位于萊茵河畔的杜塞爾多夫是一座時(shí)尚精致的現(xiàn)代化城市，素有“小巴黎”之稱，但這座流光溢彩的西德名城的地標(biāo)卻非“艾菲爾鐵塔”式的前衛(wèi)藝術(shù)建筑，而是一座被稱為“城市之窗”的現(xiàn)役燃?xì)怆姀S——Lausward熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)合循環(huán)電廠。矗立于萊茵河“幾字型”內(nèi)彎處的Lausward電廠部分外墻采用將內(nèi)核外露的透明設(shè)計(jì)，不禁讓人聯(lián)想到超級(jí)跑車將高性能引擎可視化的特別設(shè)計(jì)。

事實(shí)上，選用西門子SGT5-8000H重型燃機(jī)作為“引擎”的Lausward電廠確實(shí)堪稱業(yè)界的“頂級(jí)超跑”，用無(wú)可爭(zhēng)辯的數(shù)據(jù)刷新著多項(xiàng)世界紀(jì)錄，特別是高達(dá)61.5%的發(fā)電凈效率、603.8兆瓦的發(fā)電裝機(jī)以及300兆瓦的供熱規(guī)模均為世界同級(jí)電廠之最。近日，《中國(guó)能源報(bào)》記者赴杜塞爾多夫，實(shí)地探訪了這座在多個(gè)維度領(lǐng)跑世界的現(xiàn)代化電廠的特別之處。

三重“最”

在全球化的低碳能源轉(zhuǎn)型中，德國(guó)一直是先行者，特別是自2011年福島核事故爆發(fā)后宣布棄核以來，德國(guó)政企兩界均在積極探索能源無(wú)碳化之路，柏林方面更是提出了2050年可再生能源占比80%的宏大目標(biāo)。在此背景下，作為歐洲人口最稠密、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)——德國(guó)北萊茵-威斯特法倫州的首府，杜塞爾多夫順勢(shì)提出了2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，Lausward電廠正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。

 

2012年初，杜塞爾多夫公用事業(yè)局（SWD）決定在低碳、高效、環(huán)保的前提下，徹底改造這座城市已運(yùn)營(yíng)近70年的傳統(tǒng)發(fā)電中心——Lausward燃煤電廠，進(jìn)而可靠滿足當(dāng)?shù)毓┧�、供氣、供電和區(qū)域供熱需求。最終SWD選擇的解決方案是燃?xì)庹羝��?lián)合循環(huán)發(fā)電，并于當(dāng)年5月與西門子簽署燃機(jī)合同，核心機(jī)組確定選用西門子最先進(jìn)的SGT5-8000H燃?xì)廨啓C(jī)，并將古羅馬幸運(yùn)女神的名字“Fortuna”定為機(jī)組的正式代號(hào)。

2014年5月下旬，現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)安裝工作；2015年4月，燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火，并于當(dāng)年秋天成功試運(yùn)行；2016年1月，F(xiàn)ortuna機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

西門子股份公司發(fā)電與天然氣集團(tuán)首席技術(shù)官趙作智告訴記者，F(xiàn)ortuna在試運(yùn)行階段即刷新了三項(xiàng)世界記錄：高達(dá)61.5%的發(fā)電凈效率和603.8兆瓦的發(fā)電裝機(jī)均為世界之最，足以滿足一座240萬(wàn)人口規(guī)模的城市用電需求。與此同時(shí)，從全球范圍看，F(xiàn)ortuna機(jī)組300兆瓦的供熱能力，也已是僅配置一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)和一臺(tái)蒸汽輪機(jī)的聯(lián)合循環(huán)電廠的極值。

值得注意的是，在熱啟動(dòng)的情況下，Lausward電廠的燃?xì)廨啓C(jī)可在25分鐘內(nèi)達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，并且可在同樣的時(shí)間內(nèi)再次停機(jī)，極短的啟停響應(yīng)時(shí)間意味著大容量的Fortuna機(jī)組擁有巨大的調(diào)峰潛力和優(yōu)勢(shì)，這在可再生能源占比持續(xù)快速攀升的德國(guó)，乃至國(guó)情類似的中國(guó)，無(wú)疑極具價(jià)值。

據(jù)西門子Fortuna項(xiàng)目負(fù)責(zé)人EvaWindecker介紹，2015年德國(guó)以風(fēng)電和光伏為代表的可再生能源裝機(jī)已達(dá)80吉瓦，占到當(dāng)年全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)的四成，未來隨著能源轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn)，德國(guó)官方預(yù)計(jì)這一比例到2030年和2050年將分別增至45%和62%。

可以預(yù)見的是，為克服海量風(fēng)光發(fā)電的間歇性，在儲(chǔ)能技術(shù)未現(xiàn)重大突破的前提下，未來德國(guó)的調(diào)峰需求激增將成必然。但因需優(yōu)先滿足供熱供電需求，Lausward電廠目前尚未承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)。

最強(qiáng)“心臟”

Lausward電廠領(lǐng)跑世界的高效與其核心裝備——燃?xì)廨啓C(jī)有直接關(guān)系。

Windecker告訴記者，F(xiàn)ortuna機(jī)組采用了西門子燃機(jī)產(chǎn)品序列中設(shè)計(jì)最先進(jìn)、性能最強(qiáng)勁的SGT5-8000H型燃?xì)廨啓C(jī)，這個(gè)重達(dá)445噸的大家伙在“體格”上相當(dāng)于250臺(tái)保時(shí)捷911 Turbo跑車或者一臺(tái)加滿燃料的空客A380，與之相對(duì)應(yīng)的是“巨獸級(jí)”的動(dòng)力表現(xiàn)——高達(dá)435兆瓦的功率相當(dāng)于1380臺(tái)911 Turbo的馬力之和；1500℃的點(diǎn)火溫度已接近鐵的熔點(diǎn)；滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃機(jī)葉片產(chǎn)生的離心力高達(dá)10000g，與之相對(duì)應(yīng)的是，噴氣式飛機(jī)全速飛行時(shí)離心力僅為7g，但已是飛行員能夠承受的生理極限。

 

在發(fā)電效率方面，在此之前，同樣采用西門子SGT5-8000H燃機(jī)的德國(guó)南部Irishing電廠曾于2011年5月實(shí)現(xiàn)了60.75%的聯(lián)合發(fā)電凈效率，刷新了當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄，這也是人類首次實(shí)現(xiàn)超過60%的凈發(fā)電效率。趙作智告訴記者，此次實(shí)現(xiàn)0.75個(gè)百分點(diǎn)的自我超越，是一系列工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的結(jié)果，包括進(jìn)一步改進(jìn)主燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)部件和水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)，特別是余熱鍋爐和過程參數(shù)。

記者拿到的最新數(shù)據(jù)顯示，截至目前，西門子H型燃機(jī)在全球范圍內(nèi)已投產(chǎn)41臺(tái)機(jī)組，已簽訂合同的燃機(jī)數(shù)量則已達(dá)82臺(tái)，其中最頂級(jí)的SGT-8000H系列燃機(jī)已在歐洲、美洲、非洲和亞洲地區(qū)積累了35萬(wàn)運(yùn)行小時(shí)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

值得注意的是，在德國(guó)本土僅有兩臺(tái)H型燃機(jī)投產(chǎn)，這意味著出口是西門子H級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的重要銷售渠道，其中將“十三五”氣電裝機(jī)目標(biāo)較前一個(gè)5年計(jì)劃提升了近一倍，且將天然氣定位由“過渡能源”轉(zhuǎn)為“主體能源”的中國(guó)顯然是核心目標(biāo)市場(chǎng)之一，并已有所斬獲——今年1月，西門子獲得香港青山發(fā)電有限公司的訂單，將為其位于香港西北部屯門地區(qū)的龍鼓灘發(fā)電廠提供聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備，包括一臺(tái)SGT5-8000H燃?xì)廨啓C(jī)、一臺(tái)SST5-5000蒸汽輪機(jī)、一臺(tái)SGen5-3000W水冷發(fā)電機(jī)以及SPPA-T3000控制系統(tǒng)。

環(huán)保標(biāo)桿

Lausward電廠的先鋒意義不僅限于高效，另一個(gè)不可忽視的特點(diǎn)是先進(jìn)的環(huán)保理念和執(zhí)行力。“我們?yōu)榄h(huán)保作出的貢獻(xiàn)至少包括兩點(diǎn)。” Windecker告訴記者，“一是從燒煤變成燒氣，自然會(huì)干凈很多，二是它很安靜。”

 

在“煤改氣”的基礎(chǔ)上，得益于超高的發(fā)電效率，加之高效利用發(fā)電過程產(chǎn)生的熱能，Lausward電廠的天然氣燃料效率隨之大增至85%左右，這使得Lausward電廠的二氧化碳排量降至230克。“以歐盟燃煤電廠的平均排放量做為基準(zhǔn)，采用天然氣發(fā)電的同等規(guī)模電廠可減排約53%，如果采用Fortuna的機(jī)組和西門子的先進(jìn)技術(shù)，二氧化碳排放量可在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)一步降至燃煤電廠的31%，如果加上區(qū)域供熱的減排量，Lausward電廠最終的碳排量?jī)H為燃煤電廠的23%。”Windecker為記者算了一筆數(shù)字帳，“相當(dāng)于每年可減少250萬(wàn)噸二氧化碳，或者125萬(wàn)輛年均行駛1.5萬(wàn)公里的汽車一年排放的二氧化碳排放量之和。”

與此同時(shí)，“電廠離內(nèi)城很近，附近還有一所醫(yī)院，這意味著電廠必須將噪音控制在極低的水平。”Windecker告訴記者，通過裝配吸音板、降噪墻、彈簧隔振器等一系列降噪措施，Lausward廠區(qū)外的實(shí)測(cè)噪音水平在25分貝以下，相當(dāng)于輕聲耳語(yǔ)。事實(shí)上，當(dāng)記者在干凈整潔、梧桐叢生的Lausward電廠參觀時(shí)，除了進(jìn)入機(jī)組廠房需要佩戴降噪耳機(jī)外，廠區(qū)其他區(qū)域的噪音控制相當(dāng)?shù)轿唬�同行者必須摘掉耳機(jī)才能聽清對(duì)方的聲音，“靜音”水準(zhǔn)可見一斑。