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與賽跑選手一樣，采用的燃煤和燃?xì)獍l(fā)電廠必須同時(shí)做到高效和靈活。這是因?yàn)橐患掖笮桶l(fā)電廠在消耗等量資源的情況下，其效率每增加千分之一，每年即可減排大約7000噸二氧化碳，或增加700萬千瓦時(shí)的發(fā)電量。同時(shí)，隨著可再生能源發(fā)電量占比不斷上升，化石燃料發(fā)電廠的運(yùn)行必須更加靈活。比如，在天空陰云密布或風(fēng)力很小甚至無風(fēng)的日子里，采用化石燃料的發(fā)電廠必須盡快投入滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

新電廠必須從建設(shè)之初就考慮運(yùn)行的高效和靈活。當(dāng)今的燃煤電廠的發(fā)電效率為46%，比全球電廠的平均水平高出15個(gè)百分點(diǎn)。聯(lián)合循環(huán)電廠的效率在60%以上。過去五年來，盡管全球新建了裝機(jī)總量為3.5億千瓦的*燃煤電廠，但全球傳統(tǒng)燃煤電廠的裝機(jī)總量超過16億千瓦。在某些國(guó)家，新老電廠之比甚至更低。比如，俄羅斯80%以上的燃煤電廠已服役超過20年，有些電廠的發(fā)電效率只有23%，也就是說，這些發(fā)電廠每發(fā)一度電所排放的二氧化碳是新建電廠的兩倍。

新老電廠之間的主要差別在于：*，現(xiàn)代化發(fā)電廠的蒸汽溫度最高可超過600℃，而老電廠的最高蒸汽溫度只有500℃左右。老電廠必須經(jīng)過*重建，才能實(shí)現(xiàn)這100℃的提升。第二大差異在于輪機(jī)，情況則與此不同，這主要是因?yàn)檩啓C(jī)每隔20到25年必須進(jìn)行一次大修。

在佛羅里達(dá)州奧蘭多市負(fù)責(zé)西門子能源全球服務(wù)業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)工作的Steve Welhoelter說，2000年以來，僅在美國(guó)對(duì)100多臺(tái)蒸汽輪機(jī)的升級(jí)改造就帶來了每年超過2000萬噸的二氧化碳減排。升級(jí)改造使得這些電廠能夠在不增加燃料消耗的情況下，平均增加4%的發(fā)電量。

進(jìn)一步升級(jí)改造的潛力非常大，因?yàn)槟壳肮灿?100臺(tái)西門子蒸汽輪機(jī)在全球各地的電廠服役。舉例來說，西門子對(duì)德國(guó)Muester附近Ibbenbueren燃煤電廠的升級(jí)改造使其最大產(chǎn)能提升超過10%。該電廠于1985年投運(yùn)，其蒸汽溫度最高可達(dá)530℃，這是當(dāng)時(shí)建造的電廠的典型溫度值。2006年，西門維修服務(wù)專家受托與電廠運(yùn)營(yíng)商RWE一道對(duì)其改造潛能進(jìn)行研究。2009年，依照相關(guān)計(jì)劃實(shí)施的停機(jī)維修保養(yǎng)，主要對(duì)蒸汽輪機(jī)與換熱器進(jìn)行了改造。五臺(tái)高、中、低壓循環(huán)輪機(jī)的所有內(nèi)部零件都被更換，其中包括非對(duì)稱輪機(jī)葉片，使得流量損耗大幅降低。此外，全新的高壓輪機(jī)密封方案縮小了輪機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的間隙，從而使流經(jīng)轉(zhuǎn)子的未用蒸汽流量減少30%。

停機(jī)72天后，該電廠產(chǎn)能增加了8.6萬千瓦。西門子能源業(yè)務(wù)領(lǐng)域負(fù)責(zé)電廠改造項(xiàng)目全球營(yíng)銷工作的Norbert Henkel博士指出：“升級(jí)改造是提高產(chǎn)能的好辦法，尤其是在那些工程建設(shè)項(xiàng)目需要辦理冗長(zhǎng)繁瑣的審批手續(xù)的國(guó)家。此外，我們采取的措施可增強(qiáng)電廠可靠性，同時(shí)使電廠服務(wù)年限延長(zhǎng)20到25年。”

全天候運(yùn)行的燃?xì)獍l(fā)電廠。由于燃?xì)怆姀S靈活度非常高，因此在德國(guó)被視為可再生能源發(fā)電的理想補(bǔ)充。這些電廠在美國(guó)也取得了巨大成功，因?yàn)樘烊粴鈨r(jià)格不斷下跌使得燃?xì)怆姀S越來越比燃煤電廠有吸引力。價(jià)格下降是由于美國(guó)非常規(guī)天然氣（尤其是頁巖氣）的開采量大幅增長(zhǎng)。以往，燃?xì)怆姀S主要用于滿足日間較高的用電需求，然而很多此類電廠現(xiàn)在全天候運(yùn)行。更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間促使業(yè)主加大對(duì)電廠進(jìn)行現(xiàn)代化改造的投資力度。Welhoelter指出：“我們預(yù)計(jì)，從2015年開始，這一細(xì)分市場(chǎng)將快速增長(zhǎng)。”

就現(xiàn)代化改造的好處而言，俄勒岡州Klamath電廠提供了又一個(gè)成功案例。經(jīng)過2009年和2010年分別對(duì)兩臺(tái)輪機(jī)的*改造，其產(chǎn)能增加3萬千瓦，上升至56.3萬千瓦。此外，該電廠更加靈活，負(fù)荷調(diào)整期間的額外燃料消耗量減半。此外，輪機(jī)上游安裝的新型進(jìn)氣系統(tǒng)可確保低負(fù)荷運(yùn)行不會(huì)增加污染物排放。該系統(tǒng)可用輪機(jī)產(chǎn)生的廢熱對(duì)進(jìn)入輪機(jī)的氧氣進(jìn)行預(yù)熱，從而在更高溫度下實(shí)現(xiàn)更*的燃燒。其他措施與蒸汽輪機(jī)優(yōu)化措施差異不大。其思路始終是將流量損耗降至最低限度。同樣，輪機(jī)葉片的形狀及其密封也非常重要。

不論是燃?xì)廨啓C(jī)電廠還是蒸汽輪機(jī)電廠，升級(jí)改造都能提高效率。Erich Schmid（上圖）擁有138項(xiàng)相關(guān)。

此外，如果能夠加快聯(lián)合循環(huán)電廠的蒸汽循環(huán)速度——該速度大大低于燃?xì)獍l(fā)電廠，聯(lián)合循環(huán)電廠可變得更加靈活。過去十多年，西門子工程師Erich Schmid一直在努力解決這一問題。Erich憑借他所取得的138項(xiàng)獲得2012年度“西門子發(fā)明家”稱號(hào)。其主要思路是在必要時(shí)以更快的速度輸送熱能。方法之一是短暫開啟輪機(jī)上的過載閥，降低壓力，從而讓更多的蒸汽從鍋爐中流出。另一個(gè)方案是，不在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)向高壓輪機(jī)輸送蒸汽，而是讓蒸汽繞道進(jìn)入中壓輪機(jī)，使中壓輪機(jī)首先啟動(dòng)。未來，上述方法有望使聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)至少實(shí)現(xiàn)每分鐘3萬千瓦的功率提升速度。Schimid解釋道：“從根本上說，我們只需要少量閥門與管道以及大量軟件。使用該系統(tǒng)能夠非常輕松地改造電廠。”

此外，電廠現(xiàn)代化改造對(duì)于快速發(fā)展的新興市場(chǎng)，比如中國(guó)、印度與俄羅斯，也非常重要，因?yàn)檫@些國(guó)家的*代發(fā)電廠即將退役。Henkel認(rèn)為：“這對(duì)我們來說無疑是一個(gè)巨大商機(jī)。”許多公司不僅在逐步改造自身供應(yīng)的輪機(jī)，而且還在改造其他公司生產(chǎn)的輪機(jī)。有時(shí)，后者甚至被*取代。這就是西門子在俄羅斯圣彼得堡附近的Kirishi電廠所做的事情。通過安裝兩臺(tái)新的27.9萬千瓦輪機(jī)和一套新的控制系統(tǒng)，并對(duì)其蒸汽循環(huán)進(jìn)行升級(jí)改造，西門子讓該發(fā)電廠的總體效率從38%上升至55%。顯然，具備“短跑運(yùn)動(dòng)員”素質(zhì)的“馬拉松”發(fā)電廠在世界各國(guó)都倍受青睞。