在當(dāng)前的能源使用狀況下，推動(dòng)能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型、提高能源利用率，成為各國能源從業(yè)者共同的目標(biāo)。電力需求的增長，將使中國等發(fā)展中國家電力行業(yè)的脫碳變得更加困難。這一方面要努力推進(jìn)電力系統(tǒng)脫碳化，積極探索發(fā)展風(fēng)光可再生電力、推進(jìn)燃料轉(zhuǎn)換、“化石能源發(fā)電+CCS碳捕捉”等多種電力系統(tǒng)脫碳化路徑。另一方面，也要意識(shí)到電氣化并非能源轉(zhuǎn)型的全部，我們要從節(jié)約能源消費(fèi)、提高能源利用效率、發(fā)展可再生能源、氫能等其它能源多方面入手，提供一個(gè)更加多元化的低碳轉(zhuǎn)型方案。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電作為低碳環(huán)保、能源梯級(jí)利用的典型代表，已成為世界各國推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵措施。我國燃?xì)怆姀S在當(dāng)前形勢下也需探索出一條新的生存與發(fā)展之路。

　　燃?xì)怆姀S綜合優(yōu)勢高于燃煤電廠

　　隨著世界經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增大，世界能源消費(fèi)量持續(xù)增長，同時(shí)，世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸趨向優(yōu)質(zhì)化。2018年，經(jīng)合組織國家的煤炭需求降至1975年以來的最低水平，說明部分國家和地區(qū)已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)多元的能源結(jié)構(gòu)，可再生能源使用的增長替代了煤炭和石油的使用。據(jù)BP公司預(yù)測，中國能源消費(fèi)中煤炭的占比將快速下降，從2018年的60%降至2040年的35%，降低的總量基本由可再生能源和天然氣的增量抵消。

　　燃?xì)怆姀S污染物與碳排放水平優(yōu)于全生命周期的燃煤發(fā)電

　　對(duì)于燃煤電廠來說，排放的大氣污染物主要有氮氧化物、二氧化硫、煙塵等，因管道天然氣中基本不含硫，所以燃?xì)怆姀S排放的大氣污染物主要為氮氧化物。

　　2016年，原環(huán)境保護(hù)部下發(fā)的《火電行業(yè)排污許可證申請(qǐng)與核發(fā)技術(shù)規(guī)范》要求火電機(jī)組排污量按照機(jī)組裝機(jī)容量和年利用小時(shí)數(shù)，采用排放績效法測算。據(jù)測算，在裝機(jī)容量和年利用小時(shí)數(shù)一致的情況下，燃煤電廠的氮氧化物允許排放量是燃?xì)怆姀S的1.6倍?！　?/p>

　　而實(shí)施超低排放以后的燃煤機(jī)組的污染物當(dāng)量值仍明顯高于燃?xì)鈾C(jī)組，根本不存在所謂的環(huán)保優(yōu)勢。我國大部分地區(qū)火電廠氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)為50mg/m3，目前只有北京與深圳對(duì)燃?xì)鈾C(jī)組的氮氧化物排放提高了要求，要求排放濃度不大于15mg/m3。隨著低氮燃燒技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我國其他地區(qū)燃?xì)鈾C(jī)組的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)逐步降低到15mg/m3。

　　相關(guān)研究顯示，燃煤電廠和天然氣電廠的全生命周期碳排放分別為745.9735g/kWh、522.4980g/kWh，其中發(fā)電運(yùn)行分別占全生命周期碳排放的90.80%、68.15%，即燃煤電廠發(fā)電過程中碳排放量為677.34g/kWh，而天然氣電廠發(fā)電過程中的碳排放量僅為356.08g/kWh，不到燃煤電廠碳排放量的一半。整體來說,燃煤發(fā)電全生命周期和發(fā)電環(huán)節(jié)的碳排放均高于天然氣發(fā)電。

　　燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)能源利用效率優(yōu)勢明顯

　　根據(jù)中電聯(lián)發(fā)布的《中國電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2019》中的數(shù)據(jù)，2018年，全國6MW及以上電廠供電標(biāo)煤耗為307.6g/kWh，比2017年降低1.8g/kWh。根據(jù)國家發(fā)改委、原環(huán)境保護(hù)部及國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》，現(xiàn)役先進(jìn)水平的1000MW級(jí)超超臨界燃煤機(jī)組供電標(biāo)煤耗為285g/kWh，新建1000MW級(jí)超超臨界濕冷機(jī)組設(shè)計(jì)供電煤耗為282g/kWh。

　　按照供電煤耗282g/kWh計(jì)算，每千瓦時(shí)供電所耗能量為8264.57kJ，能源利用率為43.56%。根據(jù)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，E級(jí)聯(lián)合循環(huán)的氣耗為0.190Nm3/kWh，F(xiàn)級(jí)聯(lián)合循環(huán)在純凝工況下的氣耗為0.183Nm3/kWh，而新型的H級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組氣耗能達(dá)到0.170Nm3/kWh。即使以氣耗相對(duì)較高的E級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組計(jì)算，天然氣高位熱值按36MJ/m3計(jì)算，每千瓦時(shí)供電所耗能量為6840kJ，能源利用率為52.63%。按照H級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的氣耗計(jì)算，供電的能源利用率為62.4%。

　　可見，在能源利用的效率方面，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)比常規(guī)燃煤機(jī)組有明顯的優(yōu)勢。

　　燃料成本過高致燃?xì)怆姀S收益偏低

　　關(guān)于燃?xì)怆姀S與常規(guī)燃煤電廠經(jīng)濟(jì)性對(duì)比的研究有很多，從電廠的利潤情況來看，燃?xì)怆姀S的盈利能力的確不如燃煤電廠，而且存在較大差距。但是，造成這種情況的主要原因是燃?xì)怆姀S燃料成本遠(yuǎn)高于燃煤電廠，收益遠(yuǎn)低于燃煤電廠。

　　在我國，電網(wǎng)企業(yè)和電廠企業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)保障企業(yè)，在盈利的同時(shí)承擔(dān)了更多的社會(huì)責(zé)任。雖然電網(wǎng)對(duì)參與調(diào)峰的發(fā)電企業(yè)有額外獎(jiǎng)勵(lì)，但對(duì)于發(fā)電企業(yè)來說，電網(wǎng)的調(diào)峰獎(jiǎng)勵(lì)往往不能覆蓋調(diào)峰所產(chǎn)生的成本，導(dǎo)致企業(yè)調(diào)峰的積極性不高，此時(shí)只能通過限制工業(yè)用電來保障居民用電。如果完全從經(jīng)濟(jì)角度來說，這種運(yùn)行方式是不經(jīng)濟(jì)的，也導(dǎo)致燃?xì)鈾C(jī)組無法發(fā)揮調(diào)峰速度的優(yōu)勢，成為影響燃?xì)怆姀S利潤的一個(gè)重要原因。

　　在某些國家，電力生產(chǎn)經(jīng)營市場化程度較高，夏季高溫時(shí)，用電價(jià)格甚至可飆升至9美元/千瓦時(shí)，折合人民幣接近63元/千瓦時(shí)，是平時(shí)電價(jià)的180倍。在這種情況下，發(fā)電企業(yè)有足夠的積極性進(jìn)行調(diào)峰。雖然這是一個(gè)比較極端的情況，但對(duì)于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，其控制模式中有一種“尖峰負(fù)荷”（PEAK）模式，在這種模式下，燃?xì)廨啓C(jī)通過提高燃燒初溫以增加出力，這種運(yùn)行方式會(huì)降低設(shè)備使用壽命，此時(shí)需要電廠經(jīng)營者根據(jù)調(diào)峰電價(jià)和設(shè)備的成本進(jìn)行取舍。

　　燃?xì)鈾C(jī)組更適于調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷差

　　根據(jù)《2019年全球電力報(bào)告》中的數(shù)據(jù)，2018年，我國發(fā)電量為7.1萬億千瓦時(shí)，位居全球第一，占全球總發(fā)電量的26.7%，比第二名的美國多2.6萬億千瓦時(shí)。但我國人均耗電量排名在63位，說明我國電力行業(yè)仍有較大發(fā)展空間。由于電力難以儲(chǔ)存的特殊性，電力的生產(chǎn)和消耗需要保持實(shí)時(shí)平衡。近年來，雖然也發(fā)展了諸如抽水蓄能、電池蓄能等方法平衡電網(wǎng)的峰谷差，但對(duì)于目前電網(wǎng)的規(guī)模來說，這些手段的調(diào)節(jié)能力有限。對(duì)于電網(wǎng)來說，能夠快速調(diào)整負(fù)荷的發(fā)電機(jī)組比其它手段能更好地平衡電網(wǎng)的峰谷差。

　　常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組容量大，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供基本的負(fù)荷，調(diào)節(jié)負(fù)荷的速率為10MW/分鐘。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組具有啟動(dòng)快、調(diào)節(jié)負(fù)荷快的特點(diǎn)，負(fù)荷調(diào)節(jié)速率能夠達(dá)到65MW/分鐘，顯然燃?xì)鈾C(jī)組更適合用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)的峰谷差。另外，燃?xì)鈾C(jī)組啟動(dòng)快，既可以作為電網(wǎng)的黑啟動(dòng)電源，也可以對(duì)天然氣管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰，發(fā)揮儲(chǔ)氣庫的部分調(diào)峰作用。

　　燃?xì)怆姀S選址更為靈活

　　對(duì)燃煤電廠來說，其最主要的區(qū)域?yàn)槿济簝?chǔ)存區(qū)域，由于燃煤電廠對(duì)燃煤的需求量十分巨大，按照兩臺(tái)600MW燃煤發(fā)電機(jī)組的耗煤量，滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下每天需消耗煤炭約10500噸，如果電廠儲(chǔ)存15天的燃煤量，則存煤量達(dá)到15.75萬噸，儲(chǔ)煤廠占地約2萬平方米，加上灰場，總占地面積能達(dá)到40萬平方米。此外，由于煤炭運(yùn)輸量大，燃煤電廠需建立在鐵路或碼頭旁邊。而對(duì)同樣規(guī)模的燃?xì)怆姀S，由于天然氣采用管道輸送，總占地面積約14萬平方米。而且燃?xì)怆姀S排污量低，即使建設(shè)在城市中心也不會(huì)對(duì)周圍產(chǎn)生影響。

　　由燃煤電廠和燃?xì)怆姀S的特性可以看出，燃煤電廠適合建設(shè)在遠(yuǎn)離城市中心，靠近煤礦或鐵路、碼頭的地方。燃?xì)怆姀S則可以根據(jù)電負(fù)荷、熱負(fù)荷的集中程度選址，適合建設(shè)在采暖集中或工廠較集中的區(qū)域，如城市附近和工業(yè)園區(qū)。

　　燃?xì)廨啓C(jī)的廣泛使用將帶動(dòng)基礎(chǔ)性學(xué)科發(fā)展

　　從1939年世界第一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)投入商業(yè)運(yùn)行開始，燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展取得了長足進(jìn)步。其燃燒初溫能從最初的550℃發(fā)展到H級(jí)燃機(jī)的1500℃，得益于透平材質(zhì)以及涂層材料的飛速進(jìn)步。反過來說，也正是商業(yè)的需求促進(jìn)了材料的研究與發(fā)展。另外，燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用并不僅僅局限于商用與發(fā)電，還廣泛應(yīng)用于軍事上，主要為飛機(jī)及大型艦船的動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。GE公司曾在1969年推出LM2500型航改型燃機(jī)，直到今天仍應(yīng)用在美國海軍最新的水面作戰(zhàn)船上。

　　燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用，從某種意義上說，是為燃?xì)廨啓C(jī)核心技術(shù)的研發(fā)與進(jìn)步提供了平臺(tái)與支撐，任何成熟的技術(shù)都不是在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)明出來的，而是通過不斷實(shí)踐、研發(fā)、再實(shí)踐的過程得以實(shí)現(xiàn)。中科院上海高等研究院自主研發(fā)的天然氣分布式能源機(jī)組已投入商業(yè)運(yùn)行，為微型燃?xì)廨啓C(jī)的國產(chǎn)化向前推進(jìn)了一大步。當(dāng)前，部分人士認(rèn)為我國沒有掌握燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)，造成燃機(jī)投資高、維修成本高，所以應(yīng)減少在燃?xì)廨啓C(jī)上的投資，這種認(rèn)識(shí)是片面的。燃?xì)廨啓C(jī)除了能推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展外，還能推進(jìn)燃燒理論、控制理論等基礎(chǔ)性學(xué)科發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)的廣泛使用必將會(huì)帶動(dòng)這些基礎(chǔ)性學(xué)科的發(fā)展。

　　燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)提高能源梯級(jí)利用水平

　　能源梯級(jí)利用是能源利用最合理和經(jīng)濟(jì)的一種方式。無論是一次能源還是余能資源，均應(yīng)按其品位逐級(jí)加以利用。燃?xì)狻羝麩犭娐?lián)產(chǎn)是一種典型的能源梯級(jí)利用方式，在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，高溫?zé)煔猓s1500℃）先用來發(fā)電，發(fā)電后的低溫?zé)煔猓s560℃）再將水加熱為水蒸汽，高溫蒸汽先用來發(fā)電，低溫余熱則可向工廠、寫字樓及住宅供熱與制冷。目前丹麥已經(jīng)不再建設(shè)大型火力發(fā)電廠，因?yàn)榇笮突痣姶嬖陔y以實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用、用戶終端能耗水平無法降低等問題，通過實(shí)施分布式能源系統(tǒng)，能源梯級(jí)利用的總能效可達(dá)80%以上。

　　由能源梯級(jí)利用的理論可知，工質(zhì)的初溫越高，其能源梯級(jí)利用的范圍就越大，能源利用的效率就越高。與燃?xì)怆姀S相比，燃煤電廠的工質(zhì)為水及水蒸汽，其初溫為500℃-600℃，而燃?xì)怆姀S的一級(jí)工質(zhì)為空氣和天然氣，二級(jí)工質(zhì)為水及水蒸汽，對(duì)E級(jí)燃機(jī)而言，其一級(jí)工質(zhì)的初溫可達(dá)1124℃，對(duì)目前最先進(jìn)的H級(jí)燃機(jī)來說，其一級(jí)工質(zhì)的初溫可達(dá)到1500℃，這也是燃?xì)怆姀S效率高于燃煤電廠的根本原因。

　　能源的梯級(jí)利用包括按質(zhì)用能和逐級(jí)多次利用兩個(gè)方面。其中，按質(zhì)用能就是盡可能不使高質(zhì)能源去做低質(zhì)能源可完成的工作，在一定要用高溫?zé)嵩磥砑訜釙r(shí)，也盡可能減少傳熱溫差。在只有高溫?zé)嵩?，又只需要低溫加熱的情況下，則應(yīng)先用高溫?zé)嵩窗l(fā)電，再利用余熱供熱，如熱電聯(lián)產(chǎn)。逐級(jí)多次利用就是高質(zhì)能源的能量不一定要在一個(gè)設(shè)備或過程中全部用完，因?yàn)樵谑褂酶哔|(zhì)能源的過程中，能源的溫度是逐漸下降的（即能質(zhì)下降），而每種設(shè)備在消耗能源時(shí)，總有一個(gè)最經(jīng)濟(jì)合理的使用溫度范圍。這樣，當(dāng)高質(zhì)能源在一個(gè)裝置中已降至經(jīng)濟(jì)適用范圍以外時(shí)，即可轉(zhuǎn)至另一個(gè)能夠經(jīng)濟(jì)使用這種較低能質(zhì)的裝置中去使用，使總的能源利用率達(dá)到最高水平。

　　近年來，隨著能源利用水平的提高，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展為熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)，通過余熱鍋爐末級(jí)熱量生產(chǎn)熱水，并通過溴化鋰設(shè)備生產(chǎn)出7℃左右的冷水，向生產(chǎn)辦公區(qū)域及電廠周圍用戶供應(yīng)冷水，進(jìn)一步提高了能源的利用率。雖然能源梯級(jí)利用是針對(duì)發(fā)電和供熱企業(yè)提出的，但可以廣泛地?cái)U(kuò)展到制冷、化工、冶金等各種工業(yè)過程，必要時(shí)可用熱泵來提高熱源的溫度品位后再利用。不同的企業(yè)對(duì)能量的等級(jí)要求是不一樣的，可以根據(jù)各用能企業(yè)的能級(jí)需求，先將高能級(jí)熱源經(jīng)上一級(jí)企業(yè)使用后降為低能級(jí)熱源，再供給需求低的企業(yè)使用。能量的梯級(jí)利用能夠有效滿足各單位的用能需要，而不增加能源消耗，極大地提高了能源利用率。

　　燃?xì)怆姀S要提升自身生存能力

　　進(jìn)入2020年，“十三五”即將迎來尾聲。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力顯著增強(qiáng)，我國能源領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化，取得了舉世矚目的偉大成就。傳統(tǒng)的“等、靠、要”經(jīng)營方式已經(jīng)落伍，經(jīng)營者如果還保持過去電廠的經(jīng)營理念，必然會(huì)將電廠帶入發(fā)展的死胡同。燃?xì)怆姀S也需要在多元化經(jīng)營上大膽嘗試和創(chuàng)新。

　　首先，要開辟主營業(yè)務(wù)外的新業(yè)務(wù)。創(chuàng)新商業(yè)模式，逐步向綜合能源服務(wù)商和供應(yīng)商轉(zhuǎn)型，建立以熱電生產(chǎn)為主，綜合能源為輔的新模式。在電力生產(chǎn)過程中，為保證發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，會(huì)配套除鹽水、壓縮空氣的生產(chǎn)，而電廠在設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)在水、氣最大使用量的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一些余量，以保證工況最惡劣的情況下發(fā)電機(jī)組能正常運(yùn)行。在不增加設(shè)備的基礎(chǔ)上，可以將多余的除鹽水、壓縮空氣作為商品出售給周邊需要的企業(yè)，既可為周邊企業(yè)節(jié)省設(shè)備投資和運(yùn)行維護(hù)成本，也可為企業(yè)增加利潤。

　　其次，要優(yōu)先發(fā)展分布式能源系統(tǒng)。結(jié)合“十三五”新型城鎮(zhèn)化建設(shè)和城鄉(xiāng)天然氣管道布局規(guī)劃和建設(shè)，優(yōu)先發(fā)展分布式能源系統(tǒng)，因地制宜發(fā)展大型天然氣發(fā)電(熱電)站，以實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用。在電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰容量不足地區(qū)，利用天然氣發(fā)電機(jī)組承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行靈活性、可靠性，減少棄風(fēng)、棄水、棄光。

　　再次，要搶抓碳排放機(jī)遇，爭取外部市場收益。作為燃機(jī)發(fā)電企業(yè)，相比燃煤電廠，有著碳減排優(yōu)勢，要認(rèn)真研究碳排放交易政策，跟蹤掌握國內(nèi)碳排放政策走向，使碳減排交易成為新的利潤增長點(diǎn)。燃?xì)怆姀S要利用燃機(jī)減排優(yōu)勢，積極介入，充分利用碳交易機(jī)制，依靠碳市場機(jī)制來合理配置碳排放權(quán)這一環(huán)境資源，合理制定碳資產(chǎn)的經(jīng)營策略，對(duì)碳資產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)碳資產(chǎn)收益最大化。

　　“十四五”時(shí)期是我國由全面建成小康社會(huì)向基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化邁進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期，是積極應(yīng)對(duì)國內(nèi)社會(huì)主要矛盾轉(zhuǎn)變和國際經(jīng)濟(jì)政治格局深刻變化的戰(zhàn)略機(jī)遇期。“十四五”期間，我國的能源產(chǎn)業(yè)必將得到更加充分的發(fā)展。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電作為低碳環(huán)保、能源梯級(jí)利用的典型代表，建議相關(guān)部門在“十四五”能源規(guī)劃修訂時(shí)高度重視，提高天然氣發(fā)電比重，繼續(xù)深化能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。

　　一是從我國的資源結(jié)構(gòu)來看，天然氣屬于一種稀缺的能源資源，使用時(shí)應(yīng)提高利用效率。熱電冷三聯(lián)供技術(shù)，則提供了一種很好的梯級(jí)利用高品質(zhì)能源的方式，既能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)又有利于環(huán)境保護(hù)，符合我國目前的國情和能源技術(shù)的發(fā)展潮流。

　　二是從能源的發(fā)展來看，雖然世界各國都在努力降低煤耗，但隨著能源需求的日益增加，煤炭的需求總量仍將增加，煤炭作為能源供應(yīng)的主力短期內(nèi)不會(huì)改變。而天然氣的供應(yīng)緊缺情況也會(huì)隨著開采技術(shù)及天然氣貿(mào)易的發(fā)展，逐年得到改善。

　　三是燃煤電廠與燃?xì)怆姀S在電網(wǎng)中的作用各有側(cè)重，燃煤電廠適合作為電網(wǎng)的基礎(chǔ)負(fù)荷，承擔(dān)保障電網(wǎng)安全及電力供應(yīng)的主力作用。而燃?xì)怆姀S適合布局在電負(fù)荷及熱負(fù)荷中心，以其清潔、高效、快速的特性為電網(wǎng)充分發(fā)揮調(diào)峰作用。

　　四是燃?xì)怆姀S應(yīng)該根據(jù)自身的優(yōu)勢，開展多種經(jīng)營模式，拓展電廠的業(yè)務(wù)范圍，提升生存能力。