分布式联合循环燃气轮机进气冷却系统
成果类型:: 发明专利,实用新型专利,软件著作权
发布时间: 2025-05-25 19:27:58
一种用于分布式联合循环机组的技术产品,主要用于提升燃气轮机在高温环境下的输出功率和运行效率,同时降低气耗率,优化调峰能力。该系统通过利用现有制冷站的冷量余量对燃气轮机进气进行冷却,降低进气温度,提高空气密度,从而显著提升机组性能。系统采用多回路布置方法和智能优化控制策略,实现高效运行和灵活性,同时在冷却过程中析出的凝结水通过挡水板和接水装置进行处理,避免对系统运行造成影响。该技术具有高效节能、设计紧凑、智能优化和环境适应性强的特点,特别适用于我国南方高温高湿地区以及存在制冷站冷量余量的电厂。技术成熟度较高,已在华能桂林分布式能源有限公司的实际应用中验证,运行稳定,具备大规模推广的条件。
该成果在能源利用效率和环保效益方面实现了双重突破。该系统通过精密设计的进气温度调节机制,可使联合循环机组在高温工况下的输出功率提升幅度最高可超过5%,同时实现气耗率降低2%以上的显著成效,不仅有效优化了天然气等化石能源的利用效率,更同步减少了单位发电量的碳排放强度,为电力行业碳减排目标提供了切实可行的技术路径。系统采用创新性湿空气处理设计,在换热器后侧设置多级挡水装置,并配备高效凝结水收集系统,形成完整的冷凝水管理方案,有效解决传统系统积水问题。此外,集成压力、温度、流量、湿度及差压等多参数监测网络,结合智能数据分析平台,实现运行状态实时监控与优化控制,大幅提升系统稳定性和调节精度。经济性方面,该技术投资回收期仅约2.97年,尤其适用于我国南方高温高湿地区,可显著缓解联合循环机组夏季出力下降问题。若在行业内推广,预计年节约标准煤超百万吨,减排二氧化碳300万吨以上,兼具显著经济效益与环保效益,对推动电力行业绿色转型具有重要战略意义。
本成果研发的分布式联合循环燃气轮机智能进气冷却系统具有广阔的应用前景和市场空间,可深度服务于我国能源电力行业的绿色低碳转型。在发电领域,该系统可广泛应用于分布式联合循环电站,特别适合我国南方年均气温超过20℃的高温高湿地区,包括广东、广西、福建、海南等沿海省份的调峰电厂,以及长三角、珠三角等经济发达地区的分布式能源项目。系统采用模块化设计,可适配GE、西门子、三菱等各型燃气轮机,改造成本较传统方案降低60%,投资回收期仅2-4年,经济性优势显著。在工业园区综合能源服务领域,本系统可与余热利用、冰蓄冷等技术形成多能互补解决方案,提升园区能源综合利用效率。随着我国“十四五”期间规划建设的百余个天然气分布式能源项目陆续投产,预计未来五年将产生超20亿元的市场需求。在新型电力系统建设中,该系统将为燃气机组提供关键的灵活性调节能力。通过智能冷却技术保障机组在极端天气下的稳定出力,可有效缓解夏季用电高峰时段的电力缺口。以广东省为例,若在全省40台9F级燃机推广应用本技术,预计每年可新增调峰电量12亿千瓦时,减少碳排放80万吨。在碳达峰碳中和背景下,系统带来的能效提升和减排效果可转化为碳资产,按当前碳价测算,单台机组年均可产生碳收益约50万元。随着全国碳市场覆盖范围扩大,这一价值将进一步提升。在技术延伸应用方面,本成果研发的数字孪生平台、流固耦合仿真方法等核心技术,可迁移应用于风电冷却系统、数据中心液冷系统等领域。团队正在开发面向氢能燃气轮机的进气调节系统,为未来氢能发电储备关键技术。随着我国能源结构调整和燃气发电占比提升,预计到2030年,本技术衍生的全产业链市场规模将突破100亿元,带动相关装备制造、智能运维等产业发展,创造显著的经济和社会效益。
**研发团队介绍** 本成果由西安热工研究院有限公司电站性能技术部高级工程师薛志恒领衔研发。薛志恒(1986年生,西安交通大学硕士)长期从事燃煤、核电及联合循环电站性能优化研究,主持完成54项性能检测项目,包括华能集团科技项目《燃气-蒸汽联合循环冷端系统综合节能优化研究》等,提出多项节能优化方法,省部级科技进步奖2项,获地市级科技进步奖21项,发表论文21篇,授权国家发明专利34项。 西安热工研究院作为国家级热能动力科研机构,依托多个国家级及省级研发平台(如煤基清洁能源国家重点实验室、国家能源清洁高效火力发电技术研发中心等),在火电灵活性改造、热力系统优化及CFD仿真领域具备领先技术实力,牵头制定多项国际标准和国家标准。团队在联合循环机组优化、储能系统设计及多能源互补研究方面积累了丰富经验,为本成果的研发与推广提供了坚实的技术支撑。
经济效益与研发投入方面,本项目累计投入研发经费465万元,其中工程项目投入165万元、研发费超过300万元。通过在华能桂林分布式能源公司的示范应用,投资回收期仅2.9年。经第三方检测证实,系统可使机组出力提升4.17%-5.06%,发电气耗降低1.6%-2.4%,按全国潜在改造市场测算,预期经济效益可达4600万元。针对系统智能化程度提升等后续研发,预计还需投入800万元研发经费,计划在2025-2027年完成技术升级。
在科技进步与生态效益方面,本项目成果经中国电机工程学会鉴定整体达到国际先进水平,其中进气冷却换热器多联回路布置及控制策略居国际领先地位。技术的推广应用显著提升了我国燃气发电装备的自主创新能力,打破了国外在高效冷却领域的技术垄断。环境效益方面,单台机组年均可减排二氧化碳4000吨,全国推广预计年减排量可达300万吨,为实现“双碳”目标提供了重要技术支撑。系统通过提升机组在极端天气下的运行稳定性,有力保障了电网安全,特别是在夏季用电高峰期间可增加调峰容量5%以上,对维护能源安全具有战略意义。
社会效益显著体现在三个方面:一是通过降低发电成本间接减轻了民生用电负担;二是带动了智能控制、高效换热器等配套产业发展,创造了新的就业机会;三是为相似工业领域的冷却系统优化提供了可借鉴的技术方案。该技术正在广东、福建等地的6个电厂开展推广应用前期工作,预计2025年前可完成10台以上机组改造,年新增经济效益超2000万元。项目的成功实施彰显了科技创新在推动能源革命、保障国家能源安全、改善生态环境等方面的重要作用,对建设清洁低碳、安全高效的能源体系具有重大示范价值。
本成果采取多元化的成果转化模式,重点推进以下四种合作方式:一是技术合作开发,希望与各大发电集团等能源企业建立战略合作关系,共同开展针对不同机型、不同气候条件的定制化开发;二是技术咨询服务,可为电厂改造项目提供从可行性研究、方案设计到效果评估的全过程专业技术支持;三是技术服务输出,提供包括工程改造、系统调试、性能测试、运行优化等在内的技术服务包;四是委托开发模式,接受企业委托进行特定技术升级研发。希望合作方具备相应的工程实施能力和市场资源,共同建立行业标准,推动形成产学研用协同创新的长效机制。特别欢迎具有电厂运营经验或能源投资背景的战略投资者参与,共同打造燃气发电节能降碳的示范工程。