南方区域电力市场天然气发电研究.pdf

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1、华北电力大学（北京）硕士学位论文南方区域电力市场天然气发电研究姓名：杨万荣申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：杨昆;顾煜炯20070301华北电力大学硕士学位论文摘要随着广东L N G 项目、广西和海南天然气项目的实施，天然气发电项目已经逐步建成发电。同时，南方区域电力市场建设加快步伐，市场规则进一步完善，天然气发电机组必然与其它类型的发电机组竞价上网。但就天然气发电的经济性可知，在目前的市场条件下参与竞价，则无优势可言。本论文将从市场环境、竞争结构、发电经济性、环保价值和竞价上网等五个方面分析研究，给出天然气电站分阶段参与竞价上网的政策，以支持国家能源政策和天然气工业发展政策的顺利实施

2、。关键词：天然气发电，经济性评价，环境价值，广东L N G 项目A B S T R A C TW i t hG u a n g d o n gL N Gp r o j e c t s，O u a n g x ia n dH a i n a ng a sp r o j e c t sa r ep u t t i n gi n t oe f f e c t，t h eg a se l e c t r i cp o w e rg e n e r a t i o np r o j e c t sh a v eb e e na l r e a d ye s t a b l i s h e ds t e

3、pb ys t e pt og e n e r a t ee l e c t r i c i t y A tt h es a m et i m e，t h eE l e c t r i cP o w e rM a r k e to ft h eS o u t hR e g i o nc o n s t r u c t i o ns u c c e s s i v es t e p sq u i c k e n ss e l l ss t e p s，w h i c ho fm a r k e tr u l e si sf u r t h e rp e r f e c t S ot h eg a

4、 sp o w e rg e n e r a t i o nb i d i n gi sn e c e s s i t ya n do t h e rs t r o n gt h et y p eg e n e r a t i o ni nt h ep o w e rm a r k e t A tp r e s e n ti nt h ep o w e rm a r k e tc o n d i t i o no ft h es o u t hr e g i o n，i fg a sp o w e rg e n e r a t i o n sb i dt h a tt h e r ew o u

5、 l db en oa d v a n t a g e T h et h e s i ss t u d i e sf r o mf i v ea s p e c t s，s u c ha se n v i r o n m e n to ft h ep o w e rm a r k e t、c o n s t r u c t i o nb i d i n g、g e n e r a t i o ne c o n o m ya n dE n v i r o n m e n tv a l u e，w h i c hg i v i n gag a sp o w e rg e n e r a t i o

6、 nb i d i n gp o l i c i e sp l a yb ys t a g e s，s u p p o r t i n gt h ep o l i c yo fS O U T C C So fe n e r g yc o u n t r ya n dg a si n d u s t r yd e v e l o p m e n tp o l i c i e si sp u ti n t oe f f e c t Y a n gW a n r o n g(p o w e rp l a n tT h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g)D

7、 i r e c t e db yp r o LY a n gK u nK e y w o r d slM a r k e tp o w e r，G a sp o w e rg e n e r a t i o n，E c o n o m i ce v a l u a t i o n，E n v i r o n m e n tv a l u e，G u a n g d o n gL N Gp r o j e c t s声明本人郑重声明：所呈交的学位论文南方区域电力市场天然气发电研究，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含

8、任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。签名：趣互墓日期：趔z：五莶关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名：拯五丞日期：丝I!Z：签新签名：础日期：幽!：堑华北电力大学硕士学位

9、论文第一章绪论1 1 课题研究背景2 0 0 6 年国家出台了“十一五”规划中两个量化指标“实现2 0 1 0 年人均国内生产总值比2 0 0 0 年翻一番”与“单位国内生产总值能源消耗比十五期未降低2 0”。这表明国家已将经济增长目标与节能降耗目标放在同等重要的位置。而发电企业作为耗能和污染大户，在“十一五”期间，提高电站发电效率后可以做出7 的降低能耗的贡献南方区域包括广东、广西、云南、贵州和海南五省(区)，供电服务入口占全国总人口的1 7 8。2 0 0 5 年南方五省(区)实现G D P 增速高出全国平均水平2 1个百分点，其中广东省G D P 位居全国第一，同比增长1 2 5。与此同

10、时，南方五省(区)全社会用电负荷持续走高，南方电源建设紧随其后、跨区远距离输电量进一步加大【2】。另一方面，南方区域，尤其是珠江三角洲地区，是我国酸雨出现频率最高的地区之一，也是中国面向国际市场、实行外引内联的经济发达地区。近年来，由于经济高速增长，导致能源需求急剧上升，特别是电力供应短缺，这些地区增加电力供应的难度越来越大。而天然气电站发电所具有的优势能满足这一地区对电力发展的紧迫需求。同时，我国的电力市场改革也在进一步推进，特别是发电市场引入竞争，电站逐步竞价上网，以达实现资源优化配置、提高效率的目的。目前，电力市场建设进展顺利，东北电力市场已经开始试运行；华东电力市场的模拟运行已经积累了

11、经验，将根据情况适时转入试运行；南方电力市场于2 0 0 5 年下半年开展模拟运行。因此，天然气发电机组也将随着南方电力市场建设的迸一步完善，参与竞价上网。1 2 课题研究的目的及其意义基于上述背景，本论文以广东L N G 项目配套天然气电站的经济水平为研究对象，研究角度包括市场环境、竞争结构、技术经济性、环保价值和竟价上网政策等五个方面。天然气发电项目在投资规模、成本结构、运营方式、影响投资回报的敏感因素和环境价值贡献等方面与传统的发电模式差别很大，因此天然气发电表现出不同的经济性特征。在当前国家鼓励清洁能源、加快优化能源结构的背景下，本论文对制定天然气发电相关政策和环保政策以及指导能源投资

12、决策都有着很强的现实意义和参考价值。华北电力大学硕士学位论文首先，从国家能源战备意义层面讲，随着经济发展和能源需求量的增加，能源结构矛盾日益突出，以煤为主的一次能源结构在一定程度上制约了我国经济发展。根据中国2 0 1 0 远景目标，经济的增长对能源需求量的增加是必然的趋势，按目前能源结构发展下去，能源消费对社会和环境的压力难以承受，国家实现经济长期可持续发展战略受到制约。因此，在经济发展的同时，逐步改善能源结构、发展洁净能源是亟待解决的问题。其次，由于燃气电站不同于其它燃煤电站，所需燃料属洁净、高效燃料，而且发电所带来的经济价值和对周边的环境影响程度也不同于常规电站。因此如何评价燃气电站的经

13、济性对实现燃气电站参与竞价上网有着很至关重要的意义。同时，在市场中如何体现燃气电站的环保优势和良好调峰特性，对补贴燃气电站发电的高成本有一定的参考意义。最后，随着全国区域电力市场的进一步深化，南方区域电力市场的建设也将进一步完善，燃气电站参与竞价上网是必然的趋势。但考虑到燃气电站与其它电站相比所具有的特殊性，燃气电站可以分阶段参与市场竞争，这也符合南方区域电力市场建设分阶段的建设步骤。1 3 国内外的研究现状国内对天然气发电的研究主要从燃气电站经济性和优良的环保性方面来分析天然气发电竞价上网的优劣。并没有指出在当前电力市场建设逐步加快建设过程中，天然气电站应怎么定位；随着电价制度的完善，燃气电

14、站的上网电价应怎么确定；燃气电站的优劣势怎么通过市场来规避发电风险；供气方、燃气电站和电网公司之间应怎么协调。另因我国现有的发电站排放标准不确定，参照国外的标准所得到的数据并不适合于我国国情。在电力市场条件下，发电站的成本分析也日益体现出它的重要性，相关的理论著作也比较多。言茂松在文献【3】中指出，发电站成本是指发电站为生产一定数量的电能所发生费用的总和。发电企业成本的核算方法、内容等与其他行业比较相似，根据成本项目与产量的关系，可将其分解为固定成本和变动成本。赵连生在文献【4】中将成本划分为会计学成本和微观经济学成本。会计学成本着眼于账面上的年度平衡，是静态的平衡，基于历史数据的简单统计平均

15、。而微观经济学成本基于产量增加后的成本变化分析，即在现有供求条件下，向前增加一个单位发电量，所需生产成本的增量作为其效益的依据，它包含了引导供求动态平衡的信息。乐艳芬在文献【5】中给出环境成本定义为企业因经营活动而产生污染导致的污染治理成本、罚款等费用支出。联合国国际会计专家工作组在文献【8】中定义环境成本是指本着对环境负责的原则，为管理企业活动对环境造成的影响而采取或被要求华北电力大学硕士学位论文采取的措施的成本，以及企业因执行环境目标和要求所付出的其他成本。刘妙惠在文献 6 1 q，指出，新排污收费制度总体上提高了现行排污收费标准，由低收费标准向高于治理成本的收费转变，并加大了排污收费的执

16、法和监管力度。火电企业缴纳排污费将提高1 0 倍，所以对火电企业影响是最大的。陈新华在文献 7】中指出，燃气电站参与竞价上网的两种模式：模式1：只让燃气电站的非燃料成本部分参与竞争：这一模式是让燃气电站的非燃料成本部分参与电力市场竞争，而允许燃料成本部分通过电力市场或直接向电力用户转移，或接受政府的补贴。模式2：提高两部制电价中的燃气电站的容量电价，使其电量电价有足够的竞争力：这一模式是将燃气电站的总体燃料成本中与L N G 基础设施相关的部分(如接收站和管输)适当地反映到它的容量成本里，从而降低电站的燃料成本，以增加燃气电站在电量电价方面的竞争力。发达国家已经撑握了燃气轮机和联合循环发电核心

17、技术，在利用天然气发电方面走在了世界的前例。在这些国家里发电不仅仅是社会的需要，而且已经从经济和环境的因素方面考虑能源结构和发展政策，使天然气发电成为天然气消费的主要部分。在天然气发电成本构成中，天然气的价格占到7 0，因此各国政府在天然气输送终端价格上进行管制。美国燃气电站可以参与长期、短期合约和部分电量竞价上网等多种方式来发电。通过对英国(欧美国家的代表)天然气发电市场的分析、研究表明，英国电力市场充分利用天然气价格和电价的相关性以及因季节不同所表现出的差价来影响远期合同市场。应用金融手段在电力市场中发展风险管理，允许在天然气市场和电力市场之间转换风险，使得天然气发电在电力市场中更具有竞争

18、力。1 4 本文的主要工作本文所做的工作主要有以下三点：(1)南方区域发展天然气发电的必要性。该部分内容着重从减轻南方周边城市的环境承载压力和加强环境治理的需要以及发电资源的安全与可靠供给出发，结合南方“西电东送”跨大区远距离输电的实际情况，说明南方区域发展天然气发电既是广东L N G 项目的需要也是国家能源战略走出去的需要。(2)天然气发电的经济性分析。在区域电力市场中的发电企业为提高经济效益，必须准确掌握发电成本，实行生产成本动态分析，才能进一步加强内部管理，降低生产成本，以适应竞价上网的要求。燃气发电不同于常规燃煤发电，因其电站投资建设、燃料供给和机组运行小时数等都会影响最终的发电成本。

19、因此，分析研究燃气电站发电成本对以上不确定性华北电力大学硕士学位论文因素的敏感性，区分容量和电量成本的构成比例，对燃气电站的补贴政策将起着决定意义。另一方面，天然气电站有着电力调峰和环境治理的市场需求，但又与燃煤电站、水电和核电之间有很强的可替代性。其核心优势和潜在比较优势是：投资低，调峰能力强和环保效果好。因此使上述优势货币化，有助于解决燃气电站高燃料价格的问题。并且也为制定对燃气电站的补贴政策提供了理论基础和基本的补贴参考标准。(3)天然气电站参与竞争上网的政策建议。论文将从政策层面讨论支持天然气竞争上网的可能性，以及量化所能带来的经济价值。并且初步指明了，财政支持的方向和资金的来源。与南

20、方电力工业建设相结合，从调整能源结构、优化资源配置的角度出发，结合南方区域电力市场建设目标，指出了天然气发电的发展方向，以及从发电侧市场竞争的角度出发给出促进天然气发屯站竞价上网的建议。华北电力大学硕士学位论文第二章南方区域电力工业概况及电力市场建设2 1 南方区域电力工业概况用2 1 1 南方五省(区)经济状况南方区域包括广东、广西、云南、贵州和海南五省(区)【3】，供电面积约1 0 0万平方公里，供电服务人口2 3 亿左右，占全国总人口的1 7 8。2 0 0 5 年南方五省(区)实现G D P 3 2 0 8 2 亿元，同比增长1 2，占全国总G D P 的1 7 6，增速高出全国平均水

21、平2 1 个百分点，其中广东省G D P 位居全国第一，达2 1 7 0 1 亿元，同比增长1 2 5，占全国总G D P 的1 1，9。南方五省(区)产业结构得到进一步调整，其中第三产业的比重大幅度上升为4 3。图2-12 0 0 5 年五省(区)G D P 对比图2-22 0 0 5 年南方三次产业对比2 1 2 南方区域电力供需现状2 1 2 1 装机情况2 0 0 5 年底，南方五省(区)电源装机总容量9 0 8 3 万千瓦，比2 0 0 4 年增长1 1 6，其中广东、广西、云南、贵州和海南的装机容量分别为4 8 0 8、1 3 5 3(含天生桥电站，下同)、1 2 7 5、1 4

22、3 4、2 1 1 万千瓦，分别占5 2 9、1 3 9、1 4 2、1 5 8 和2 3，其各省区分布如图2 3 所示。经比较发现，广东省装机容量在五省区中所占比重达5 3，这也与广东省的经济容量相一致。南方五省区(区)，电源结构如图2 4所示，火电所占比重偏大。图2-32 0 0 5 年南方五省区发电装机分布图2 42 0 0 5 年南方五区电源结构华北电力大学硕士学位论文2 1 2 2 发电情况2 0 0 5 年南方五省(区)发电量4 2 0 9 亿千瓦时，比2 0 0 4 年增长9 8，其中广东、广西、云南、贵州、海南和天生桥电站分别为2 2 7 8、4 4 6、6 0 5、6 9 2

23、、8 2、1 0 4亿千瓦时，分别比上年增加了7 4、1 9 3、1 2 7、1 0、2 0 6 和1 9。其中，油电占4 3 9 8 6 亿千瓦时，气电占2 3 3 7 7 7 亿千瓦时。各省区的发电量如图2 5 所示，五省区发电量的构成如图2-6 所示。图2 5 五区发电量比重图2-6 五区发电量构成2 1 2 3 五省(区)用电情况2 0 0 5 年南方区域全社会用电量4 3 4 7 亿千瓦时，占全国用电量的1 7 6(与G D P的比重一致)，比2 0 0 4 年增长1 1 7，其中广东、广西、云南、贵州、海南分别为2 6 7 3、5 1 0、5 5 7、5 0 8、8 2 亿千瓦时，

24、同比分别增长1 2、1 1 7、2 0、1 8、2 0。如表2 1 所示。表2 12 0 0 5 年南方五区全社会用电情况天一及同比项目名称广东广西云南贵州海南合计超高压增长全社会用电量2 6 7 3 65 I O 15 5 7 45 0 8 28 221 5 7 3 74 3 4 7 2 70 1 1 7上年同期数2 3 8 7 14 5 6 94 6 44 9 956 8 81 4 5 53 9 8 0 8 l回比增长数O，1 20 1 1 70，2 0 l0 0 1 80 20 0 8 6O“72 0 0 5 年全社会最大负荷6 9 5 9 万千瓦，比2 0 0 4 年增长1 3 3 8

25、，其中广东、广西、云南、贵州、海南分别为4 5 5 1、8 5 6、9 0 8、8 7 0、1 4 9 万千瓦。联网省(区)统调最高负荷5 2 2 0 万千瓦，同比增长1 3 3 2。图2 7 南方五省(区)用电量变化情况6-华北电力大学硕士学位论文随着产业结构的调整，广东居民生活用电和第三产业用电增长高于全省用电平均速度，三大产业和居民生活用电比例发生了很大变化，由于用电结构中负荷特性变化大的行业和用户比重上升，因此年、日负荷高峰均有较快的增长，峰谷差越来越大，负荷率下降。如图2-8 所示。广东电力系统显著特点是峰谷差大，最小日负荷率低。广东电力系统最小日负荷率夏季为O 5 2，冬季为0 4

26、 9，电力需求特性是对调峰电源需求量大。未来随着三产、居民生活用电的快速增长，电力系统平均负荷率会下降，峰谷差会更大，系统更缺调峰电源。负荷1 2l0 80 6040，20广东电同夏季典型日负荷曲线_ 一夏季基荷线一平均负荷线图2-8 广东电网夏冬两季日负荷曲线据南方电网统计，广东省全社会用电量2 0 0 5 年达到1 8 2 0 多亿千瓦时，预测2 0 1 0 年将达到2 3 9 1 2 8 9 0 亿千瓦时，2 0 1 5 年将达到3 0 2 2 3 9 6 2 亿千瓦时，2 0 2 0 年将达到3 6 7 7 4 9 6 1 亿千瓦时。由此可以看出，东省经济结构的调整和经济快速发展对广东

27、省电源结构提出了更高的要求，需要一批接近负荷中心、启动迅速的电站，达到电力供需平衡。2 1 2 4 电网互联及交易情况广东、广西、贵州、云南、海南南方五省(区)电网除海南外，都已实现省(区)间互联，跨省输电线路长度为5 9 1 9 公里，形成了长距离、大容量、交直流输电并列运行的“六交三直”输电通道，送电能力达1 2 8 0 万千瓦。2 1 3 南方区域天然气发电现状随着国家对对产业结构的合理规划，加大了调整能源结构的步伐。2 0 0 4 年6 月，国家发改委在我国能源中长期发展规划的基础上，制定了关于我国液化天然气进1：3 方案的建议。广东省进口L N G 的规划中，一期工程的规模为3 0

28、0 万t a，二期工程的规模为2 0 0 万“a。发电行业对L N G 的需求预计将占整个市场的7 5。民用、商用和化工年使用量占到了总量的2 5。“十一五”期间预测需投产天然气发电7 7 0 万千瓦，其中广东省7 0 0 万千瓦，海南7 0 万千瓦。“十一五”实际开工建设的气电容量6 9 0 万千瓦，其中在此期间投产的气电容量3 5 0 万千瓦，“十二五”投产的燃气发电站容量3 4 0 万千瓦。如表2 11 华北电力大学硕士学位论文所示。由此可以看出，在整个L N G 项目中，发电项目是最大的用户，即L N G 发电项目的顺利实施对整个进口L N G 项目的正常运转有着决定性的影响。表2 2

29、 十一五南方天然气装机情况装机规模万千瓦气源深圳前湾电站3 3 5L N G惠州电站3 3 5U q G深圳东部电站2 3 5L N G簿南燃气电站2 x 3 5近海气2 2 南方区域电力市场建设2 0 0 2 年3 月，中国政府出台了电力工业改革方案，提出了电力工业改革的指导方针和目标。电力工业改革的总体目标是打破垄断、引入竞争、提高效率、降低成本、健全电价机制、优化资源配置、促进电力发展、推进全国联网、构建政府监管下的公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。南方电力市场是继东北、华东电力市场之后，启动建设的第三个区域电力市场。南方区域电力市场主体包括南方电网公司，南方五省(区)电网公司

30、，有关发电企业，区外售电主体和符合条件的大用户。根据国家电监会印发的南方电力市场建设方案，南方电力市场2 0 0 5 年下半年开始模拟运行。按照总体目标，南方电力市场建设分三个阶段逐步实旌。华北电力大学硕士学位论文第三章南方区域天然气发电的必要性及其发展方向近年来，由于南方发达城市经济高速增长，导致能源需求急剧上升，特别是电力供应短缺，这些地区增加电力供应的难度越来越大；主要受以下几方面的制约：一是煤炭运力不足：二是新建煤电站征地困难；三是环境容量有限。而天然气电站发电所具有的优势说明了，天然气电站在沿海经济发达地区有更有利的发展条件和更紧迫的需求。3 1 南方区域天然气发电的必要性3 1 1

31、 减轻环境承载压力和加强环境治理的需要在上一章，我们知道，南方区域近年来，由于经济高速增长，第三产业发展迅速，全社会用电负荷蜂谷差进一步拉大导致能源需求急剧上升，特别是电力供应短缺，这些地区增加电力供应的难度越来越大。而天然气电站发电所具有的优势能满足这一地区对电力发展的紧迫需求。天然气的主要成分是甲烷，热值约在3 3 4 4 0 4 1 8 0 0 m 3。天然气燃烧时不产生灰渣，不排放有毒气体；也没对人体有害的重金属元素，所生成的挥发性烃、硫化物、二氧化碳和氮氧化合物远远低于煤和石油，并且使用方便。天然气与其它燃料相比，还具有热值大、燃烧效率高、容易燃烧的优点。与产生同热量的煤和油相比，所

32、产生的c 0 2(加剧温室效应的主要原因)最少。因此与燃煤发电相比，天然气是一种清洁高能优质燃料。从图3-1 和图3-2 可以清楚的看出天然气发电比燃煤发电在效率和排污量有着明显的优势。图3-1 燃气、燃油、燃煤的常规发电图3-2 循环发电(C C G T)3 1 2 发电资源的安全与可靠供给3 1 2。1 技术多样化，实现技术创新、降低生产成本、提高整个电力产业运营效率发电行业的能源效率对国民经济的发展有着举足轻重的影响。由于我国以煤电为主t 占到火电机组中的9 0 以上，且中、小机组仍占相当的比重，至到2 0 0 0 年，华北电力大学硕士学位论文我国煤耗仍相当于发达国家2 0 世纪7 0

33、年代的水平，煤耗高出1 7。因此，低耗能发电技术的创新和采用对我国电力产业运营效率有着决定性的意义。由图3 3 所示机组发电效率都在逐步增大，联合循环发电技术发展最快，效率高达到5 0 6 0，而燃煤发电站的效率最大不过4 0 4 5 1 9 1。图3-3 热效率走势及发电能力在电力生产中，火力发电仍占据着主要地位。世界上多数国家火力发电占总发电能力的5 0 以上，以煤、石油、天然气为燃料，主要采用传统的蒸汽循环发电机组。今后火力发电趋势是高效率、大容量、高参数。随着新型耐高压高温、抗疲劳、新隔热涂层材料的开发，将推动燃气轮机核心部件的进一步的改进，为燃气蒸汽联合循环发电机组的使用创造了条件。

34、同时，天然气发电间接地带动了中国的燃气轮机技术、船舶制造技术、清洁煤技术的应用和发展。而且，天然气发电规模化也有利于加快中国燃气轮机技术的自主研发和本地化生产、推动燃气轮机的高端技术创新，使天然气作为高品质的能源得以充分利用。3 1 2 2 能源多样化，降低能源供给风险、促进电力产业可持续性发展从世界能源的发展趋势看，已形成多种能源互补、初级能源与二次能源共用、新能源技术加速发展的新格局，预计2 l 世纪将是“复合能源时代”。国外的实践也表明，靠单一能源产品支撑经济发展是十分脆弱的，各国尽管资源状况不同，但都在采取“多元化”的能源政策。图3 4 世界能源消耗对比如图3-4 所示2 0 世纪以来

35、，油、气在一次能源构成中的比例不断上升，石油消1 0 华北电力大学硕士学位论文费量从1 9 5 0 年的2 7 l z 升到1 9 9 6 年的3 9 5，天然气的消费量从1 9 5 0 年的9 8 上升到1 9 9 6 年的2 3 5。而同期煤炭等固体燃料的消费量则从6 1 5 下降到2 6 9 t 9 1。新增发电容量中，油、气为燃料的燃气轮机发电容量正逐步超过以煤炭为燃料的蒸汽轮机发电容量发展。世界能源消耗结构中，天然气耗量比重为2 3 5，2 1 世纪将增加到4 0 以上，而约有8 0 天然气是被北美和东、西欧等国家消耗。当前世界能源消耗的分配中，发达国家多消耗优质的天然气燃料，发展中

36、国家或其他国家消耗的燃料就要次一点。我国能源消费结构中，天然气偏低。如表3-1 所示 1 0 1 与世界一次能源比例关系相比，可以看出，中国在利用清洁能源方面与世界平均水平差距很大。表3-1 世界与中国一次能源比例关系煤炭石油天然气水电和核电世界平均水平0 2 70 4m 2 3o，l世界可采年限2 3 04 86 8中国o 7 8 3 l0 1 7 6 4o 0 2 10 0 1 9 5中国可采年限9 02 29 5我国南方区域经济正处于高速发展期，同时能源供给不足、地区环境等问题突出。如3 5、3-6 图所示，东西部能源储备不平衡，跨度大，经济发展不平衡且用电负荷变化幅度大。过度发展煤电会

37、造成广东、贵州省环境进一步恶化。特别是对南方区域人口密度大，经济发达的城市地区，解决电站排放问题尤为突出。因此在开发洁净煤燃烧技术的同时，应积极开发国内和引进国外的优质能源。图3 5 五省(区)煤炭资源分布图3-6 五省(区)水电资源分布3 I 3 电网安全的需要大电网建设注重全网的待续效率和稳定性。全电网的平衡并不能照顾到各个局部地区的特殊要求。电网必须具有调峰、调频应急等各种手段。而与大电网并存的分散式电源可以提高电网供电可靠性、降低线损。由于天然气联合循环机组启动快，运行可靠性高，单机功率大以及对环境排放污染小等一系列优点，在经济发达或人口密集中心区建天然气联合循环电站是种合理的选择。华

38、北电力大学硕士学位论文3 1 3 I 南方电源结构存在的问题 负荷中心地区电源不足，如广东珠江三角洲地区，近年来电源装机增长远低于负荷增长，大量电力需要从省外送入。增加了电网运行安全的风险；云南的水电大多远离负荷中心，负荷中心的云南昆明地区缺乏足够的电源来支撑水电；西电东送主通道如贵州东部地区电源装机很少，不仅加大了贵州西北部地区大量电力外送，也缺乏对西电东送通道无功及稳定的支撑；广西主力电源主要分布在中西部，而经济较发达的南部和东南部缺乏大电源的支撑，西电东送通道沿途地区也缺乏电源支撑。3 1 3 2 南方电网存在的问题南方电网是交直流并列运行的复杂电网，西电东送长距离、大规模送电是其显著特

39、征。随着社会用电结构的变化，各省(区)电网峰谷差不断加大；广西、云南水电比重分别达6 3、5 5，多数水库调节性能差，出力受制于天然来水，丰、枯期发电出力相差悬殊；电网无功补偿容量不足，调压手段缺乏。电压调控和潮流调整困难，限制了电网电能质量的提高。由于燃气轮机运行灵活，机组启动快，便于调峰运行，而且在部分负荷下的热经济性很高，能源利用率高。因此从电网安全角度出发，合理发展天然气发电和抽水蓄能，在负荷中心广东地区建设尖峰负荷燃气电站，不仅可以弥补大量小火电退役后的供电缺口，减轻电网建设压力，提高能源利用效率，也可提高系统安全稳定水平。3。1 4 天然气工业发展的需要3 1 4 1 天然气发电的

40、特殊性天然气、煤、石油、核能和可再生能源等作为发电燃料是可以相互替代的。而天然气更为特殊，产地远离能源消耗中心，不能大规模的储存，其供应方式、运输方式、接受方式都有着紧密的联系，是一种上、中、下游紧密联系的能源产业。大型天然气项目与其它大型能源项目的本质区别在于它是一个前期投资巨大，技术密集的完整产业链。其产品不能大规模的廉价储存，而其价值链的终端又没有非用它不可的客户。这就要求在天然气市场的起步阶段，特别是在下游市场不成熟而又拥有充足便宜的替代能源的情况下，需要在天然气价值链的不同环节用严格的照付不议合同来巩固相互之间的承诺，抵御风险，为价值链上的巨额投资提供信心。3 1 4 2 天然气发电

41、对天然气工业发展的重要支撑作用综观国外发展天然气的两种方式：一是以民用和商用为主在原有的基础上渐进华北电力大学硕士学位论文式的模式；另一种是以开发大型工业用户(主要是发电)为主的跳跃式发展模式。这两种方式有一个共同的特点是终端必须有一定消耗量的用户。第一种模式的前提条件：国内有较为成熟的输气干线和完备的民用管道建设系统。第二种以发电企业作为大用户保证用气量，逐步发展国内输气管建设，培育天然气市场。目前世界上铺设的新输气干线，多以一个大型终端用户为目标作为建立天然气市场的桥头堡，然后逐渐扩大、发展。非洲、南美等发展中国家，天然气消费的3 0 甚至4 0 以上用于发电。天然气发电项目在支撑这些国家

42、的天然气发展中起到了关键的作用。目前，中国处于天然气市场发展初期，上海、广东、浙江、江苏、福建等重要省市都迫切需要增加天然气供应。但是，由于不具备较完善的天然气管网，而城市燃气网的拓展和置换非常缓慢，许多城市无法消化吸纳大型天然气项目(尤其是L N G项目)的规模气量。所以，这些地区天然气市场发展的切入点应当是以大工业用户(如燃气发电)为依托，然后逐步形成城市管网系统，增加城市燃气的比例，从而加快城市天然气市场的发展。如在广东L N G 项目规划中，发电项目占进口总量的7 5。燃气电站用气量大，用量稳定，是启动和支撑天然气市场、保证输气项目经济性和可行性的最重要用户。3 1 5 总结通过本节对

43、南方区域天然气发电的必要性分析研究，以及结合南方区域电力工业的特点可以得到以下结论：(1)燃气轮机发电是一种高效率、低排放的成熟发电技术，并且将迅速发展成为我国发电机组中不可忽视的组成部分。(2)发展天然气发电有助于缓解南方区域环境的承载压力，降低环境治理费用，实现经济可持续发展。(3)天然气发电有利于优化南方发电资源，降低单一能源和油价波动带来的能源风险。(4)现阶段，南方区域发展天然气发电是天然气工业发展的必然选择。3 2 天然气发电的发展方向3 2 1 燃气蒸汽联合循环(C C G T)3 2 1 1 发电效率高、污染物排放率低燃气轮机是工作于高温区的一种热机，宜于利用高品位的热量。蒸汽

44、轮机是工作于低温区的一种热机，宜于利用低品位的热量。而联合循环按照热量梯级利用的原则将燃气轮机和蒸汽轮机结合起来，在单循环燃气轮机发电的基础上，利用燃气轮机排出的高温废气(4 5 0 C 一5 5 0 C)，通过侨汇热锅炉，产生中温中压蒸汽，蒸汽华北电力大学硕士学位论文通过汽轮发电机组再次做功发电，发电功率约相当于燃气轮机功率的5 0 9 6。如图3-7，图3-8 所示。联合循环同时利用了燃气轮机循环平均吸热温度高和蒸汽轮机循环平均放热温度低的优点，又同时克服了两者的缺点，所以可以达到较高的循环效率。联合循环发电机组(燃天然气)的供电效率一般比单独的汽轮机或燃气轮发电机组高出1 0 以上，最高

45、效率已突破6 0。图3 7 理想余热锅炉联合循环的热力系统由于联合循环机组中的燃气轮机部分不需要大量冷却水，使用空气冷却，所以其耗水量一般仅为常规燃煤机组的3 0 5 0 左右。燃气发电排放物主要控制措施在于降低N O x 生成量。目前，各大燃气轮机公司均已推出采用预混燃烧方式的干式低N O x 燃烧室和燃烧器。这是一种让天然气和空气混合成均匀的可燃气体后，再引入燃烧区的燃烧方式，其优点是：通过控制掺混比，可使燃烧温度低于理论燃烧温度，也低于或略高于热力N O x 生成的起始温度(1 6 5 0 C)，从而降低N O x 的生成量。如图3 9 所示，在排放方面，C C G T 比燃煤(带F G

46、 D)的机组优越的多。T图3-8 理想余热锅炉型联合循环的温熵晤瓦习阑E 划、翮P F+F G D+L N BC C G T图3-9 燃煤和燃气机组的放比较到目前为止，燃气一蒸汽联合循环是应用上最广泛的联合循环之。其原因如下：(1)组成联合的设备已在其各自单一循环的动力机组上经过了长期运行考验，可靠性高，开发费用低；(2)空气是最易得和最廉价的工质之一，它能用于燃气轮机，且一般构成高温的前置循环；水也是最易得、最廉价的工质之一，它能用于汽轮机构成低温的后置循环；1 4；麦知上，盎4320j-)Itoz“鼍0华北电力大学硕士学位论文(3)现代燃气轮机排气的温度水平与现代汽轮机蒸汽过程的温度水平可

47、以良好地搭配，使得燃气轮机循环和蒸汽轮机循环能够成为天然相配的一对前置循环和后置循环。3 2 1 2 联合循环机组启停灵活与调峰性能好，可以协调市场的成本最优调度与电网安全性矛盾(1)燃气轮机运行灵活，机组启动快，便于调峰运行。联合循环机组启动分为：冷态启动(停机在3 6 小时以上)、温态启动(停机在1 0 3 6 h 之间)、热态启动(1-1 0 h)“。以日本三菱公司生产的H P C P I 型机组(配用M 7 0 I F 型燃气轮机、I S O 功率为3 9 8 M W 的单轴余热锅炉型联合循环机组)的热态启动曲线为例。由图3 1 0 可知，在热态下，该机组点火后2 0m i n 即可并

48、网发电，全部起动时间不超过8 0 m i n，因此可以随时启动或关闭燃气轮机，这些都是蒸汽轮机发电不能相比的。联合循环机组的起动时间会随设备配置情况的不同而不同，但对单轴机组，冷态起动时间一般不超过1 8 0 m i n；温态启动一般不超过1 4 0 m i n：热态起动时间一般不超过8 0 m i n；极热态起动一般不超过6 0 m i n。相对于常规大功率燃煤机组而言，这些起动时间都是相当短的。国，八僦盅，P 黝?舶火，一黼h|r 一。j|黼图3 1 0 呻c P I 型机组的热态启动曲线圈3-1 1 联台循环机组和汽轮机发电机组的变工况效率比较(2)部分负荷下的热经济性高。联合循环电站一

49、般将若干台同类型的单轴机组或一台多轴机组作为一个系统来管理，由于机组的启停相对比较方便，通过减运行机组台数的方法来满足负荷变化的要求。因此可以在较大的负荷范围内可保持系统的热效率与在额定负荷相接近。如图3-1 i 所示5 台单轴机组构成的联合循环系统为例。当系统负荷为1 0 0 时，5 台机组全部以额定为力；但当其负荷为8 0 的额定负荷时，则停掉1 台机组，其余4 台机组恢复1 0 0 额定出力运行，每台运行着的机组的效率仍为额定出力时的效率。相比较而言，大功率的常规汽轮机发电机组则很难做到这一点。O转速，出力#u华北电力大学硕士学位论文3 2 2 冷、热、电联产的联合循环(c c H P)

50、3 2 2 1 厂矿企业和商业中心集中供热的环境效益冷、热、电三联供(C o m b i n eC o o l i n g，H e a t i n g&P o w e r)以天然气为燃料、基于燃气轮机的冷、热、电联产的联合循环。如图3 1 2 所示，C C H P 其工作原理是：将燃料供给燃气轮机，燃气轮机将燃料的部分热能转换为电能，然后将其余的热能提供给吸收式冷热水机组；吸收式冷热水机组利用燃气轮机排放的余热产生空调用的冷水、热水和生活用的热水，最后把低品位余热排向大气。其冷热水机组前所设的补燃装置可使系统摆脱“以热定电”或“以电定热”的运行模式，使系统能随时独立地生产出用户所需要的热能(冷