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E型和F型燃机联合循环电厂的性能及经济性比较

杨柏1，黄杰2

（1．惠州发电厂筹建办公室，广东惠州516080；

2．深圳广前电力有限公司，广东深圳518051）

E型和F型燃机分别指燃机透平入口温度为1 150℃和1 350℃的燃机。以这两种燃机作为动力装置的电厂分别称为E型燃机电厂和F型燃机电厂。对这两种电厂进行比较，首先是对这两种燃机作分析比较，由此进一步对电厂效率、占地面积和经济性方面进行比较。通过这样的分析对比，可以帮助燃机电厂的建设者选择机组型号，给他们提供一定的参考和分析方法。

1 燃机结构及性能比较

表1所示是当今世界四大燃机制造商生产的E型和F型燃机制 最新性能数据及其结构特征。这些性能数据引自《1999～2000世界燃机手册》，是基于ISO工况，且以天然气为燃料。由表1可见，在设计工况下，F型燃机的效率比E型高出约4％；F型的总输出功率约为E型的1．5倍；单位输出功率约为1．3倍。可见，F型燃机本身的性能远胜于E型燃机。

2 联合循环电厂性能及经济性的比较

我们再来看看燃机及其联合循环的性能特性图。图1给出了燃机效率在不同燃烧温度时与压比之间不索取管理费的变化关系。图2给出了联合循环时机组效率在不同温度时与压比之间的关系。由图1及图2可见，随着燃烧温度的升高，燃机及其联合循环机组的效率都有明显提高，这也是为什么大家一直致力于研究耐高温材料以及先进的冷却技术，尽量提高燃机透平人口初温的原因。同时，由图1及图2中所示关系还可以看出，E型和F型燃机的设计不是按燃机最大热效率来选取设计压比，而是按最大单位输出功率来选取的；此时对应联合循环的效率渗透性是气体在1定的气候条件下最高，也就是说燃机的设计是按联合循环的能耗最小、热效率最大化来设计的。很显然，由于E型燃机的透平入口温度在1 150℃左右，低于F级（1 350℃）燃机约200℃，其对应的燃机及其联合循环的效率也明显低于F级燃机联合循环的效率。下面，我们以GE公司的S109E和S109FA为例，来具体分析基于这两种燃机的联合循环电厂在性能、空间、建设成本以及电力造价等方面的差异。

假定电厂的额定容量为1 000 MW，工作在ISO工况下，采用天然气作为燃料，机组每年运行4 000 h，到厂的燃料价格为0．198美元／kg。在上述工况下，机组的性能见表2。表2中，E型的出力约为F型的1／2，热耗约多10％，可见性能差异很大。由此，为满足电厂1 000 MW的容量，则需要6台E型机组，3台F型机组。显然，在空间上，安装E型机组需要占用更大的土地面积，大致估算6台E型机组约需要19 000 m2，而3台F型机组只需约14 300 m2，即在厂房面积上，F型比E型节约用地约4 700 m2。可以想象，占地面积的增加，势必导致征地、土建、边坡、现场准备以及基础设电子仪器施成本的增加，从而引起电厂建设成本的升高。即使从《1999～2000世界燃机手以此对固定在回转夹头与平移夹头内且具有规定工作长度(标距长度)的线材试样施加特定的拉紧载荷册》上提供的完整单轴电厂的建设成本来看（很显然，这种统计成本是不可能包括土建、用地、基础设施等投入的），GE的S109E和S109FA建造成本分别是0．气体灭火9亿美元和1．39亿美元；对于1 000 MW的电厂，则所需的成本约为5．4亿美元和4．17亿美元。可见，建设一个1 000 MW的电厂，E型比F型的成本高出约1．23亿美元。从这个角度讲，F型也比E型有着明显的优势。

下面再来看看电力造价的比较。所谓电力造价是指相对于发电量的投入成本，主要包括资本成本、燃料成本、运行和维护成本。每台机组的资本成本取决于资本投资成本、年利率、折旧期和年发电量老电器；每台机组的燃料成本与燃料价格和电厂热耗成比例；运行成本则包括运行超声波、维护和行政的固定成本和部件修理、替换等变动成本。电力造价计算公式如下：

式中：CE———电力造价，美元／M插错接口可能对装备造成破坏;Wh；

CCI———资本投资成本，10万美元；

Ψ———年度容量因子，Ψ＝｛L·（1＋L）N｝／｛（1＋L）N－1｝，其中，L为年利率，假定为0．075，N为折旧年限，假定为20 a；

PAE———年发电量，MWh；RH———热耗，J／Wh；

CF———燃料价格，美元／kg；

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