LNG发电船市场及初步方案研究_秦亚迪.pdf

天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2023年2月收稿日期:2022-08-03基金项目:中海石油气电集团有限责任公司科技项目“LNG 发电船初步方案研究课题”(QDKY-2021-YFZX-16)作者简介:秦亚迪(1994-)，女，河南商丘人，工程师，硕士，主要从事天然气发电、分布式能源的研究工作。E-mail:2287278430 qqcomLNG 发电船市场及初步方案研究秦亚迪秦锋曾贤文孙亚娟陈思宇梁海瑞中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心，北京100028摘要:总结东南亚、南非等地区的电力情况以及燃料油船的应用情况，结合液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)发电船的优点，分析 LNG 发电船的应用前景。从燃气发电、LNG 气化、电气系统、LNG 储存四大模块对 LNG 发电船初步方案进行研究。燃气发电模块采用 2 套单轴燃气蒸汽联合循环机组、海水直流冷却的方案，发电功率约 216 MW;创新性地将燃气发电模块的冷却水用作 LNG 气化模块的热源，减小了气化器的规模和投资，节约了海水用量和能耗，提高了能源综合利用效率，并验证了 LNG 气化模块常温海水启动供给单套燃气发电机组启动的路径;电气系统模块提供向岸电供电、向其他船舶供电、发电自用等多种模式自由组合;比较不同类型的 LNG 船液货舱，推荐选用薄膜型液货舱。通过燃气发电、LNG 气化、电气系统、LNG 储存四大模块的案例计算，形成了 LNG 发电船一体化初步解决方案。关键词:LNG 发电船;市场空间;燃气发电;LNG 气化;电气系统DOI:10.3969/jissn1006-5539.2023.01.016Research on LNG power generation vessel market and preliminary planQIN Yadi，QIN Feng，ZENG Xianwen，SUN Yajuan，CHEN Siyu，LIANG HairuiResearch and Development Center of CNOOC Gas and Power Group，Beijing，100028，ChinaAbstract:This research summarizes the situation of electrical power in Southeast Asia and otherregions as well as the application of fuel oil tankers，and meanwhile analyzes the application prospects ofLNG power generation vessels by combining the advantages of LNG power generation vessels Thepreliminary scheme of LNG power generation vessel is studied from four main modules:gas-fired powergeneration，LNG gasification，electrical system and LNG storage The gas-fired power generation moduleadopts the scheme of two sets of single shaft gas-steam combined cycle unit and direct cooling usingseawater，with total power generation capacity of about 216 MW The innovative use of cooling water of thegas-fired power module as the heat source of the LNG gasification module reduces the scale and capitalcosts of the gasifier，saves seawater usage and energy consumption，upgrades the efficiency of overallenergy utilization The start-up path of natural gas supplied by the gasification module starting with normaltemperature seawater to the start of a set of gas steam combined cycle unit is verified The electrical systemprovides unlimited combination of various modes such as power supply to shore power system，power supplyto other vessels and power generation for self-consumption Comparing different types of LNG ship liquidcargo tanks，the membrane type liquid cargo tank is recommended Through the case study calculation offour major system modules，an integrated solution for LNG power generation vessel is formulated021公用工程第41卷第1期UTILITIESKeywords:LNG power generation vessel;Market space;Gas-fired power generation;LNGgasification;Electrical system0前言为了满足电力短缺的发展中国家的用电和船舶排放控制需求，以天然气作燃料，装有成套发电、输电设备的液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)发电船应运而生，用于为附近水域工业区或船舶提供电力，也可用作沿海中小城市电源，或者通过电网输送到内陆地区1。目前，国外一些企业开展了 LNG 发电船的研发，比如惠生海洋工程有限责任公司、川崎重工工业株式会社、斯坦纳船务有限公司、SBM Offshore NV、韩国现代重工集团、日本邮船株式会社、株式会社商船三井等公司，其研究大多处于概念船阶段，研发及应用成果尚未公开，而国内的相关研究处于起步阶段。本文分析了LNG 发电船的市场应用空间，从燃气发电、LNG 气化、电气系统、LNG 储存四大模块对 LNG 发电船进行初步方案的设计计算研究，对发电船的推广应用具有重要价值。1市场空间近年来，东南亚国家的经济快速增长，考虑到该地区拥有全球近十分之一的人口所带来的发展潜力，可以预期在一段时间内该地区仍将保持较高的经济增速，能源需求也将快速增长，且该地区化石能源在能源结构中整体占比较高。过去 20 年内，东南亚国家电力需求平均年增长约 6%2，2020 年总发电量(不含缅甸)达到1 027.54 TWh，其中印度尼西亚、越南、泰国、马来西亚以及菲律宾构成了该地区电力市场的 主 要 参 与者35。印度尼西亚发电量的 17.4%来自天然气，仍有1.15%的人口缺乏电力供应6，20212030 年印尼国家电力公司电力发布供应规划:将优先开发天然气发电承担峰值负荷，为了满足孤网和岛屿电力需求，有必要研究使用 LNG 等替代燃料油发电。越南约有 0.6%的人口无法获得电力供应6，主要集中在中部山区。泰国的电力系统严重依赖燃气发电，自 2000 年以来其占比一直维持在 60%以上。马来西亚总发电量的 39.58%来自天然气。菲律宾处于工业化早期阶段，至 2020 年仍有 3.16%的人口缺少电力供应6，预计用电负荷将在之后 10 年内增长超 12 000 MW7。缅甸在东南亚国家中发展程度较为落后，31.64%的人口缺乏电力供应。南非电力供应绝大多数来自南非国家电力公司，该公司近年来由于腐败横行、债台高筑、管理经营紊乱等原因逐渐无法提供稳定的供电服务，各地电力基础设施故障频发，使得南非各地陷入不断限电的恶性循环中，甚至严重拖累了国家经济发展的步伐。电力短缺问题一直困扰着以上国家，对于群岛众多、陆地面积有限、不适合建造电网基础设施的地区，利用发电船可以解决这些地区的供电问题。全球最大的发电船运营公司 Karpowership 拥有约 20 艘发电船，主要使用重油做燃料，部署在印度尼西亚、加纳、苏丹、黎巴嫩、古巴等国家，发电能力总计达到 3106kW。在西非几内亚比绍，Karpowership 公司的发电船是该国唯一的发电设备。菲律宾发电船统计数据见表 1。表 1菲律宾发电船统计表Tab1LNG power generation vessels in Philippines发电船名称所处区域发电船类型燃料运营时间装机容量/MWPB 101维萨亚斯燃料油/柴油内燃机发电船柴油1989 年32PB 102维萨亚斯燃料油/柴油内燃机发电船柴油1981 年32PB 103维萨亚斯燃料油/柴油内燃机发电船柴油1981 年32PB 104维萨亚斯燃料油/柴油内燃机发电船柴油2005 年32TMI 2棉兰老燃料油/柴油内燃机发电船柴油1994 年100TMI 1棉兰老燃料油/柴油内燃机发电船柴油1994 年100PB 120吕宋燃料油/柴油内燃机发电船燃料油1995 年7PB 106吕宋燃料油/柴油内燃机发电船燃料油1992 年7PB 109吕宋燃料油/柴油内燃机发电船燃料油2008 年2PB 114吕宋燃料油/柴油内燃机发电船燃料油2009 年1PB 113维萨亚斯燃料油/柴油内燃机发电船燃料油2008 年1PB 116维萨亚斯燃料油/柴油内燃机发电船燃料油2008 年3PB 119棉兰老燃料油/柴油内燃机发电船燃料油1995 年5TMO吕宋燃料油/柴油内燃机发电船柴油2013 年242121天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2023年2月从表 1 可以看出，在用的发电船数量较多，采用燃料油或者柴油作为燃料，成本较高、排放清洁性较差。采用 LNG 发电船替代燃料油发电船，可以减少硫氧化物、氮氧化物、颗粒物排放，以满足排放控制区(EmissiouControl Area，ECA)或港口区域减排要求89。随着中国“一带一路”倡议的开展，中国与其他经济合作国家在能源领域进行广泛合作，将 LNG 发电船以租用方式为靠近海边的欠发达地区供电，比在当地投资建设燃气电厂成本更低、时间更短，且灵活可控，可以减少建设和运营期的人身安全问题，减少因当地社会动荡引起的经济损失。2燃气发电模块LNG 发电船集成燃气发电、LNG 气化、电气系统、LNG 储存四大模块。目前，国际市场上的浮式 LNG 发电船的发电系统设计主要采用双燃料发动机和燃气轮机两种10。本研究采用 2 套“一拖一”燃气轮机联合循环机组(以下简称 2 套燃气轮机机组)，燃气轮机和发电机由刚性联轴节串联，发电机另一侧安装蒸汽轮机，通过 1台离合器实现同步转速自动联轴，这种发电机中置型的连接可安装在位置和造价均较低的板式基础上，厂房高度也随之降低，在汽轮机故障停机检修时不影响燃气轮机简单循环发电1113。另外，采用技术成熟、应用广泛的海水直流冷却的方式，具有节能节材省空间、冷却效果好、运行管理简单等优点1416。LNG 发电船燃气发电模块的工艺流程见图 1。图 1LNG 发电船的燃气发电模块工艺流程图Fig1Process of the LNG power generation v