毗鄰萊茵河畔，在靠近杜塞爾多夫市中心的港口區，一幢透明鋼筋玻璃結構的高樓拔地而起，憑借其獨特造型的建筑動態美，成為這座擁有62萬人口、德國第七大城市的地標性建筑之一。這就是于2016年1月投入商業運營的勞斯沃德(Lausward)熱電聯產聯合循環電廠(以下簡稱“勞斯沃德電廠”)。

在試運行階段，勞斯沃德電廠最大出力達到603.8兆瓦、發電凈效率61.5%，刷新了當時單軸配置聯合循環發電機組的世界紀錄;同時，配合300兆瓦的區域供熱能力，這座電廠的燃料利用率超過85%。

高效節能

2012年5月，當地最大的供水、供氣、供電和區域供熱運營商——杜塞爾多夫公用事業局(SWD)決定通過交鑰匙工程的方式建設全新的勞斯沃德電廠。一方面，新電廠需要實現氣候保護、可靠供電和地區安全一體化能源的理念;另一方面，新電廠能快速響應當地電網調峰的需求。經對比，燃氣蒸汽聯合循環發電(CCPP)成為了SWD最終的選擇。

CCPP的核心設備是燃氣輪機，而西門子則是世界上為數不多、掌握燃氣輪機核心制造技術的廠商，基于其德國Irsching4全球首個聯合循環發電凈效率突破60%大關的電廠項目，以及本身的品牌效應，西門子最終成為了勞斯沃德電廠總承包商和發電機組供貨商。

勞斯沃德電廠坐落在已退役燃煤電廠的廢氣處理塔舊址上，根據矩形建造面積，西門子采用了燃氣輪機、發電機和蒸汽輪機單軸結構的設計理念，實現了場地利用最大化和占地緊湊化。

整個電廠為單臺機組布置，包括SGT5-8000H燃氣輪機、SST5-5000蒸汽輪機、SGEN5-3000MW發電機和Benson直流余熱鍋爐等在內的主要設備各一臺。“除區域供熱功能以及燃氣輪機的額定功率高出50兆瓦外，勞斯沃德電廠與Irsching4電廠配置完全一致。”西門子股份公司發電與天然氣集團首席技術官趙作智告訴記者。

據介紹，西門子將電廠發電機組取名寓意美好象征的“Fortuna”，但其并沒有將命運寄托于這位羅馬神話中的幸運女神。建設過程中，憑借高效的發電技術和建設大型電廠方面的豐富經驗，西門子針對電廠的組件設計、材料選用、機組整體構造等不斷改進與優化，達到各組件的完美匹配。“這對電廠的發電能力和效率水平起到巨大的提升作用。”趙作智表示。

趙作智強調，為保證H級燃氣輪機機組在出力、效率和靈活性等方面更具領先性，西門子一直圍繞“進氣容量”、“壓縮比”、“燃燒溫度”三大技術指標尋找破解的方程式。“作為西門子的H級燃氣輪機，無論是改進的燃燒室結構，還是更加充分的燃燒方式，以及4級葉片的涂層、全內空氣冷卻處理工藝，我們都應用了一系列的新技術和新工藝。”趙作智同時舉例道，通過創新的制造工藝，西門子的透平葉片能輕松應對燃氣輪機高速旋轉時產生的巨大離心力;而葉片上的金屬膜和陶瓷膜特殊鍍層，大大延長了葉片耐受超過1500℃運行溫度的時間;尤其是西門子獨特的葉片中空構造，更是起到了高效降溫隔熱的效果。

另外，為高效轉化燃氣輪機燃燒室產生的高溫高壓氣體能量，保持透平輪機與其外殼的嚴絲合縫，西門子持續優化燃氣輪機轉子與機殼內壁之間的水平間隙。“勞斯沃德電廠具有快速啟停的功能，要保證葉片在高速旋轉時既不能出現剮蹭，也不能留出太大空隙，間隙控制在幾毫米內，是一種‘若即若離’的狀態。”趙作智講道。

在蒸汽輪機發電環節，為最大限度利用廢氣的熱量，西門子Benson直流余熱鍋爐的熱交換面積高達54萬平方米。“這可將勞斯沃德電廠機組出力提高至600兆瓦以上，使得發電凈效率超過61%。”趙作智講道。據悉，經過余熱鍋爐后，廢氣溫度降至80℃左右，足見其利用率之高。

除Fortuna機組等硬件外，勞斯沃德電廠還采用了西門子的SPPA-T3000控制系統和其他輔助系統，“自動控制與優化”、“大量傳感器的應用”以及“100%覆蓋的通用檢查端口”等數字化科技的應用，使電廠的日常運營僅需19人即可完成，大大提高了管理的效率。

相關數據顯示，2015年德國的發電總裝機容量達到180吉瓦，其中風電和光伏80吉瓦，占比達到44%。隨著風電的大幅增長，預計到2030年僅風電占比將達45%，2050年這一比例將提升至62%。面對更多帶有發電波動性可再生能源的并網，燃氣發電憑借其靈活性和快速響應，無疑成為電網調峰的理想選擇。“勞斯沃德電廠在熱啟動的情況下，燃氣輪機可在25分鐘內達到滿負荷運行，其負荷變化超過55兆瓦/分鐘，有著強大的電網平衡能力。”趙作智同時指出，Fortuna機組還可在非常小的負荷內保持正常的運行狀態。

不難發現，通過西門子對勞斯沃德電廠各方面的優化與改進，該電廠實現了高效的發電、區域供熱，以及強大的電網調峰能力。

低碳環保

作為西門子發電與天然氣集團的高管，趙作智到杜塞爾多夫出差，他更多選擇住在勞斯沃德電廠附近的酒店，酷愛晨練的他從未感覺到當地空氣的污濁;而毗鄰勞斯沃德電廠的一家醫院，也從未因為空氣質量和噪音，對醫患人員產生絲毫影響。所有這一切，都得益于勞斯沃德電廠所具備的高環保和低排放的特質。

據趙作智介紹，目前燃煤電廠每千瓦時能產生1000克左右的二氧化碳，即使是最高效的上海外高橋超超臨界機組的二氧化碳排放量也在750克，而一般的燃氣電廠的二氧化碳排放量有330克。

“如果將目前歐盟燃煤發電機組的二氧化碳平均排放量設成100%的話，燃燒天然氣可以減排53%，而利用西門子清潔發電技術，還可再降低16%。”趙作智表示。據悉，勞斯沃德電廠在基本負荷區域供熱運行模式下，其二氧化碳排放甚至降至23%。“據測算，這個電廠每千瓦時的二氧化碳排放量僅為230克。”在趙作智看來，在當今保護環境和防止大氣污染的大趨勢下，勞斯沃德電廠在環保方面具有更典型的示范意義。

不僅如此，為實現與周邊環境的友好，勞斯沃德電廠還通過吸音板、降噪墻、彈簧隔振器等一系列措施和手段來降噪，甚至是給SGT5-8000H燃氣輪機穿上了厚厚的“棉服”。據介紹，在勞斯沃德電廠所處的萊茵河畔對岸的測試數據顯示，其噪聲還不到25分貝。

在參觀電廠過程中，記者親身感受到內外噪聲的差別。電廠內部臨近機組的地方，機器的轟鳴產生高分貝的噪音，耳塞降噪已是進入工作人員的必備工具。而在廠區周邊行走，即使非常近的距離，讓你感覺不到一個出力超過600兆瓦電廠在身邊。

不斷進取

如今，以燃氣蒸汽聯合循環發電為基礎的(冷)熱電聯產技術備受關注，其不僅具備“全方位低排放設計、節能高效低污染、構造精簡省空間”等特點，同時還能靈活地供電供暖(制冷)。而憑借節能、減排、提高供能安全性、電網調峰、應對可再生能源的波動等眾多優勢，分布式燃氣發電已成為全球實現節能減排和能源供應可持續發展的有效途徑。

據悉，西門子已著手更高效率燃氣發電機組的研發和優化。“65%凈發電效率是我們目前正在著手做的一項工作。”據趙作智介紹，自H級燃氣輪機第一臺商業運營以來，西門子的更新改進和技術升級就從未停止過。

作為新一輪工業革命的重要標志，增材制造技術體現了信息網絡技術與先進材料技術、數字制造技術的密切結合，是未來產業發展新的增長點。“增材制造技術已成為西門子數字化戰略重要支柱之一。”趙作智指出。

近期，西門子成功完成了利用增材制造技術生產的燃氣輪機葉片首次滿負荷試驗，以及增材制造技術制造的經全面改良內部冷卻結構新葉片的測試。“利用這樣的技術手段，通過提高效率和可用性來加速新型燃氣輪機的設計。”在趙作智看來，西門子發電業務的唯一目標就是讓整套發電機組設備運行起來達到最優境地，在大幅提升環保性的前提下，為客戶創造更大的價值。

與此同時，應對發電領域產生大量二氧化碳的事實，為進一步減少因此帶來的溫室效應，西門子已在德國法蘭克福的一個示范電廠里，著手探索二氧化碳的捕獲和封存技術與裝置，布局前瞻性市場。