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西門(mén)子*新的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置將天然氣中60.75%的能源轉(zhuǎn)化成為電力——?jiǎng)?chuàng)下了世界紀(jì)錄。該裝置可以在30分鐘內(nèi)開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)，這對(duì)彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電的供電量波動(dòng)是很有必要的。

章明 1 3 2 1 7 4 3 0 0 1 3

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2011年5月一座發(fā)電裝置創(chuàng)下了世界紀(jì)錄。該發(fā)電裝置的一個(gè)輪機(jī)被載入了吉尼斯世界紀(jì)錄，并榮獲了無(wú)數(shù)環(huán)境獎(jiǎng)和創(chuàng)新獎(jiǎng)。聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)——世界上同類(lèi)產(chǎn)品中*大、效率*高的系統(tǒng)——是德國(guó)伊士爾京發(fā)電廠第4區(qū)的中央組件。在經(jīng)過(guò)數(shù)年測(cè)試后，2011年7月22日，這個(gè)13米高、444公噸重的輪機(jī)開(kāi)始在E.ON電力公司被用于商業(yè)發(fā)電。

該發(fā)電裝置的輸出功率達(dá)375 兆瓦（MW），發(fā)電效率40%。它使用蒸汽輪機(jī)和西門(mén)子特別研發(fā)的熱量回收蒸汽發(fā)電機(jī)，曾創(chuàng)下了60.75%的世界效率紀(jì)錄，凈輸出功率達(dá)578兆瓦，這一數(shù)字甚至高于*初設(shè)計(jì)的輸出功率。因此，這個(gè)發(fā)電裝置的產(chǎn)電量可以滿(mǎn)足像柏林這樣擁有340萬(wàn)人口的城市的用電需求。與以前*先進(jìn)的發(fā)電裝置相比，這個(gè)發(fā)電裝置的效率要高出2.0%，因此每年可減排4.3萬(wàn)公噸二氧化碳，這相當(dāng)于1萬(wàn)輛中型轎車(chē)運(yùn)行2萬(wàn)公里產(chǎn)生的排放量。與全球所有聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的平均值相比，新發(fā)電裝置消耗的天然氣要少三分之一，產(chǎn)出每度電時(shí)排放的二氧化碳也減少了三分之一。

該燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)和關(guān)機(jī)速度也是無(wú)與倫比的。關(guān)機(jī)幾小時(shí)后，輪機(jī)能夠在重新開(kāi)機(jī)后大約30分鐘的時(shí)間內(nèi)達(dá)到全功率運(yùn)行。除了其環(huán)境兼容性，這一靈活性是該聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的第二張王牌。燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品經(jīng)理Willibald Fischer說(shuō)：“可再生能源發(fā)電設(shè)備正逐漸被廣泛應(yīng)用，但如果風(fēng)中有一朵云或風(fēng)力略微減弱就足以引起電網(wǎng)的波動(dòng)。未來(lái)，這種波動(dòng)很快就會(huì)被抵消，比如，可以使用聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置作備份?？焖賳?dòng)很必要，可以防止發(fā)電裝置在備用狀態(tài)下不斷被閑置?！?

可再生能源的堅(jiān)強(qiáng)后盾。Fischer的部分展望現(xiàn)在已經(jīng)成真。天晴日麗時(shí)，巴伐利亞的光伏系統(tǒng)已經(jīng)能夠提供當(dāng)?shù)厮枰话胍陨系碾娏?，預(yù)計(jì)在未來(lái)的幾年內(nèi)，可再生能源發(fā)電設(shè)施將大幅增加。

根據(jù)Fischer所說(shuō)，到2020年，在夏天有風(fēng)的日子里，僅可再生能源發(fā)電便能夠滿(mǎn)足全德國(guó)的電力需求達(dá)數(shù)小時(shí)。

但是如果天氣驟變，要盡快啟動(dòng)礦物燃料發(fā)電裝置。天然氣發(fā)電裝置總經(jīng)理Lothar Balling說(shuō)：“到2020年，我們需要增加發(fā)電量大約為3萬(wàn)至5萬(wàn)兆瓦的發(fā)電裝置儲(chǔ)備，或者德國(guó)已裝機(jī)發(fā)電裝置發(fā)電量的20%至30%。靈活的天然氣發(fā)電裝置恰好可以滿(mǎn)足這一目標(biāo)。不僅基建費(fèi)用低，而且在礦物燃料中，天然氣產(chǎn)生的二氧化碳*少。”

包括250名工程師在內(nèi)的750多位員工，為SGT5-8000H燃?xì)廨啓C(jī)和其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的研發(fā)、組裝和測(cè)試付出了巨大的心血。在將之交付給E.ON之前，西門(mén)子斥資5億多歐元建造了一座發(fā)電裝置原型。

總之，該燃?xì)廨啓C(jī)是經(jīng)過(guò)全新設(shè)計(jì)，而不是對(duì)現(xiàn)有型號(hào)的改良。能夠使這座發(fā)電裝置取得突破性的發(fā)電效率和靈活性，主要得益于燃?xì)廨啓C(jī)和整體設(shè)計(jì)的改進(jìn)。

工程師們提高了輪機(jī)的工作溫度，改進(jìn)了壓縮機(jī)及輪機(jī)葉片的材料和幾何外形，減少了風(fēng)冷損耗，改良了鍋爐、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，以適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)的要求。但在實(shí)現(xiàn)該發(fā)電裝置破紀(jì)錄的發(fā)電效率方面，工程師所做的*大貢獻(xiàn)在于，將燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒溫度從原來(lái)的1,400℃提高至現(xiàn)在的1,500℃左右。同時(shí)，輪機(jī)葉片的表面溫度相應(yīng)提高了，因此，還需要更好的隔熱措施。

所以，使用鎳合金來(lái)制作輪機(jī)葉片，因?yàn)殒嚭辖鹉軌蛟谪?fù)荷的方向上固化成單晶體，不易破裂。此外，有一個(gè)雙層阻熱涂層能夠起到隔熱作用。葉片的風(fēng)冷特性也被優(yōu)化了。開(kāi)發(fā)人員還優(yōu)化了葉片外形，減少了壓縮機(jī)葉片**端的渦流造成的損耗。為實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，他們模擬了壓縮機(jī)內(nèi)部的三維流體力學(xué)——對(duì)計(jì)算機(jī)模擬而言這是極具挑戰(zhàn)的。

要讓這臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)現(xiàn)如此高的發(fā)電效率，還需要其所有零部件的*佳配合。例如，針對(duì)該輪機(jī)的廢氣溫度而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的蒸汽輪機(jī)。

在蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)之間有必要安裝一臺(tái)大型鍋爐，從而有效地將大量廢氣轉(zhuǎn)化為蒸汽。這臺(tái)鍋爐重達(dá)7,000公噸，有一個(gè)表面積達(dá)51萬(wàn)平方米的熱交換器。Fischer說(shuō)：“聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置必須在每一個(gè)細(xì)節(jié)上都實(shí)現(xiàn)*佳協(xié)調(diào)。就像一輛汽車(chē)——如果不配備*佳底盤(pán)，哪怕*上乘的引擎也只能被埋沒(méi)?！?

工程藝術(shù)。為實(shí)現(xiàn)該發(fā)電裝置的快速啟動(dòng)和關(guān)機(jī)，開(kāi)發(fā)人員一方面完全使用空氣來(lái)冷卻燃?xì)廨啓C(jī)，另一方面用液壓手段優(yōu)化旋轉(zhuǎn)葉片和汽缸之間的間隙。后者需要將轉(zhuǎn)子的位置調(diào)整3毫米，從而防止葉片和汽缸在快速啟動(dòng)時(shí)相互碰撞。這種風(fēng)冷技術(shù)比局部或完全蒸汽冷凝技術(shù)更適于實(shí)現(xiàn)所需的靈活性，因?yàn)樵谳啓C(jī)啟動(dòng)時(shí)省去了等待蒸汽產(chǎn)生的時(shí)間。該輪機(jī)成功的另一個(gè)秘訣是在技術(shù)上集西門(mén)子和美國(guó)西屋公司兩家之所長(zhǎng)。西屋公司于1998年被西門(mén)子收購(gòu)。在保留西門(mén)子輪機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，工程師們選擇使用西屋公司設(shè)計(jì)的燃燒室，因?yàn)橄啾扔谖鏖T(mén)子的燃燒室，前者更容易在測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。

細(xì)致的測(cè)試貫穿著SGT5-8000H燃?xì)廨啓C(jī)的整個(gè)研發(fā)過(guò)程。因?yàn)楹虴.ON合作，所以從2007年到2009年的測(cè)試都是在伊士爾京發(fā)電廠的真實(shí)條件下進(jìn)行的。為了精確地分析該發(fā)電裝置的行為，試運(yùn)行期間安裝了3,000個(gè)傳感器。它們測(cè)量各種參數(shù)，包括氣壓、溫度、旋轉(zhuǎn)葉片的震動(dòng)、旋轉(zhuǎn)葉片**端的間距、氣流、機(jī)械應(yīng)力以及轉(zhuǎn)速。這些結(jié)果被用來(lái)微調(diào)并優(yōu)化SGT5-8000H輪機(jī)。

全球需求。購(gòu)買(mǎi)這臺(tái)創(chuàng)的燃?xì)廨啓C(jī)的客戶(hù)絡(luò)繹不絕。韓國(guó)的客戶(hù)訂購(gòu)了一臺(tái)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，將于2012年初交貨。佛羅里達(dá)的一家發(fā)電企業(yè)訂購(gòu)了6臺(tái)60赫茲的新版燃?xì)廨啓C(jī)。在該輪機(jī)的生命周期內(nèi)，在運(yùn)行、維護(hù)和基本建設(shè)費(fèi)用方面大概可以節(jié)約10億美元。

目前，美國(guó)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的平均發(fā)電效率低于40%。如果它們?nèi)慷加梦鏖T(mén)子的新型燃?xì)廨啓C(jī)，每年由此而額外產(chǎn)出的電力可以滿(mǎn)足2,500萬(wàn)美國(guó)人的需求——同時(shí)還不會(huì)增加二氧化碳排放量。為了對(duì)60赫茲輪機(jī)進(jìn)行細(xì)致的測(cè)試，西門(mén)子斥資1,700多萬(wàn)歐元在柏林的燃?xì)廨啓C(jī)工廠升級(jí)并擴(kuò)建了測(cè)試場(chǎng)地。自2011年7月起，為佛羅里達(dá)州一個(gè)客戶(hù)生產(chǎn)的輪機(jī)已經(jīng)開(kāi)始在這里接受全面測(cè)試。西門(mén)子的記錄分析師認(rèn)為，它們的輪機(jī)將繼續(xù)穩(wěn)踞冠軍寶座?！邦A(yù)計(jì)在未來(lái)5年間，通過(guò)使用規(guī)模更大、工作溫度更高的燃?xì)廨啓C(jī)，我們還能夠?qū)⒙?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的發(fā)電效率再提高一個(gè)百分點(diǎn)。這將進(jìn)一步提高這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保性，”Balling如是道。