CCPP、CHP、常規機組在鋼鐵企業發電項目上的投資選擇分析

沈亞東

（江蘇沙鋼集團，江蘇張家港215625）

CCPP、CHP、常規機組在鋼鐵企業發電項目上的投資選擇分析

沈亞東

（江蘇沙鋼集團，江蘇張家港215625）

通過對常規發電機組、CCPP、CHP三種發電機組的效率、優缺點、整體效益的比較，對鋼鐵企業按照自身特點發展電廠項目的選擇具有一定的指導意義，同時對沼氣、天然氣、垃圾填埋氣、石油伴生氣（火炬氣）、瓦斯、生物質氣、煤層氣、油母頁巖氣等燃氣發電項目選擇也同樣具有借鑒意義。

CCPP；CHP；常規機組；效益；項目選擇

1 前言

目前，全國大型鋼鐵企業自備電廠發電量與企業自身用電量占比可達30%～80%，像寶鋼自發電已實現100%全部滿足生產用電，其中煤氣發電燃料主要有高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣。隨著鋼鐵行業長期微利微虧時代的到來，國家對循環經濟以及生態環境的日益重視，鋼鐵企業產生的煤氣資源最終必將全部加以回收利用，杜絕放散浪費、污染環境。其中，根據企業自身狀況、特點，選擇最適合自身類型的煤氣發電項目顯得格外重要。

目前常規火力發電機組在國內市場占比量最大，單機容量最大（國內最大機組已做到超超臨界1000 MW），制造技術、運行檢修都非常成熟。而鋼鐵企業煤氣發電機組已做到高溫高壓、超高壓級別，以及利用煤氣、天然氣、燃煤混合型鍋爐。

燃氣-蒸汽聯合循環發電（簡稱CCPP）作為當今時代最為先進、成熟的發電技術，以其高效、環保的優點在世界范圍內被廣泛應用（國內如：寶鋼、邯鋼、沙鋼、馬鋼、武鋼、首鋼、包鋼、濟鋼、漣鋼、重鋼、鞍鋼、太鋼等），并作為新建發電項目技術的首選。CCPP發電以日本三菱、GE、ABB為代表，國產CCPP研究應用也取得很大突破。對于燃燒低熱值的高爐煤氣，日本三菱的CCPP發電具有明顯的技術優勢。

燃氣內燃機發電(簡稱CHP)作為當今最為先進、新型的發電技術，其特點也是高效、環保，CHP以GE顏巴赫、曼海姆、瓦錫蘭為代表。目前CHP技術主要在國外有一定應用，國內主要集中在垃圾填埋氣、沼氣等非鋼鐵領域（如河南天冠集團生物沼氣CHP發電項目2011年10月并網發電），鋼鐵企業使用煤氣的CHP項目基本沒有（永鋼的GE顏巴赫內燃機高爐煤氣發電項目預計年底投產，湖北新冶鋼的內燃機發電項目方案正在論證中）。

2 三種機組工作原理

2.1 常規機組工作原理

常規火力發電技術的基本原理是燃料進入鍋爐爐膛燃燒，把水加熱產生蒸汽，蒸汽進入汽輪機膨脹做功，將蒸汽的熱能轉換為機械能，從而帶動發電機，再將機械能轉換為電能。

2.2 CCPP機組工作原理

燃氣-蒸汽聯合循環發電技術的基本原理是將

高爐煤氣經凈化、加壓后送往燃氣輪機燃燒、膨脹做功，帶動燃氣輪發電機組發電。同時燃氣輪機排放的高溫煙氣經過余熱鍋爐，產生蒸汽，帶動蒸汽輪發電機組發電，形成聯合循環發電。

2.3 CHP機組工作原理

燃氣內燃機發電技術的基本原理是將高爐煤氣經凈化，采用風機升壓后進入內燃機汽缸燃燒，所產生的高溫高壓煙氣直接推動活塞運行，周而復始重復壓縮、燃燒、膨脹、排氣四個過程，不斷的將燃料的化學能轉換熱能，進而轉換為機械能，帶動發電機發電。同時內燃機排出的尾氣進入余熱鍋爐，產生蒸汽對外供熱或帶動汽輪發電機組發電。

3 三種機組投資分析對比

現以常規150 MW機組（燃燒40萬m3/h純高爐煤氣、超高壓、一次中間再熱）為基準，選擇使用同等級煤氣量的日本三菱CCPP（M701SLDA）與GE顏巴赫CHP機組作對比分析。三種機組投資分析對比見表1。

3.1 CCPP與常規機組的對比分析

3.1.1CCPP的優勢分析

⑴從表1可以看出，CCPP機組其熱功轉換效率比同等級規模的常規鍋爐燃燒方式的機組蒸汽單循環發電技術明顯要高。可實現企業資源優化配置，降低企業綜合能耗、增加企業的經濟效益和市場競爭能力。

⑵CCPP的自動化程度高，設備穩定性好、維護量小，可實現一鍵啟動，運行與檢修人員配置較少。CCPP每班主體設備只需3個運行操作工，而常規

150MW機組主體設備每班至少要配備6個運行操作工。

表1 三種機組投資分析對比

⑶CCPP機組布置緊湊，占地面積小，用水少。CCPP總用水量約為常規機組的50%左右，而常規機組占地與用水較大。

⑷燃氣—蒸汽聯合循環發電裝置屬清潔能源生產技術，幾乎無煙塵，CO、NOX污染物排放少，環保性能好。可避免廢氣對大氣的嚴重污染，改善周邊環境，有利于所在地區經濟的持續發展。

⑸高爐煤氣低熱值燃料資源開發利用及燃氣—蒸汽聯合循環發電均已列入《當前國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術目錄》中，采用CCPP有利于促進企業設備更新和產業技術進步，有利于減少溫室氣體排放，節約資源和改善生態環境，符合可持續發展戰略，是國家重點鼓勵的工程建設項目，也是聯合國氣候公約和京都議定書協助的CDM項目（出售碳排放量的收益高）。

3.1.2CCPP的劣勢分析

⑴CCPP的大修費用昂貴（見表2）。從表中可以看出，燃機的年平均大修費用達到2780萬元，第十年的費用更是達到了7196萬元之多，而150 MW常規機組的年平均大修費用僅500萬元。

表2 CCPP與常規機組大修費用

⑵CCPP機組投資較大。一臺CCPP的投資為11億，而一臺常規150 MW機組的投資為4.5億，多投資的6.5億元將會在投資回收期內產生較大的財務成本。

⑶CCPP對國外廠家的技術依賴程度高。M701SLDA燃機是日本三菱獨家掌握技術的設備，其核心的熱部件及關鍵技術始終掌握在三菱手里，每次的大修備件都將依賴進口，技術服務也必須為日本TA，在備件及技術服務上會長期依賴外方。而常規150MW機組的生產和檢修技術較為成熟，沒有上述問題。

⑷CCPP的建設周期較長。

⑸負荷的變化對CCPP效率的影響較大(見圖1)。在滿負荷運行時，CCPP效率可高達46%，但當降低至80%負荷時，其效率將降低到42%的水平，負荷降低到50%時，其效率降低至34%，而常規150 MW機組，負荷從50%～100%之間，其效率變化沒有那么明顯。如果選擇CCPP機組，為了保持其高效率，必須優先保證其滿負荷運行。

圖1CCPP與常規機組負荷-效率圖

3.2 CCPP與CHP對比分析

3.2.1CCPP與CHP共同優點

⑴工藝流程相似，同屬于聯合循環的范疇，布置緊湊，占地面積小，用水量小，其中CHP用水量只有常規機組的30%～40%。

⑵CCPP與CHP發電效率高。而常規機組發電效率與CCPP、CHP根本沒有可比性，特別是高溫高壓（效率約30%）、中溫中壓常規機組（效率低于25%），效率更低。

⑶自動化程度高。CCPP與CHP自動化程度高，可實現一鍵啟動，人員配置較少。其中CHP更能在5 min之內達到滿負荷。

⑷CCPP與CHP機組同屬清潔能源生產技術，環保性能好。

3.2.2CHP相比CCPP的優越性

⑴CHP建設周期短，見效快。

⑵CHP模塊化設計、擴展性強。CHP采用模塊化設計，發電單元是一個單獨的模塊，整個電廠可以根據企業煤氣量的上升，增加更多的機組，具有良好的擴展性，不管發電單元的多少，都不影響整體發電的高效率。而CCPP不具備這一功能。

⑶CHP配置靈活、適應煤氣波動性強。CHP單機容量小，一般都配置多套，在煤氣大幅降低的條件下，可通過關停機組的數量來維持發電效率處于高效，且最低可運行到總負荷的5%；而CCPP隨著煤氣量的下降，其發電效率會大幅下降，CCPP與常規機組在負荷降到30%額定負荷后必須停機。

⑷CHP大修周期長（大修周期為60000～80000 h），大修時間短，能夠實現輪停檢修，對發電量的影響極小。CHP大修時只需將發電模塊從臺位移除返廠檢修，或者可直接將備用的發電模塊替換上去，由于發電模塊一般配套多套，因此大修一臺對整體負荷基本沒有影響。而CCPP的大修周期短，最長2年就要大修一次，每次的大修一般需要40天左右，大修期間將會造成煤氣的大量放散。

⑸CHP并網靈活。顏巴赫燃氣內燃機每個發電模塊都配有并網裝置，用戶可根據實際情況選擇并網的方式、可將負荷分割接入不同的變電所，可以真正實現并網不上網，負荷全部內部自用。CHP采用分散的并網方式，單臺發電模塊或者負荷單元故障，也不會對電網造成大的沖擊。而CCPP只有唯一的接入點，如果該區域用戶較少，多余的發電量將會上網，降低了發電的利用率。另外大容量的CCPP故障跳機后，不僅會對電網造成沖擊，而且會造成煤氣管網壓力的突增，存在一定的安全隱患。

⑹CHP大修后發電效率可提升10%～20%。CHP在正常運行2-3年后，可根據運行數據進行系統優化，在第一個大修周期內，可使發電效率輸出在原有的基礎上提升10%～20%，產生巨大的經濟效益。CCPP機組隨著運行時間的推移，設備磨損累計后只會造成效率的下降，根本不可能有提升的空間。

3.2.3CHP相比CCPP的劣勢

⑴CHP檢修工作量較大。CHP易損件、火花塞、潤滑油需定期進行檢查更換，CHP一般都要配幾十套的發電模塊，因此日常的維護有一定的工作量。CHP單臺發電模塊的日常檢修項目見表3。

表3 CHP單臺發電模塊的日常檢修工作量

⑵CHP在國外有一定的項目業績，但在國內基本沒有，投資具有一定的不確定性。CCPP在國內外使用已比較成熟，近幾年國內項目業績發展較快，基本沒有投資風險。

4 發電項目投資選擇的幾點建議

⑴在企業財務狀況沒有太大壓力的情況下，當前投資以CCPP為首選，不但能保證投資安全，而且能取得較高的經濟效益與社會效益。

⑵鑒于負荷變化對CCPP效率影響較大，對常規機組效率影響不明顯，企業內部可適當考慮小部分容量的常規機組，用以煤氣調節，保證CCPP機組始終滿發狀態，提高企業整體發電效率。

⑶對于受到并網變電所限制，特別是煤氣量波動較大、煤氣大量富余放散須短時間建成發電的企業，可以考慮上CHP項目，今后，隨著國內鋼鐵企業CHP項目成功業績的增多，投資CHP項目也是一個不錯的選擇。

⑷對于煤氣有少量富余的企業，選擇常規機組會受到機組容量限制，只能選擇中溫中壓或高溫高壓機組，其效率比超高壓常規機組低很多，如果供電價格按照上網價計算、再算上煤氣成本，則常規機組發電都是虧本的，而CCPP、CHP發電效率受機組容量的影響有限。因此建議小容量機組以上CCPP、CHP為好。

⑸CCPP、CHP相比于常規機組，整體效率具有絕對優勢，但CCPP、CHP一次性投資明顯大于常規機組，對企業的財務壓力較大。目前，對于投資CCPP、CHP項目，已出現鋼鐵企業與合作方聯合投資模式，以達到雙贏的目的。鋼鐵企業投資相當于常規機組的投資額，剩余投資額可由合作方投資，項目建成運行后幾年內，鋼鐵企業提取相當于常規機組所得效益，其余效益由合作方享受，若干年后，整體項目完全移交給鋼鐵企業，該投資方案較投資常規機組項目具有明顯優勢。

5 結束語

鋼鐵企業自備電廠早期基本都是常規機組，但是，CCPP以其效率絕對優勢，在國內運用已日趨成熟，現在大型鋼鐵企業基本都開始考慮使用上CCPP新項目，甚至已出現使用CCPP置換原有低參數的常規機組勢頭，很明顯，CCPP發電技術已代表了未來燃氣發電的一種趨勢。CHP作為當今最為先進、新型的發電技術，以其發電效率、發電模式的獨特優勢，今后在國內市場也將十分看好。

鋼鐵企業投資發電項目，一定要本著能源高效利用的總原則，并結合自身實際情況，有前瞻性地、長遠眼光地去選擇，投資時將發電項目前期選擇當成一種戰略性工作，前期選擇的成功與否將直接影響企業今后的盈利能力與市場競爭力。

Investment Analysis of CCPP,CHP and Conventional Generators in Power Projects of Steelmaking Enterprises

SHEN Yadong
(Jiangsu Shagang Group Co.,Ltd.,Zhangjiagang,Jiangsu 215625,China)

The efficiency,advantages and disadvantages and overall effectiveness of conventional,CCPP and CHP power generators are compared,to provide some guidance for power project development of steel enterprises according to their own characteristics and

ignificanceforselectionofpowergeneratorsusingmethane,naturalgas,landfillgas, petroleum gas(flare gas),firedamp,biomass gas,coal methane and oil shale gas,etc.

CCPP;CHP;conventional unit;benefit;project selection

TM61

B

1006-6764（2014）05-0042-04

2013-09-30

沈亞東（1978-），男，大專學歷，機械工程師，現從事動力生產技術管理工作。