淺析微小型燃氣輪機在發電領域的擴展發展

摘 要：當今社會經濟飛速發展，人民生活水平不斷提高，對能源和環境的需求量都是過去無法比擬的。特別是最近幾年城市綜合環境水平堪憂，多地pm2.5數值爆表，輿論不約而同的將矛頭指向了工業領域，特別是石化，發電及其他高污染制造型工業。而作為污染源的一環，發電企業特別是火力發電廠，其高粉塵、濃排放和大量溫室氣體特點不斷見諸媒體。而作為替代方案之一，燃氣發電以其粉塵低、排放相對減少、運行穩定等優勢為許多發電業主所青睞，特別是燃氣輪機，以其方案配置豐富，建設周期短，全廠熱效率高等特點更是成為了首選。但縱觀國內燃機領域，主要還是以重型化，規模化為主，微輕型燃氣輪機如何才能找到自己的發展市場，小型化的燃氣輪機如何做才能在分布式發電領域找到自己的藍海，這是本文即將論述的方向。

關鍵詞：燃氣輪機；微小型燃氣輪機；分布式發電

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.053

0 引言

微型和輕型燃氣輪機相對于重型燃氣輪機而言，顧名思義，是單機功率范圍為25-300kw，外形尺寸偏小，內部級數和燃燒器偏少的燃氣輪機，微型燃氣輪機一般與發電機及其他成套設備集中布置在小型柜體或箱體內部，為樓宇辦公地提供穩定的電力供應。這類燃氣輪機一般采用徑流式流動方式，全球范圍內像Aurelia和Bladon Jets都是比較出色的生產商及方案提供商。輕型燃氣輪機種類豐富，有大型徑流式燃氣輪機，有小型化軸流式地面燃氣輪機，也有通過提高運行壽命進行改型的航空燃氣輪機。這個領域方案提供商和制造商有很多，最為出名有SIEMENS， GE POWER， SOLAR， RR等。

1 微小型燃氣輪機的擴展市場

當前微小型規模的燃氣輪機主要用于一些城市大型商業區、機場、工業區等地區與柴油引擎共同提供電力需求。但通過筆者多年從事燃氣輪機相關工作的經驗來看，其市場擴展前景至少在如下幾個領域有發展。

1.1 礦區及能源開采地區

該地區特點主要是區域廣闊，分布較廣，電力要求高且穩定。除了基本的開采所需的電力外，還有礦工運輸、安全措施，通風排氣，基本生活等多方面的電力需求。一般情況下電力來源往往通過附近電力網引接或者在開采之前建設自備中小型固定式發電廠。前者較為少用特別是較為偏遠地區，即便距離較近，開采之后的高負荷需求對原有電力網的沖擊過大，不利于電網公司調度。后者雖然普遍，但主要問題在于建設周期較長以及搬遷拆除而帶來的一系列問題。如果項目采用多業主合作模式比如PPP， DBF等方式，整體建設周期均會以項目成本核算，過長的建設周期對項目受益者來講是不希望看到的。因此快裝式或移動式燃氣輪機方案就是該類型地區的最優解。只有前期提供簡單的基礎和地平工程、引入低壓市政用氣和基本供水，待燃機模塊運抵，通過簡單的組裝和電力接入，在很短時間就能開始發電。

1.2 欠發展地區或新興發展地區

該部分地區特點主要是沒有相應的配套設施，為了滿足前期的發展，要在極短時間內滿足工作人員和當地原住民的基本生活比如供電、淡水等。作為擁有高效能高能比的燃氣輪機方案，不僅能在極短時間能在目標地安裝調試，還能通過高品質的排氣為海水淡化工程提供必要的熱量來源。利用快裝式燃氣輪機成套方案解決當地用電用水問題在東南亞許多國家和海島地區已經有很多成熟的案例。

1.3 移動式工程電力需求

這類用電領域主要集中在許多大型科學研究、試驗場地及周期性搬遷類工業。顯而易見，如果采用固定式發電廠肯定是不切實際且前期投資和周期過長。擁有移動式特點的小型燃氣輪機就發揮作用，比如集裝箱式、浮動船式或者車皮式燃機方案。

2 微小型燃氣輪機的多樣性選擇

除了應用領域多樣式以外，微小型燃氣輪機自身配置方案也多樣式，該節主要針對燃氣輪機撬裝式方案多樣性進行闡述。

2.1 集裝式移動式燃氣輪機

該類型方案最為成熟的是有GE power生產的TM2500型燃氣輪機。該方案本體采用LM2500航改機，將本體、排氣、控制單元（典型分配方式）分別集成成三個標準集裝箱中，通過卡車運抵現場，然后通過現場拼接，外圍供氣、供水、電網連接，在極短時間（一般11-30天）就可以進入調試階段。目前在東南亞、非洲、中東等許多地區均采用這種方案，同時因其移動便利性，該方案也可以作為過度或者臨時供電需求為大型發電廠建設周期空檔期提供穩定電力。在國外有許多類似的發電設計咨詢公司利用這種方案提供定制設計、現場安裝以及燃機租賃服務。

2.2 浮動船式燃氣輪機

這類型方案是將單臺或多臺燃氣輪機及成套設備布置在浮動駁船上，在制造廠整體組裝，并通過拖船或者大型運行船將其運輸到目的地海港。類似集裝箱式移動燃機，該方案也能在極短時間內完成現場安裝和調試。所不同的是，該方案機型應用更廣，可根據業主供電需求在小型到重型燃氣輪機自由選取。但由于是浮動基礎，對燃機自身在周期運動的基礎上是否能夠穩定運行提出了要求，同時該類方案對發電設計公司對燃機、船舶、選址等方面都有綜合性要求。

2.3 火車箱集成式燃氣輪機

該方案類似集裝箱式移動方案，所不同的在于運輸方式采用鐵路。因此在建設前期需要額外鋪設鐵軌。該方案一般容量大于集裝箱式燃氣輪機，因此適用用電需求較大且本來就要鋪設運輸用鐵軌的領域。

3 微小型燃氣輪機的其他燃料選擇

當前燃氣輪機主要燃燒以甲烷為主的天然氣或者柴油（和重油），但隨著當前對資源保護和環境需求提出更高的要求，許多燃機制造研發企業也在積極測試新的替代燃料。

3.1 氫氣燃料

該種燃料具有分子量小，體積比熱容小但質量比熱容大等特點。作為一個非常理想燃料，氫氣能夠在單位重量下提供龐大的能量。當前很多國家已經開始增加氫氣提氣點和增加氫氣汽車的供應，逐步取代人們對汽油的依賴以減輕溫室氣體排放。燃機在氫氣燃燒領域上很多國家做過大量的試驗，比如IGCC，純氫燃燒和天然氣摻燒等方式，以美國圣地亞哥（San Diego）國家實驗室測試數據來看，在穩態燃燒速度（Laminar burning velocity）方面，在甲烷中摻燒50%的氫氣效果最好，純氫氣燃燒效果不如摻燒，但通過增加氫氣壓力燃燒有一定改善。筆者認為，純氫燃燒在未來是燃機的一個很重要的發展方向，不僅對于環境和地底資源的保護，同時也能將燃機結構，燃燒方式推向一個新的高度。

3.2 生物燃料

生物燃料（Biogas or Bio methane）是通過農作物、植物進行生物降解生成可燃燒氣體或液體。其主要成分主要甲烷和其他多鏈碳氫化

合物。該種燃料目前開始廣泛應用于汽車燃料摻燒中以減少天然氣或者石油的開采。將這種燃料應用于燃氣輪機優點主要包括：

（1） 減少石油和天然氣開采。利用生物燃料替代天然氣或者石油，除了避免地底資源過度開發，也能避免由于人類開采（Earthmoving）對周圍動植物生態帶來破壞。

（2）減少粉塵排放。相比固體生物燃料燃燒發電，經過降解后的燃料氣體或者液體能夠從根本解決尾部煙氣中的粉塵含量。

（3） 提供農作物殘留物治理，提供農民收入。相比燃燒秸稈或者其他農作物殘留物，幫助農民回收，將其轉化為可利用燃料，并給予農民響應的報酬，不僅提供農民的積極性和收入，也能從農業方面治理肆意放火燃燒殘留物的問題。

4 結論

綜上所述，筆者通過對市場、機型、燃料三方面對燃機發展做了簡單系統的闡述，對微小型燃氣輪機的未來的市場發展充滿了信心。微小型燃氣輪機的自身結構和效能不僅滿足當前社會用電需求、也能滿足低排放改造的要求。事實上，燃機發展的前景遠不止于文章提到的這些。這需要所有的燃機人不斷的開拓努力，努力把燃氣輪機發展推向一個新的高度。

參考文獻：

[1]袁春等編著.微型燃氣輪機發電技術[J].機械工業出版社，2012（11）.

[2]聞雪友等編著.燃氣輪機發展戰略研究[J].上海科學技術出版社，2016（08）.

作者簡介：李莎莎（1984-），女，四川德陽人，碩士，工程師，從事燃氣輪機營銷工作。