อธิบายสมรรถนะของกังหันก๊าซ: อัตราความร้อน กำลังผลิต และสภาวะของพื้นที่ติดตั้ง

กำลังผลิตพิกัดของกังหันก๊าซเป็นเพียงจุดเริ่มต้นในการประเมินโครงการ การเปรียบเทียบที่มีประโยชน์กว่าคือ โรงไฟฟ้าสามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าสุทธิได้เท่าใดภายใต้สภาพพื้นที่ติดตั้งที่กำหนด ใช้เชื้อเพลิงเท่าใดเพื่อผลิตไฟฟ้าดังกล่าว และสามารถรักษาสมรรถนะนั้นได้ตลอดช่วงการทำงานที่คาดการณ์ไว้หรือไม่ เครื่องจักรที่มีกำลังพิกัดบนป้ายสูงกว่าอาจจ่ายกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงน้อยกว่าที่คาดในวันที่อากาศร้อน หรือใช้เชื้อเพลิงมากขึ้นเมื่อทำงานต่ำกว่ากำลังโหลดเต็มพิกัด

ดังนั้น อัตราความร้อน กำลังไฟฟ้าขาออก และสภาพพื้นที่ติดตั้งจึงต้องได้รับการประเมินร่วมกัน ตัวเลขแต่ละค่าขึ้นอยู่กับขอบเขตและสมมติฐานที่กำหนดไว้ และต้องใช้สมมติฐานเดียวกันก่อนจึงจะสามารถเปรียบเทียบข้อเสนอที่แข่งขันกันได้

อัตราความร้อนบอกอะไรเกี่ยวกับการใช้เชื้อเพลิง

อัตราความร้อนแสดงพลังงานจากเชื้อเพลิงที่ป้อนให้โรงไฟฟ้าต่อพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้หนึ่งหน่วย โดยทั่วไปจะแสดงเป็น kJ/kWh หรือ Btu/kWh อัตราความร้อนที่ต่ำกว่าหมายถึงต้องใช้พลังงานจากเชื้อเพลิงน้อยลงเพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าขาออกเท่ากันภายใต้เงื่อนไขที่ระบุ

ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราความร้อนกับประสิทธิภาพเป็นความสัมพันธ์โดยตรง เมื่อทั้งสองค่าใช้ฐานพลังงานและขอบเขตโรงไฟฟ้าเดียวกัน หากใช้หน่วย kJ/kWh ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าจะเท่ากับ 3,600 หารด้วยอัตราความร้อน การคำนวณนี้มีประโยชน์ก็ต่อเมื่อตัวเลขทั้งสองอธิบายปริมาณเชื้อเพลิงขาเข้าเดียวกัน และใช้จุดวัดกำลังไฟฟ้าขาออกเดียวกัน

มีข้อแตกต่างสองประการที่มักทำให้ผลการเปรียบเทียบเปลี่ยนไป:

• กำลังขาออกรวมเทียบกับกำลังขาออกสุทธิ: กำลังขาออกรวมวัดที่ขั้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ส่วนกำลังขาออกสุทธิหักกำลังไฟฟ้าที่อุปกรณ์เสริมภายในขอบเขตโรงไฟฟ้าที่ตกลงกันใช้ไปแล้ว โดยปกติอัตราความร้อนสุทธิจะสูงกว่าอัตราความร้อนรวม เนื่องจากใช้กำลังขาออกสุทธิที่ต่ำกว่าเป็นตัวหาร
• ค่าความร้อนต่ำเทียบกับค่าความร้อนสูง: ค่าความร้อนต่ำ (LHV) ไม่รวมความร้อนที่นำกลับมาใช้ได้จากการควบแน่นของน้ำในผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ ส่วนค่าความร้อนสูง (HHV) รวมความร้อนดังกล่าวไว้ด้วย สำหรับอัตราการไหลของเชื้อเพลิงและกำลังไฟฟ้าขาออกเท่ากัน อัตราความร้อนที่คำนวณจาก HHV จะสูงกว่า การเปรียบเทียบค่าที่อิง LHV กับค่าที่อิง HHV โดยไม่แปลงค่า อาจทำให้ข้อเสนอหนึ่งดูมีประสิทธิภาพมากกว่าความเป็นจริง

ควรตรวจสอบด้วยว่าตัวเลขที่ระบุครอบคลุมเฉพาะกังหันก๊าซหรือทั้งโรงไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมใช้ความร้อนจากไอเสียของกังหันเพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าเพิ่มเติม ดังนั้นอัตราความร้อนของโรงไฟฟ้าจึงไม่สามารถเปรียบเทียบโดยตรงกับอัตราความร้อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบวัฏจักรอย่างง่ายได้

กำลังขาออกพิกัดไม่จำเป็นต้องเท่ากับกำลังขาออก ณ พื้นที่ติดตั้ง

ผู้ผลิตมักเผยแพร่สมรรถนะภายใต้สภาวะอ้างอิงที่ระบุไว้ ตัวเลขเหล่านี้มีประโยชน์สำหรับการคัดกรองเบื้องต้น แต่ใช้แทนการคำนวณสมรรถนะเฉพาะพื้นที่ติดตั้งไม่ได้ สภาพอากาศขาเข้า การสูญเสียแรงดัน คุณสมบัติของเชื้อเพลิง และข้อจำกัดในการเดินเครื่อง ล้วนส่งผลต่อกำลังไฟฟ้าที่มีให้ ณ สถานที่ตั้งโครงการ

สำหรับข้อผูกพันในการจ่ายไฟฟ้า ให้กำหนดกำลังขาออกที่ต้องการ ณ จุดส่งมอบไฟฟ้า ไม่ใช่เพียงที่ขั้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ความแตกต่างอาจรวมถึงการใช้ไฟฟ้าของอุปกรณ์เสริมในโรงไฟฟ้า การสูญเสียในหม้อแปลง และโหลดอื่น ๆ ภายในขอบเขตที่ตกลงกัน ข้อเสนอควรระบุให้ชัดเจนว่ารายการใดรวมอยู่ในการคำนวณ และรายการใดอยู่นอกขอบเขต

จุดการทำงานที่เกี่ยวข้องก็มีความสำคัญเช่นกัน โรงไฟฟ้าที่ออกแบบโดยอิงอุณหภูมิเฉลี่ยรายปีอาจจ่ายกำลังไม่ถึงเมื่อความต้องการสูงสุดในช่วงอากาศร้อน ในทางกลับกัน การออกแบบให้รองรับเฉพาะสภาวะที่รุนแรงที่สุดอาจทำให้อุปกรณ์ทำงานในช่วงโหลดบางส่วนที่ไม่มีประสิทธิภาพเป็นเวลาส่วนใหญ่ของอายุการใช้งาน การตัดสินใจขึ้นอยู่กับกำลังการผลิตที่ต้องการ ผลกระทบเมื่อจ่ายกำลังไม่ถึงเป้าหมาย และจำนวนชั่วโมงที่คาดว่าจะทำงานในแต่ละระดับโหลด

สภาพพื้นที่ติดตั้งส่งผลต่อสมรรถนะของกังหันก๊าซอย่างไร

อุณหภูมิแวดล้อมและระดับความสูง

เมื่ออุณหภูมิอากาศขาเข้าสูงขึ้น ความหนาแน่นของอากาศโดยทั่วไปจะลดลง คอมเพรสเซอร์จึงดูดมวลอากาศเข้าได้น้อยลงเมื่ออัตราการไหลเชิงปริมาตรเท่ากัน ซึ่งโดยทั่วไปทำให้กำลังขาออกของกังหันที่มีอยู่ลดลง อัตราความร้อนอาจแย่ลงด้วยเช่นกัน แต่ระดับผลกระทบขึ้นอยู่กับเครื่องจักรและระบบควบคุม ระดับความสูงที่มากมีผลคล้ายกันจากความดันบรรยากาศที่ต่ำลง กล่าวคือ อากาศขาเข้าที่มีความหนาแน่นต่ำลงโดยทั่วไปหมายถึงอัตราการไหลเชิงมวลและกำลังไฟฟ้าที่มีอยู่ลดลง

ควรประเมินกำลังขาออกโดยอิงกับรูปแบบอุณหภูมิของพื้นที่ติดตั้ง แทนการใช้ค่าอุณหภูมิแวดล้อมอ้างอิงเพียงค่าเดียว กรณีที่สำคัญมักเป็นสภาวะที่ต้องรับประกันกำลังการผลิตตามสัญญา และสภาวะที่ใช้เชื้อเพลิงส่วนใหญ่ ซึ่งอาจไม่ใช่สภาวะเดียวกัน

การสูญเสียแรงดันด้านทางเข้าและทางออก

ตัวกรองอากาศ ตัวเก็บเสียง ท่อทางเดิน และอุปกรณ์ทำความเย็นอากาศขาเข้า ทำให้เกิดการสูญเสียแรงดันก่อนอากาศจะเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ ส่วนด้านไอเสีย ตัวเก็บเสียง ท่อทางเดิน และอุปกรณ์นำความร้อนกลับมาใช้เพิ่มแรงดันต้าน ทั้งสองด้านอาจลดกำลังขาออกและส่งผลต่ออัตราความร้อน

ควรประเมินการสูญเสียภายใต้สภาวะการทำงานที่สมจริง รวมถึงผลจากการอุดตันของตัวกรองและรูปแบบระบบไอเสียที่เสนอ การคำนวณสมรรถนะที่อิงกับทางเข้าที่สะอาดและมีการสูญเสียต่ำอาจไม่สะท้อนการทำงานเมื่อใกล้ถึงกำหนดเปลี่ยนตัวกรอง ในทำนองเดียวกัน ไม่ควรสันนิษฐานว่ากังหันที่ประเมินโดยใช้ปล่องไอเสียแบบธรรมดาจะยังคงมีกำลังขาออกเท่าเดิมเมื่อต่อเข้ากับอุปกรณ์นำความร้อนกลับมาใช้

ความชื้น เชื้อเพลิง และน้ำหล่อเย็น

ความชื้นอาจส่งผลต่อคุณสมบัติของอากาศขาเข้าและสมรรถนะของระบบทำความเย็นแบบระเหย องค์ประกอบและค่าความร้อนของเชื้อเพลิงส่งผลต่ออัตราการไหลของเชื้อเพลิง พฤติกรรมการเผาไหม้ และระบบควบคุมการปล่อยมลพิษ ความแปรผันยังอาจส่งผลต่อข้อจำกัดในการเดินเครื่องด้วย ข้อกำหนดเชื้อเพลิงที่ใช้ในการคำนวณสมรรถนะควรสะท้อนเชื้อเพลิงที่คาดว่าจะได้รับ รวมถึงช่วงค่าที่อนุญาต ไม่ใช่เฉพาะองค์ประกอบอ้างอิงเท่านั้น

สำหรับโครงการโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม อุณหภูมิและความพร้อมใช้งานของน้ำหล่อเย็นอาจส่งผลต่อวัฏจักรไอน้ำ และส่งผลต่อกำลังขาออกรวมของโรงไฟฟ้า ดังนั้น การประเมินเฉพาะกังหันก๊าซจึงไม่ครอบคลุมผลกระทบดังกล่าว

ประสิทธิภาพที่โหลดเต็มเป็นเพียงส่วนหนึ่งของต้นทุนการเดินเครื่อง

อัตราความร้อนที่โหลดเต็มมีประโยชน์เมื่อเครื่องเดินใกล้กำลังพิกัดเป็นเวลานาน อย่างไรก็ตาม สำหรับโรงไฟฟ้าที่ปรับการผลิตตามความต้องการ สมรรถนะขณะทำงานที่โหลดบางส่วนอาจมีผลมากกว่า เมื่อกำลังขาออกเปลี่ยนแปลง การตั้งค่าระบบควบคุมและพลังงานที่อุปกรณ์เสริมต้องใช้ อาจทำให้อัตราความร้อนสุทธิเปลี่ยนไป เครื่องที่มีตัวเลขสมรรถนะดีกว่าเมื่อโหลดเต็มจึงไม่ได้หมายความว่าจะใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่าในรอบปีเสมอไป

ขอเส้นโค้งสมรรถนะตลอดช่วงโหลดที่ตั้งใจใช้งาน และนำมาคำนวณร่วมกับจำนวนชั่วโมงการเดินเครื่องที่คาดไว้ในแต่ละจุด ควรรวมการเริ่มเดินเครื่อง การหยุดเครื่อง และช่วงที่โหลดต่ำสุด หากมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อการใช้เชื้อเพลิงและความพร้อมใช้งาน วิธีนี้จะให้ค่าประมาณการใช้เชื้อเพลิงที่มีประโยชน์กว่าการนำอัตราความร้อนเพียงค่าเดียวมาคูณกับปริมาณการผลิตไฟฟ้ารายปี

การทำความเย็นอากาศขาเข้าเป็นทางเลือกที่มีข้อแลกเปลี่ยนเช่นกัน โดยช่วยเพิ่มกำลังขาออกบางส่วนในสภาวะอากาศร้อนด้วยการลดอุณหภูมิอากาศขาเข้าคอมเพรสเซอร์ แต่ต้องพิจารณาต้นทุนอุปกรณ์ การใช้พลังงานของอุปกรณ์เสริม การสูญเสียแรงดัน และการใช้น้ำในระบบบางประเภทด้วย ความคุ้มค่าขึ้นอยู่กับความถี่ที่ต้องใช้กำลังผลิตในช่วงอุณหภูมิสูง และกำลังขาออกสุทธิที่เพิ่มขึ้นคุ้มกับต้นทุนเหล่านั้นหรือไม่

กำหนดขอบเขตสมรรถนะและการทดสอบก่อนเปรียบเทียบข้อเสนอ

การประเมินทางเทคนิคที่เหมาะสมเริ่มต้นจากการกำหนดชุดเงื่อนไขเดียวกันสำหรับผู้เสนอราคาทุกราย ขอค่ากำลังขาออกและอัตราความร้อนที่รับประกันภายใต้สภาพพื้นที่ติดตั้งที่กำหนด พร้อมเส้นโค้งที่แสดงการเปลี่ยนแปลงของสมรรถนะตามอุณหภูมิและโหลด เอกสารข้อเสนอควรระบุประเด็นต่อไปนี้อย่างชัดเจน:

• จุดวัดกำลังไฟฟ้า โหลดของอุปกรณ์เสริมที่รวมอยู่ และเกณฑ์ที่ใช้ว่าเป็นกำลังขาออกรวมหรือสุทธิ
• องค์ประกอบเชื้อเพลิง ฐานค่าความร้อน และสภาวะการจ่ายเชื้อเพลิงที่คาดการณ์
• อุณหภูมิแวดล้อม ความดัน ความชื้น และการสูญเสียแรงดันด้านทางเข้าและทางออกที่ใช้เป็นสมมติฐาน
• รูปแบบโรงไฟฟ้า รวมถึงอุปกรณ์นำความร้อนกลับมาใช้ ระบบทำความเย็นอากาศขาเข้า หรืออุปกรณ์ควบคุมการปล่อยมลพิษ
• สภาวะการทำงานสำหรับตัวเลขแต่ละค่า เช่น โหลด การจัดวางอุปกรณ์ และสภาวะการทำความเย็นที่เกี่ยวข้อง
• วิธีทดสอบสมรรถนะ เครื่องมือวัด ขั้นตอนการแก้ไขค่าชดเชย ความไม่แน่นอนของการวัด และวิธีจัดการกรณีสภาวะทดสอบแตกต่างจากที่กำหนด

ควรกำหนดมาตรฐานการทดสอบที่เกี่ยวข้องและข้อกำหนดตามสัญญาให้สอดคล้องกันทั้งในเอกสารสอบถามข้อมูล และตกลงกันก่อนสรุปการรับประกัน เส้นโค้งการแก้ไขค่าชดเชยมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อไม่สามารถทดสอบภายใต้สภาวะรับประกันที่แน่นอนได้ เนื่องจากเป็นตัวกำหนดวิธีแปลงผลการวัดให้เป็นไปตามเกณฑ์ที่ตกลงกัน

สำหรับโรงไฟฟ้าครบวงจร ขอบเขตเหล่านี้ยังส่งผลต่อจุดเชื่อมต่อระหว่างผู้จัดหาอุปกรณ์กับฝ่ายที่รับผิดชอบด้านการออกแบบ การก่อสร้าง และการทดสอบเดินเครื่อง SINO-QNP ให้บริการEPCสำหรับโครงการโรงไฟฟ้า ซึ่งครอบคลุมงานวิศวกรรม ระบบอุปกรณ์เสริม และการทดสอบเดินเครื่อง สำหรับขอบเขตงานดังกล่าว ขั้นตอนถัดไปที่เหมาะสมคือปรับสมมติฐานสมรรถนะของกังหันให้สอดคล้องกับผังโรงไฟฟ้าจริง และกำหนดผู้รับผิดชอบต่อการสูญเสียและโหลดของอุปกรณ์เสริมแต่ละรายการ

ข้อเสนอที่ดีที่สุดไม่ใช่เพียงข้อเสนอที่มีอัตราความร้อนตามตัวเลขพาดหัวต่ำที่สุด หรือกำลังขาออกพิกัดสูงที่สุด แต่เป็นข้อเสนอที่จ่ายกำลังสุทธิตามต้องการได้ภายใต้สภาพพื้นที่ติดตั้งที่เกี่ยวข้อง ให้ข้อมูลการใช้เชื้อเพลิงที่น่าเชื่อถือตลอดรูปแบบการเดินเครื่องที่ตั้งใจใช้ และกำหนดสมรรถนะในเงื่อนไขที่สามารถทดสอบได้