGT技術(shù)已經(jīng)被土耳其的項目開發(fā)商MetCap Energy Investments公司選中，用于土耳其的風(fēng)力和太陽能綜合可再生能源聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中。FlexEfficiency50將會應(yīng)用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠內(nèi)的所有組件，此項目還使用了GE Energy公司的22MW風(fēng)力渦輪機和eSolar公司50MW的集中太陽能熱塔技術(shù)。
位于土耳其Karaman的IRCC機組，據(jù)GE公司稱是世界上第一臺在現(xiàn)場作業(yè)條件下能夠獲得530MW和69%效率的發(fā)電機組，其聯(lián)合循環(huán)部分包含最新版本的9FB渦輪機。GE公司的Mark VIe控制系統(tǒng)將會整合并控制所有的工廠組件，預(yù)計2015年進入商業(yè)運營階段。
eSolar是一家先進的集中式太陽能熱塔技術(shù)供應(yīng)商，IRCC發(fā)電廠中有部分技術(shù)就是源自eSolar公司。在獲得了投資和專利使用授權(quán)之后，GE公司將會把eSolar公司的技術(shù)和軟件整合到他的IRCC發(fā)電廠和獨立的太陽能熱電廠中。
eSolar技術(shù)使用小型的平面鏡體、傳感器和用來精確跟蹤日光的運動控制器，將太陽能集中到塔式接收器上，用來將水轉(zhuǎn)化成蒸汽。在IRCC發(fā)電廠中，由太陽能產(chǎn)生的蒸汽可供給聯(lián)合循環(huán)電廠的蒸汽輪機從而產(chǎn)生額外的能量，無需使用更多的天然氣。
混合CCGT技術(shù)需要對現(xiàn)場進行全面的專門評估，以判別其適用性和經(jīng)濟性。然而，高效燃氣輪機的進一步發(fā)展將會促進聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的發(fā)展，不管在傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域還是混合發(fā)電領(lǐng)域。
標(biāo)簽:電廠,
發(fā)電機,
風(fēng)力發(fā)電,
汽輪機,
燃氣輪機,
太陽能,
渦輪機,
