天然氣發(fā)電的特點及發(fā)展前景

摘 要：天然氣是清潔能源，不僅可以用來發(fā)電，還可以有效夠改善空氣污染，減少碳、硫等排放。本文將介紹世界能源結構與發(fā)展、天然氣發(fā)電的現(xiàn)狀及特點、以及我國的天然氣發(fā)電，并對其發(fā)展進行了研究，提出了相應觀點。

關鍵詞：天然氣發(fā)電； 燃氣輪機； 環(huán)保

1 概述

長期以來，我國的能源發(fā)電結構都是以煤炭為主，但是煤電的二氧化硫、氮氧化物等排放污染以成為環(huán)境保護的主要問題。而且隨著物質生活水平的不斷提高，人們對環(huán)境質量的要求也越來越高。因此采用有效清潔的能源逐步代替部分燃煤，減少各類污染排放，成為我國能源調整和可持續(xù)發(fā)展的未來趨勢。

2世界能源結構的變化與發(fā)展

自19世紀70年代工業(yè)革命以來，化石燃料的消費急劇增長。初期主要是以煤炭為主，但是到20世紀以后，石油與天然氣消耗持續(xù)上升。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，石油在20世紀60年代首次超過煤炭。其后經過兩次世界石油危機后，石油和煤炭所占比例緩慢下降，天然氣比例開始上升。到21世紀初，化石能源仍是世界的主要能源，約占世界一次能源供應中的87.7%，這其中石油占37.3%、煤炭26.5%、天然氣占23.9%。此外，核能、風能、水力、太陽能、地熱等新能源雖然逐漸被開發(fā)，但是仍然占較低的比例，約為12.3%。近年來，天然氣消費量逐步增加。在很多發(fā)達國家，天燃氣發(fā)電已經成為主力發(fā)電，漸漸取代了燃煤發(fā)電。相較發(fā)達國家，我國天然氣利用率較低。我國天然氣在一次能源中的比例較低，與發(fā)達國家相比有著巨大差距。為了減少環(huán)境污染，能源結構低碳化得到廣大支持，天然氣也得到了快速發(fā)展，在我國能源結構比重逐年增加。

3燃氣輪機的結構和特點

3.1燃氣輪機的結構

燃氣輪機是一種以天然氣為工質、內燃、連續(xù)回轉的葉輪式熱能動力機械。主要由壓氣機、燃燒室、透平三大部件構成。其熱力循環(huán)主要由四個過程組成，即壓氣機中的空氣壓縮過程、燃燒室中的燃燒過程、透平中的膨脹做功過程以及排氣系統(tǒng)中的自然放熱。燃燒方式為內燃，所以設備簡單，啟動和加載時間短，建設電廠金屬消耗量、廠房占地面積與安裝周期都成倍減少。但是由于內燃溫度較高，對高溫部件材料的耐熱要求高。

3.2燃氣輪機發(fā)電的特點

燃氣輪機與一般的燃煤火電機組相比，顯著特點就是啟停速度快，加減負荷迅速。因此更適合用于電網調峰調頻，可以減少電網負荷波動，提高電能質量。此外，也用于黑啟動電源點配置。在很多國家，都曾發(fā)生過電網大規(guī)模停電事故，這時候就需要在一定范圍的電網內配備黑啟動電源點。而燃氣輪機具有快速啟動的特點，因此非常適合作為黑啟動電源點。一旦發(fā)生大規(guī)模電網停電，能夠使電網在很短時間內恢復供電。發(fā)電用燃氣輪機與常規(guī)火電相比，還具有以下優(yōu)點。供電效率遠超過燃煤的蒸汽輪機電站。建設周期短。比投資費用比燃煤電廠低很多。運行自動化程度高，可以晝開夜停。由于采用天然氣清潔能源，污染排放少。

4.燃氣輪機的分類

4.1 簡單循環(huán)

由燃氣輪機和發(fā)電機獨立組成的循環(huán)系統(tǒng)成為簡單循環(huán)，也叫開式循環(huán)燃燒產生的高溫排汽直接排入大氣，不進行任何利用。其類似于工業(yè)動力系統(tǒng)中飛機發(fā)動機。其優(yōu)點就是裝機快、啟停靈活，多用于電網緊急調峰、黑啟動。其缺點就是效率很低。

4.2燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)

其特點就是在燃氣輪機簡單循環(huán)基礎上，利用燃氣輪機高溫排汽的余熱在余熱鍋爐中將水加熱變成高溫、高壓的過熱蒸汽，再將蒸汽引人汽輪機沖轉膨脹做功。這種情況下，由于利用了排汽，其效率也大大提高。燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)和常規(guī)的燃煤蒸汽輪機和燃氣輪機簡單循環(huán)發(fā)電相比，發(fā)電技術有巨大的優(yōu)點。其一熱利用效率高，比常規(guī)機組高15%-18%。其二污染低。主要有害物質SO2、NOx以及粉塵排放都比常規(guī)燃煤機組低很多。其三耗水量，由于燃氣輪機不需要大量的冷卻水，所以其耗水量一般僅為常規(guī)燃煤機組的50%—80%。

5我國天燃氣發(fā)電前景

5.1我國天然氣發(fā)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國天然氣發(fā)電機組主要分布在長三角（占比約 32%）、東南沿海（約占 34%）等經濟發(fā)達省市。其他地區(qū)也有少量自備燃氣電廠如 ：京津地區(qū)（約占 23%）。

目前中國天然氣發(fā)電成本較高。中國天然氣39%需要進口，而且進口天然氣中58%需要海上進口LNG。由于天然氣價格影響，天然氣發(fā)電企業(yè)盈利微薄。而與此相比，燃煤發(fā)電成本較低。尤其是隨著 2012 年以來煤價持續(xù)降低。并且中國的天然氣優(yōu)先是滿足民用需求，其次考慮工業(yè)發(fā)電。燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)已經成為世界電力工業(yè)的重要組成部分。但中國在這方面起步比較晚，燃氣輪機基礎技術較弱，核心部件技術較多為外國掌控，技術薄弱導致我國燃機設備故障頻繁，浪費大量的時間與維護經費，進一步導致經濟性差。

5.2我國天然氣來源與發(fā)展

我國天然氣發(fā)電技術想要發(fā)展，首先必須需要充足的天然氣來源作為保障。

2000 年至今我國天然氣儲量年均增長 5.9%，產量年均增長 12%（2013年以后保持在 8% 左右）。 與此同時天然氣需求量也急速增長，導致天然氣進口額快速增長。目前，我國天然氣資源的供應主要有四個渠道。1、我國西北地區(qū)天然氣資源很豐富，通過西氣東輸向東部地區(qū)供氣。2、由沿海一帶開發(fā)的油氣田向東部地區(qū)供應天然氣。3、以管道的形式，從俄羅斯、哈薩克斯坦等國家地區(qū)進口。4、從海外進口液化天然氣（LNG）。

俄羅斯是全球天然氣儲量第一大國，其次為伊朗、卡塔爾。我國天然氣儲量為居世界第14位，與世界前三位儲量上有很大差距。從數(shù)據(jù)上看我國天然氣儲量雖然有限，但是目前隨著中國“一帶一路”的戰(zhàn)略發(fā)展，加強了中國與俄羅斯、伊朗等天然氣大國的緊密聯(lián)系，天然氣也將便快捷地進入中國。

此外，中國的“頁巖氣”儲量豐富。據(jù)統(tǒng)計，目前已經探測的深埋小于2000米的頁巖氣資源量為36.81萬億立方米，居世界第三位。頁巖氣資源潛力巨大，前景廣闊。2010年國家能源局成立了首個頁巖氣研發(fā)實驗中心，以進一步推動頁巖氣資源開發(fā)工作。中國首個頁巖氣田，位于重慶市東部。隨著中國頁巖氣開采技術的發(fā)展，中國的天然氣產量也會一步步提高。

5.3我國天然氣發(fā)電行業(yè)前景展望

近幾年，霧霾天氣越來越嚴重，尤其是北方冬天供暖供熱時候。而人們對環(huán)境保護要求越來越高，天然氣發(fā)電剛好可以滿足人們對環(huán)保的需求。我國經濟發(fā)展初期，煤炭化石能源是我國使用的主要能源，嚴重的污染了環(huán)境。國家也意識到問題的嚴重性，國務院印發(fā)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）》提出，到2020年，煤炭消費比重控制在62%以內。而近期連續(xù)出臺的環(huán)保政策都對燃煤電站繼續(xù)發(fā)展有著極大限制。例如 ：禁止京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域建設自備燃煤電站。雖然我國在大力支持發(fā)展可再生新能源，如風能、水能、太陽能等。但是這幾種新能源發(fā)電受環(huán)境限制較，還不能完全取代化石能源。因此，天然氣發(fā)電取代煤炭發(fā)電是較好的選擇。

6結束語

天然氣發(fā)電有較多優(yōu)勢，也是未來的趨勢，但是在當前也有不少的困難。這不僅需要國家的政策支持，也需要對頁巖氣的開發(fā)和燃氣輪機技術的繼續(xù)研究。相信在不久未來，天然氣發(fā)電慢慢取代燃煤發(fā)電，讓我們都能看到藍天白云。

參考文獻：

【1】都大永，黃輝 . 國外天然氣發(fā)電的經驗與啟示 [J]. 上海煤氣，2013

【2】《大型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術叢書》 中國華電集團公司 2009

作者簡介：

姓名（李關寶），性別（男），出生年（1990），籍貫到市（河南省禹州市），民族（漢），職稱（助理工程師），學歷（大學本科），研究方向（天燃氣發(fā)電），單位名稱（浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責任公司），單位所在省市（浙江省寧波市），單位郵編（315208）