分布式能源系統燃氣發(fā)電機組特性及選型原則

姜小紅

摘 要：隨著分布式能源項目的開展，分布式能源系統燃氣發(fā)電機組逐漸被投入使用中。然而不同機組有其各自特性，若未能合理地選擇，將難以發(fā)揮發(fā)電機組的優(yōu)勢。這就要求做好機組特性分析工作，并在選型方面進行強化，以此使機組可靠穩(wěn)定地運行。本文將對分布式能源系統燃氣發(fā)電機組相關概述、分布式能源系統燃氣發(fā)電機組特性以及具體的選型原則進行分析。

關鍵詞：分布式能源系統；燃氣發(fā)電機組；選型

中圖分類號：TM314 文獻標識碼：A

作為分布式能源系統運行的關鍵，燃氣發(fā)電機組能否發(fā)揮其作用，將對整個系統帶來極大影響。從當前較多行業(yè)領域中都可發(fā)現，如大型醫(yī)院、機場等在規(guī)劃中都強調將分布式能源項目引入，確保在蒸汽、生活熱水以及供暖等方面要求上都得到滿足。但從部分企業(yè)中燃氣發(fā)電機組的應用現狀看，優(yōu)勢并未被充分發(fā)揮出來，究其原因在于未能結合機組特性進行選型。因此，本文對分布式能源系統燃氣發(fā)電機組的選型研究，具有十分重要的意義。

1.分布式能源系統燃氣發(fā)電機組相關概述

關于燃氣發(fā)電機組，其實質為燃燒天然氣時所獲取的熱能，將轉化為電能，而轉化過程中的發(fā)電設備便為燃氣發(fā)電機組。若對燃氣發(fā)電機組類型進行細化，表現為：第一，燃氣輪機發(fā)電機組。該機組在工質上可選擇高溫高壓煙氣，涉及的設備以控制系統、壓氣機、燃燒室以及輔助設備等為主，能夠進行熱能、機械能的轉化。該機組應用下又可按照發(fā)電功率劃分為微型與小型兩種，如其中微型機組，以徑流式葉輪機械為主，有結構簡單、移動方便等特點，再如小型機組，以軸流式透平為主，因其工質流量較大，對于較大功率以及高膨脹比等要求都可滿足。第二，燃氣內燃機發(fā)電機組。該類型機組常見的以往復活塞式為主，運行中在混合氣燃燒下，活塞將會在燃燒煙氣作用下保持運動狀態(tài)，內部機構將做機械功輸出，使發(fā)電機發(fā)電。

2.分布式能源系統燃氣發(fā)電機組特性分析

2.1 機組性能

當前國內分布式能源系統中采用的發(fā)電機組仍以進口產品為主，如微型燃氣輪機發(fā)電機組，有英格索蘭、Turbee與Capstone等，而小型機組包括西門子、索拉等，對于燃氣內燃機發(fā)電機組，如康明斯、卡特彼勒較為常見。對于這3種機組性能參數，主要表現為：①發(fā)電功率，微型、小型與內燃機發(fā)電機組分別為30kW～1000kW、610kW～19100kW、5kW～18320kW；②發(fā)電效率，3種類型分別保持為26.0%～33.0%、18.9%～38.5%、28.7%～48.6%；③余熱形式，都可選擇煙氣，其中燃氣內燃機發(fā)電機組也可采用熱水作為可利用余熱形式；④燃氣進氣壓力，3種類型機組分別保持為1kPa～965kPa、1000kPa～3447kPa、1kPa～410kPa。除此之外，若從噪聲、煙氣Nox體積分數看，其中微型與小型機組均較低，而內燃機發(fā)電機組較高。

2.2 變工況特性

以部分負荷特性為例，對于燃氣內燃機發(fā)電機組、小型發(fā)電機組在負荷率降低下，發(fā)電效率將呈下降趨勢。而對于微型燃氣輪機發(fā)電機組，由于采用模塊化控制方式，當負荷率保持降低，運行模塊將會持續(xù)調整，對發(fā)電效率降低情況進行有效控制。由大多實踐研究也可發(fā)現，模塊化控制方式下，對于用電負荷極低情況，發(fā)電效率仍保持較高。另外，再從環(huán)境因素影響角度分析，假若以海平面、環(huán)境溫度作為參照，當小型或微型燃氣機組超出參照溫度15℃，發(fā)電功率呈下降趨勢，若超出溫度達30℃，發(fā)電功率將大幅度衰減。相比之下，燃氣內輪機發(fā)電機組，主要依托于稀薄燃燒技術，發(fā)電功率受到的影響極小。

2.3 其他特性

不同類型發(fā)電機組運行下，也有其他不同特性，如燃料適用性，其中小型或微型機組有較強的適用性，即使對于含雜質多、熱值低燃料，也可適用，但內燃機發(fā)電機組要求則較高，要求燃氣有較高的清潔度。此外，對于設備維護特性，以小型燃氣輪機發(fā)電機組工作量最高，且涉及的費用較多。

3.分布式能源系統燃氣發(fā)電機組選型原則

實際選型中，除立足于不同燃氣發(fā)電機組特性外，也要求遵循其他選型原則，具體表現為：①多項目涉及的用電負荷較大，如商業(yè)建筑等，選擇的機組可為內燃機發(fā)電機組或微型燃氣輪機發(fā)電機組，由于后者以模塊化控制方式為主，應作為首選；②若項目在排放、噪音等方面要求較高，小型與微型機組都可適用，假若必須次用內燃機機組，應將降噪減震、煙氣脫硝裝置設置于其中；③若無高壓燃氣管網設置，且難以進行大型燃氣增壓設備的設置，以內燃機發(fā)電機組或微型機組較為適宜；④若項目涉及環(huán)境溫度高、海拔高等情況，需考慮到發(fā)電功率衰減問題，此時以燃氣內燃機發(fā)電機組最為適宜；⑤若項目投入后，缺少較強的維護管理能力，應以微型燃氣輪機發(fā)電機組適宜。除此之外，實際選型中，也可結合電熱比、氣電價比等情況進行機組選擇，確保達到經濟效益提高的目標。

結論

燃氣發(fā)電機組的合理選型是保證分布式能源系統可靠運行的關鍵所在。實際選型中，應對燃氣發(fā)電機組的主要類型進行分析，對各類型涉及的特性明確，包括性能參數、變工況特性等，在此基礎上根據實際情況進行選型，確保機組應用下發(fā)揮其優(yōu)勢。

參考文獻

[1]張丹，高頂云，郭甲生，等.分布式能源系統燃氣發(fā)電機組特性及選型原則[J].煤氣與熱力，2013（10）：20-23.

[2]林世平.分布式能源系統中能源與環(huán)境耦合特性及優(yōu)化集成模型研究[D].武漢理工大學，2011.

[3]陳強.分布式冷熱電聯供系統全工況特性與主動調控機理及方法[D].中國科學院研究生院（工程熱物理研究所），2014.