首先，新型工业燃气轮机的高功率输出和前所未有的热效率吸引了潜在客户的注意。现在最新一代的这些机器在联合循环燃气轮机(CCGT)电厂中表现出了在不同负荷下出色的操作灵活性，从而扩大了它们的应用范围。除了燃气轮机，现代CCGT发电厂还包括蒸汽轮机、发电机、热回收蒸汽发电机、无数的子系统和协调它们的控制系统。燃气轮机的精确控制是电厂优化运行的关键。

联合循环发电厂非常适合快速响应备用电力，以平衡由于可再生能源发电份额不断上升而导致的电网负荷大幅波动。影响风力发电的短时天气变化和太阳能发电的日间中断导致负荷波动，使电网难以保持平衡。CCGT工厂在这里提供帮助。

一段时间以来，打破60%的热效率壁垒一直是燃气轮机制造商的目标。主要供应商，如阿尔斯通，通用电气，三菱重工和西门子，提供的涡轮机“设计为60%以上的CC运行效率。”然而，据我们所知，西门子的h级SGT5-8000H机器是第一个在2011年5月在实际的CC电厂创造了578兆瓦(MW)输出的60.75%净热效率的独立验证记录(见参考文献1，在线)。2011年7月下旬，该涡轮机作为8000H CC电厂的一部分投入商业运行。

其他人的效率里程碑公告包括“总效率”，预期数字，或类似的限定词。据非官方统计，其他涡轮机制造商的效率都达到或超过了60%，这对客户和行业都是好事。

操作的灵活性

在某些工厂的运行模式下，即使是十分之一的效率提高也能转化为能源成本的节省，在不同负荷下灵活运行的能力(不一定是峰值效率)也变得很重要。

西门子始终如一地展示了8000H燃气轮机在基本、中间和峰值负荷范围内高效使用的灵活性。西门子能源GT电厂解决方案负责人Lothar Balling解释说，在联合循环模式下，稳定运行至100兆瓦，低于额定输出的20%，负载爬升率高达35兆瓦/分钟。

“现有的储能设施无法满足平衡电网电力波动的要求，目前的核电站或燃煤电厂只能在非常有限的程度上满足这一要求，”巴林说。“然而，具有快速循环能力的CCGT电厂可以迎接挑战。”

西门子能源部门首席执行官Michael Suess博士补充说:“8000H涡轮机的快速启动和下降时间得到了验证和一致。”他指出，这种新型燃气轮机还有一个进一步的选择。为该机组增加第二台燃气轮机可以使未来的电厂达到1100 - 1200兆瓦的输出。“通过这种方式，CCGT发电厂可以与使用其他能源的大型发电厂的产量相匹配，”Suess说。

至于60hz版本的h级涡轮机，西门子有信心达到与50hz设计相同的效率数字。西门子能源8000H涡轮项目总监Willibald Fischer表示，从50hz版本的基础上扩展，并受益于在漫长的开发和验证过程中获得的经验，仅剩下有限的工作来验证60hz模型。目前已有8台60hz机器的订单(参考文献2，在线)，部分设备正在组装，将于2012年交付。

阿尔斯通电力同样强调其CC发电厂技术的操作灵活性，认识到客户更多地需要在部分负荷下运行燃气轮机。阿尔斯通天然气业务高级副总裁Mark Coxon表示:“随着风能和太阳能等间歇性可再生能源技术的引入，电力市场正在发生变化。“联合循环发电厂预计将在从基本负荷到每日启停的广泛运行制度下运行，并迅速将缺失的(间歇性)电力输送到电网。”

阿尔斯通于2011年6月初宣布，“下一代”KA26联合循环发电厂集成了灵活性，使用了广泛升级的GT26 (50 Hz)燃气轮机。根据阿尔斯通的说法，新的KA26“旨在使CC运行效率达到61%以上”，并提供超过500兆瓦的输出。

Coxon继续说道:“高部分负载效率，而不仅仅是基本负载效率，以及功率输出的上升速度变得越来越重要。部分负载效率通常更为重要。他解释说，增强型KA26的效率几乎保持不变，直到满载的80%，它可以在20% CC负载下运行。

这种约100兆瓦输出的“停车模式”提供了一个快速响应备用，以预期负载上升。“新的KA26可以在不到15分钟的时间内从低负荷增加到超过350兆瓦。它可以在30分钟内启动，没有'终身惩罚'，也不需要额外的设备，”Coxon补充道。

GT26燃气轮机采用了两项技术——由阿尔斯通发明的设计特点——序列燃烧技术和多变量压气机导叶技术，以优化高效率、低停机和低排放的困难组合。此外，GT26具有两种在线切换控制模式，具有维护意义。阿尔斯通表示，性能优化模式使用更高的涡轮点火和排气温度来最大限度地提高功率输出，而寿命优化模式降低了点火/排气温度，允许延长30%的涡轮检查间隔。后一种模式只会导致较小的性能降低。

达到1700摄氏度

与此同时，2011年2月，三菱重工有限公司(MHI)开始在该公司的CC发电厂测试运行j系列(M501J)燃气轮机，以进行验证测试。据说提供“世界上最大的发电能力”，60赫兹的涡轮机在联合循环运行时输出功率为460兆瓦。三菱重工表示，经过两年多的商业化，j系列燃气轮机在测试运行中实现了超过60%的总热效率和1600℃的入口温度。

这一温度比该公司之前的g系列涡轮机高出100度，后者是累积运行时间超过70万小时的主力机器。展望未来，三菱正在开发入口温度更高的工业燃气轮机。三菱重工是正在进行的日本国家项目的一部分，该项目的目标是开发进气温度为1700℃的新型涡轮所需的“核心技术”。据该公司称，该项目的新技术正在j系列机器中采用。

提高涡轮入口温度的目标是明确的。它可以提高热效率，但也会使涡轮部件承受更高的热应力，并使材料选择和整体设计复杂化。因此，其他主要的涡轮机制造商设计的入口温度较低，一般低于1500摄氏度，第一批三菱重工的j系列涡轮机预计在2011年交付给一家日本电力公司。该公司表示，50赫兹燃气轮机(M701J)的开发也在进行中，预计将于2014年首次发货。

还是更高的效率?

毫无疑问，燃气轮机制造商将继续追求更高的热效率，但这是一个“唾手可得的果实”的例子。进一步的收益可能会更小，需要困难的材料和设计选择。

西门子能源公司的费舍尔说:“我们正在接近效率上限，但仍有一些可能性。”Fischer没有向竞争对手透露可能采取的措施，他提到，2015年西门子涡轮机的净效率可能超过61.5%。

对于三菱重工的进气温度为1700℃的涡轮项目，估计CC运行的效率范围为62%至65%。混合CC发电厂可以获得更大的收益(见下文)，因为它们改变了效率方程。GE能源公司最近宣布的FlexEfficiency 50联合循环电厂采用了另一款具有长期使用历史的升级燃气轮机50hz 9FB。通用电气认为CCGT电厂的“预期基本负荷效率超过61%”，额定输出510兆瓦。部分负载效率值也被认为是有利的，例如，在额定负载的40%时，效率为60%。据报道，FlexEfficiency可在冷启动1小时内(热启动28分钟)达到额定输出，并可提供50mw /min的斜坡速率。

通用电气能源公司发言人说，公司目前对燃气轮机的关注集中在f级机器上。早些时候，通用电气开发了h级涡轮机，目前在英国、日本和美国的CC发电厂运行(见参考文献3，在线)。

天然气+风能+太阳能的协同作用

关于使用CCGT发电厂来平衡和控制电网上的电流，填补风能和太阳能等可再生能源产生的间歇性电力，已经有很多说法了。然而，CC不仅可以平衡电网负载。现代CCGT技术可以为集成可再生能源的各种混合动力发电厂的设计提供基础，从而进一步提高整个发电厂的热效率。

2011年6月初，通用电气宣布了这一发展，当时其FlexEfficiency CCGT技术被土耳其项目开发商MetCap能源投资公司选中，用于在土耳其建造一个具有风能和太阳能的综合可再生能源联合循环(IRCC)发电厂。FlexEfficiency 50将用于集成CC电厂的所有元素，加上22兆瓦的GE能源风力涡轮机和50兆瓦的eSolar聚光太阳能热塔技术。

通用电气称，位于土耳其卡拉曼的IRCC电厂是世界上第一座，额定输出功率为530兆瓦，在现场条件下效率达到69%。最新版本的9FB涡轮位于电厂CC部分的核心。GE Mark VIe植物控制系统将集成和控制所有不同的植物元素。IRCC电厂计划于2015年投入商业运营。

eSolar是一家先进的聚光太阳能热塔技术提供商，将为IRCC电厂提供这部分设备。根据一项投资和许可协议，通用电气将把eSolar技术和软件整合到其IRCC和独立的太阳能热电厂中。

简单来说，eSolar的技术使用小的平面镜子、传感器和运动控制来精确跟踪太阳，将太阳热量集中到一个安装在塔上的接收器，在那里水会变成蒸汽。在IRCC电厂，太阳能产生的蒸汽供给CC电厂的蒸汽轮机，以产生额外的电力，而无需使用更多的天然气。

混合CCGT技术将需要对其适用性和经济意义进行彻底的具体评估。然而，高效燃气轮机的进一步发展可以刺激CC发电厂的增长，无论是传统的还是不断发展的混合品种。

弗兰克·j·巴托斯，体育，是控制工程c贡献内容专家。联络他的地址是braunbart@sbcglobal.net．

www.alstom.com/power/fossil

www.esolar.com

www.ge.com/energy

www.mhi.co.jp en

www.energy.siemens.com

相关阅读…

参考文献1 -西门子燃气轮机突破60%的效率壁垒

请点击这里。

参考文献2 -西门子60hz h级燃气轮机的第一订单

请点击这里。

参考文献3 -“先进技术:高效燃气轮机”

点击这里

-由Chris Vavra发布，控制工程，www.globalelove.com

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