43
1 国内燃气发电面临的机遇
北美及欧洲国家天然气已成为发电的主要能源。据美国能源信息署EIA 和欧洲能源转型现状报告显示，自页岩气革命以来，美国天然气发电量不断上涨，2017年美国天然气发电占比达31.7%，欧盟天然气发电量占比达18.6%。与发达国家相比，我国天然气发电占比极低，气电装机硬件占比仅为4.4%。随着我国天然气及电力市场的不断完善，“十三五”期间天然气发电将迎来诸多机遇。
一是上海电气将逐步完成安萨尔多的股份收购，政府将加快燃气轮机核心技术国产化进度。二是LNG 现货进口快速增长，同时国内储气设施迎来投资热潮，将为燃气发电产业增加供应保障。三是2018年4月18日上海石油天然气交易中心成功开展7月及11月现货预售交易，实现气电市场供需匹配，落实气电错峰调控手段。四是发改委连续出台天然气价格改革系列政策，持续疏导气电成本及售价矛盾。愈加严格的环保要求和相关政策将驱动天然气在发电领域的快速发展，中国的燃气发电正在迎来新的发展机遇。
2 燃气电厂的工艺流程2.1 简单循环
燃气电厂的简单循环是指天然气的化学能依次通过压缩、燃烧、膨胀过程组成的热力循环。生产流程的主要设备有燃气轮机、发电机、进排气及辅助系统，借助以上设备实现天然气化学能燃烧产生热能，再通过轴带动将热能转化为电 能[1-3]。但是，由于燃烧后的热能仅参与一次电能转换，因此，能源利用率较低，仅为30%~40%，与一般燃煤电厂能源利用效率相当。2.2 联合循环
燃气电厂联合循环是指燃气轮机循环与蒸汽或其他流体的朗肯循环相联合的热力循环。生产设备较简单循环增加了余热锅炉、蒸汽轮机及冷凝装置，借助以上设备实现天然气燃烧余热的回
广东燃气轮机发电用气量及成本测算
刘 慧，张大为
（中国石化天然气分公司华南天然气销售中心，广东广州 510000）
收稿日期：2018–08–29。
作者简介：刘慧，经济师，2014年毕业于太原理工大学，硕士研究生，现就职于中国石化天然气分公司华南天然气销售中心，主要研究方向为天然气物流运输管理。
摘 要：天然气作为清洁化石能源，在全球一次能源供应中份额快速增加。目前，北美和欧洲
地区将天然气作为发电主要能源，而我国天然气发电尚处于起步阶段。随着燃气轮机、页岩气开发等技术突破，燃气发电也将成为我国天然气消费的主力版块。本文以天然气发电基础知识为核心，对设备型号、能量流动、转换效率等参数进行收集，并选取典型机型进行用气量测算模拟及验证，梳理了广东省燃气上网电价历年政策，以期通过售气价格测算实现气电价格疏导，从能源供给端疏导天然气发电价格矛盾，为气电行业发展提供技术支持。
关键词：燃气发电 用气量 成本测算 价格承受能力 气电政策
PETROLEUM & PETROCHEMICAL TODAY
2018年第26卷第11期
技术经济
44
2018 年第 11 期
收再利用，从而实现天然气一次燃烧参与两次电力转换，降低简单循环烟气能源损失，提升整体能源利用效率。目前，国际先进联合循环机组可实现60%的发电效率，相较简单循环可提升约20%利用效率[4]。
3 燃气轮机的运行原理及分类3.1 运行原理
燃气轮机由压气机、燃烧室、燃气透平及辅助系统组成。燃气轮机的主要工作过程是压气机（即压缩机）连续地从大气中吸入空气并将其压 缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气；高温燃气随即流入涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为机械功输出，借由发电机转轴将机械功转换为电能，从而完成燃料化学能、热能、机械能、电能的能源转换流程[5-6]。3.2 燃气轮机的设备分类
在工业历史上，由于大型燃气轮机的演变途径不同，截至目前燃气轮机按照体量及功率大小可分为重型工业燃机和轻型航改燃机两类不同流派。重型工业燃机的鼻祖源自工业蒸汽轮机，是通过压气机和燃烧室的综合改造实现蒸汽系统的替换，从而集成简化设备系统，创造出工业基础的燃气轮机。轻型航改燃机顾名思义源自航空发动机的演化，核心技术沿用航空发动机工艺，即燃料经高压压气机、燃烧室、高压涡轮，产生高温高压燃气。重型工业燃气轮机功率输出高，一般出力范围在30~500 MW ，但机型厚重、体积较大，常用于燃气发电、气体压缩、机械驱动等工业环节；轻型航改燃气轮机功率输出较低，一般出力小于50 MW ，启停迅速、体积小、安装便捷，常用于调峰电站、天然气分布式、交通动力环节。4 燃气轮机的用气量及发电成本测算4.1 用气量测算原理
燃气轮机是燃气电厂的核心设备，而电力追根溯源起源自天然气内存的化学能。要实现燃气电厂设备系统的能源转换及天然气用量测算，核心在
于热力学第一定律——能量守恒定律。除热力学定律外，实现计算还需掌握天然气气质参数、燃气轮机机型参数（设备出力及能源转换效率）等。
E 输入＝E 输出＋E 损耗
E 天然气化学能＋E 空气热能＝E 电能＋E 烟气热能＋E 损耗其中，E 天然气化学能可采用购进天然气低位热值（34~37 MJ/m 3）；
E 空气热能实际计算中可忽略；E 电能为发电机输出电能；
E 烟气热能为燃气轮机涡轮排放尾气热量。4.2 发电成本结构
目前，燃气电厂的发电成本主要由固定资产费用、运维费用、燃料费用三大款项构成[5-7]。由于核心设备依靠国外进口、维修养护，因此，固定资产和运维费用较燃煤机组较高。据通用燃气轮机产品说明资料可知，燃气电厂的固定资产一般可视为总成本的20%，运维费用一般为5%（部分机组运行环境较差，维修频率高，故实际费用可能更高），燃料费用占比约达75%。针对国内一批投产较早，运行较平稳的燃气电厂，固定资产和运维费用占比降至20%，燃料费用占比可达80%。4.3 用气量及发电成本测算及验证
结合通用公司和西门子公司公布的燃气轮机机型参数，对ISO 条件下各种机型简单循环及联合循环模式的用气量、发电成本等信息开展初步测算，各种机型运行结果各有不同，但存在基本发展趋势。
1）“度电耗气量”计算公式
度电耗气量＝1/1 m 3NG 发电量＝1/（热值参数×联合循环能源利用效率）
结合通用公司和西门子公司的燃气轮机设备参数，对“度电耗气量”进行了整体测算。经测算，“度电耗气量”趋势为0.17~0.34 m 3/kW·h 。整体 趋势可理解为，设备型号越高，度电耗气量越低；同种机型的“联合循环”均比“简单循环”耗气量更低，两种循环模式度电耗气量相差约30%。
2）“达出力每小时耗气量”计算公式达出力每小时耗气量＝出力MW/能源利用效率%/热值参数/气化率
随着燃气轮机的不断发展，“出力MW ”范
