【电力】揭秘全球最高效燃气电厂

位于莱茵河畔的杜塞尔多夫是一座时尚精致的现代化城市，素有“小巴黎”之称，但这座流光溢彩的西德名城的地标却非“艾菲尔铁塔”式的前卫艺术建筑，而是一座被称为“城市之窗”的现役燃气电厂——Lausward热电联产联合循环电厂。矗立于莱茵河“几字型”内弯处的Lausward电厂部分外墙采用将内核外露的透明设计，不禁让人联想到超级跑车将高性能引擎可视化的特别设计。

事实上，选用西门子SGT5-8000H重型燃机作为“引擎”的Lausward电厂确实堪称业界的“顶级超跑”，用无可争辩的数据刷新着多项世界纪录，特别是高达61.5%的发电净效率、603.8兆瓦的发电装机以及300兆瓦的供热规模均为世界同级电厂之最。近日，《中国能源报》记者赴杜塞尔多夫，实地探访了这座在多个维度领跑世界的现代化电厂的特别之处。

三重“最”

在全球化的低碳能源转型中，德国一直是先行者，特别是自2011年福岛核事故爆发后宣布弃核以来，德国政企两界均在积极探索能源无碳化之路，柏林方面更是提出了2050年可再生能源占比80%的宏大目标。在此背景下，作为欧洲人口最稠密、经济最发达地区——德国北莱茵-威斯特法伦州的首府，杜塞尔多夫顺势提出了2050年实现碳中和的目标，Lausward电厂正是在这样的背景下应运而生。

 

2012年初，杜塞尔多夫公用事业局（SWD）决定在低碳、高效、环保的前提下，彻底改造这座城市已运营近70年的传统发电中心——Lausward燃煤电厂，进而可靠满足当地供水、供气、供电和区域供热需求。最终SWD选择的解决方案是燃气蒸汽联合循环发电，并于当年5月与西门子签署燃机合同，核心机组确定选用西门子最先进的SGT5-8000H燃气轮机，并将古罗马幸运女神的名字“Fortuna”定为机组的正式代号。

2014年5月下旬，现场启动燃气轮机安装工作；2015年4月，燃气轮机点火，并于当年秋天成功试运行；2016年1月，Fortuna机组正式投入商业运营。

西门子股份公司发电与天然气集团首席技术官赵作智告诉记者，Fortuna在试运行阶段即刷新了三项世界记录：高达61.5%的发电净效率和603.8兆瓦的发电装机均为世界之最，足以满足一座240万人口规模的城市用电需求。与此同时，从全球范围看，Fortuna机组300兆瓦的供热能力，也已是仅配置一台燃气轮机和一台蒸汽轮机的联合循环电厂的极值。

值得注意的是，在热启动的情况下，Lausward电厂的燃气轮机可在25分钟内达到满负荷运行，并且可在同样的时间内再次停机，极短的启停响应时间意味着大容量的Fortuna机组拥有巨大的调峰潜力和优势，这在可再生能源占比持续快速攀升的德国，乃至国情类似的中国，无疑极具价值。

据西门子Fortuna项目负责人EvaWindecker介绍，2015年德国以风电和光伏为代表的可再生能源装机已达80吉瓦，占到当年全国发电总装机的四成，未来随着能源转型的持续推进，德国官方预计这一比例到2030年和2050年将分别增至45%和62%。

可以预见的是，为克服海量风光发电的间歇性，在储能技术未现重大突破的前提下，未来德国的调峰需求激增将成必然。但因需优先满足供热供电需求，Lausward电厂目前尚未承担调峰任务。

最强“心脏”

Lausward电厂领跑世界的高效与其核心装备——燃气轮机有直接关系。

Windecker告诉记者，Fortuna机组采用了西门子燃机产品序列中设计最先进、性能最强劲的SGT5-8000H型燃气轮机，这个重达445吨的大家伙在“体格”上相当于250台保时捷911 Turbo跑车或者一台加满燃料的空客A380，与之相对应的是“巨兽级”的动力表现——高达435兆瓦的功率相当于1380台911 Turbo的马力之和；1500℃的点火温度已接近铁的熔点；满负荷运转时燃机叶片产生的离心力高达10000g，与之相对应的是，喷气式飞机全速飞行时离心力仅为7g，但已是飞行员能够承受的生理极限。

 

在发电效率方面，在此之前，同样采用西门子SGT5-8000H燃机的德国南部Irishing电厂曾于2011年5月实现了60.75%的联合发电净效率，刷新了当时的世界纪录，这也是人类首次实现超过60%的净发电效率。赵作智告诉记者，此次实现0.75个百分点的自我超越，是一系列工程设计优化的结果，包括进一步改进主燃气轮机、发电机、汽轮机部件和水/蒸汽循环系统，特别是余热锅炉和过程参数。

记者拿到的最新数据显示，截至目前，西门子H型燃机在全球范围内已投产41台机组，已签订合同的燃机数量则已达82台，其中最顶级的SGT-8000H系列燃机已在欧洲、美洲、非洲和亚洲地区积累了35万运行小时的实战经验。

值得注意的是，在德国本土仅有两台H型燃机投产，这意味着出口是西门子H级燃气轮机的重要销售渠道，其中将“十三五”气电装机目标较前一个5年计划提升了近一倍，且将天然气定位由“过渡能源”转为“主体能源”的中国显然是核心目标市场之一，并已有所斩获——今年1月，西门子获得香港青山发电有限公司的订单，将为其位于香港西北部屯门地区的龙鼓滩发电厂提供联合循环发电设备，包括一台SGT5-8000H燃气轮机、一台SST5-5000蒸汽轮机、一台SGen5-3000W水冷发电机以及SPPA-T3000控制系统。

环保标杆

Lausward电厂的先锋意义不仅限于高效，另一个不可忽视的特点是先进的环保理念和执行力。“我们为环保作出的贡献至少包括两点。” Windecker告诉记者，“一是从烧煤变成烧气，自然会干净很多，二是它很安静。”

 

在“煤改气”的基础上，得益于超高的发电效率，加之高效利用发电过程产生的热能，Lausward电厂的天然气燃料效率随之大增至85%左右，这使得Lausward电厂的二氧化碳排量降至230克。“以欧盟燃煤电厂的平均排放量做为基准，采用天然气发电的同等规模电厂可减排约53%，如果采用Fortuna的机组和西门子的先进技术，二氧化碳排放量可在这个基础上进一步降至燃煤电厂的31%，如果加上区域供热的减排量，Lausward电厂最终的碳排量仅为燃煤电厂的23%。”Windecker为记者算了一笔数字帐，“相当于每年可减少250万吨二氧化碳，或者125万辆年均行驶1.5万公里的汽车一年排放的二氧化碳排放量之和。”

与此同时，“电厂离内城很近，附近还有一所医院，这意味着电厂必须将噪音控制在极低的水平。”Windecker告诉记者，通过装配吸音板、降噪墙、弹簧隔振器等一系列降噪措施，Lausward厂区外的实测噪音水平在25分贝以下，相当于轻声耳语。事实上，当记者在干净整洁、梧桐丛生的Lausward电厂参观时，除了进入机组厂房需要佩戴降噪耳机外，厂区其他区域的噪音控制相当到位，同行者必须摘掉耳机才能听清对方的声音，“静音”水准可见一斑。