冷热电联供分布式能源可再生能源
分布式能源系统燃气发电机组特性及选型原则
张丹，高顶云，郭甲生，孙玉香
（上海航天能源股份有限公司，上海201201）
摘要：分布式能源系统中常用的发电机组包括微型燃气轮机发电机组、小型燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组.对3种发电机组的性能参数、变工况特性、燃料适用性、设备维护等透行比较.结合各自特点，对燃气发电积组的选型原则透行探讨，分析了典型案例.
关键词：分布式能源系统；燃气轮机发电机组：燃气内燃机发电机组；选型原则
文献标识码：B文章编号：1000-4416（2013)10-0A20-04
中图分类号：TU995
以往复活塞式最为普遍.在往复活塞式燃气内燃机的气缸内混合气（燃气与空气）燃烧产生的烟气 推动活塞运动再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出带动发电机发电、往复活塞式燃气内燃机发电机组的组成主要有曲柄连杆机构、缸体和气缸盖、配气机构、进排气系统、燃气系统、点火系统、润滑系统、冷却系统、启动装置、发电机等.
1燃气发电机组类型
燃气发电机组是指将燃气（以天然气为主）燃系统通常采用的燃气发电机组类型为微型燃气轮机 烧产生的热能转变成电能的发电设备、分布式能源发电机组、小型燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组
1.1燃气轮机发电机组-
2燃气发电机组特性比较
燃气轮机是以高温高压烟气为工质把热能转换为机械能的旋转式动力机械，包括压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备等，基本工作过程为：压气机连续地从大气中吸入空气并压缩压缩后的空气进入燃烧室与喷入的燃气混合后燃烧成为 高温高压烟气流入透平中膨胀做功驱动发电机发电透平同时为压气机提供驱动力、燃气轮机发电机组根据发电功率可分为微型、小型、大中型.分布式能源系统主要应用发电功率范围为25-20000kW的微型、小型燃气轮机发电机组-
2.1性能参数
当前国内市场上应用在分布式能源系统中的燃气发电机组通常为国外进口.据不完全统计，目前进入中国市场的微型燃气轮机发电机组品牌主要 为美国Capstone、意大利Turbec、英格索兰（现被美国Flexenergy收购）等：小型燃气轮机发电机组品牌主要为美国GE、索拉德国西门子，日本川崎等；燃气内燃机发电机组品牌主要为德国MWM、MAN、MTU、TES美国卡特彼勒、瓦克夏、颜巴赫、康明斯， 芬兰瓦锡兰，日本洋马、三菱重工，西班牙高斯科尔等.其中中国市场上3种燃气发电机组的主要性能参数见表1.
①微型燃气轮机发电机组
微型燃气轮机发电机组的设计衍生于涡轮增压器及其辅助动力装置采用径流式叶轮机械即向心式透平与离心式压气机结构简单、紧凑便于移动
由表1可知：
①发电功率.微型燃气轮机发电机组的单机发电功率较小易于实现多台组合的模块化控制，小型燃气轮机发电机组的单机发电功率较大.燃气内燃机发电机组的单机发电功率范围较宽与微型、小型燃气轮机发电机组均有交叉.
②小型燃气轮机发电机组
小型燃气轮机发电机组通常采用轴流式透平，允许通过工质的流量较大效率较高结构上使于实现多级形式能够满足高膨胀比和较大功率的要求.
1.2燃气内燃机发电机组[]
②发电效率.微型、小型燃气轮机发电机组
通常所说的内燃机是指活塞式内燃机其中又
表1目前中国市场上3种燃气发电机组的主要性能参数
燃气发电 微型燃气轮 小型燃气轮 燃气内燃机发电功率/kW 机组类型 机发电机组 30 ~ 1 000 机发电机组 610 ~19 100 5 ~ 18 320 发电机组发电效率/% 26.0 ~33.0 18.9 ~38.5 28.7 ~48.6可利用余热形式 烟气 烟气 烟气、热水烟气温度/℃ 242 ~ 309 369 ~ 555 进水：70~84 356 ~618缸套冷却水 温度/℃ - - 出水：85~100燃气进气压力 1 ~965 ~000 1 1 ~410噪声/dB /kPa <75 85 OE1~ 0L烟气中NO 15℃后发电功率出现下降环境温度超过30C发电功率有较大衰减，采用稀薄燃烧技术的燃 气内燃机发电机组在海拔1000m以下环境温度
图1额定发电功率为3MW的小型燃气轮机发电机组、燃气内燃机发电机组发电效率随负荷率的变化
图2颜定发电功率为1000KW的微型燃气轮机发电机组分别采用非模块化控制、模块化控制（5×200kW) 时发电效率随用电负荷的变化
40℃以下发电功率、发电效率不受影响.
2.3其他特性
①燃料适用性
微型、小型燃气轮机发电机组对燃料的适应性比较强能应用多种气体燃料，可燃用高含氢、热值低、含杂质较多的劣质气体燃料.燃气内燃机发电机组对燃气品质要求较高特别对燃气的清洁度要求严格不能燃用含较多固体或液体杂质的气体燃 料并对燃气热值的波动范围要求严格燃烧热值较低的燃气时机组发电功率明显下降.
②设备维护
先进的微型燃气轮机发电机组只有一个运动部件采用空气轴承技术，无须润滑和冷却辅助设备 少因此维护工作量较少维护费用低.燃气内燃机发电机组运动部件较多需要频繁更换润滑油和火花塞耗材量较大维护成本高，但的维护工作均可在项目现场进行.小型燃气轮机发电机组维护 费用和工作量比微型燃气轮机发电机组大略低于
燃气内燃机发电机组，但大修检查通常需要在设备制造厂内进行.因此从整个生命周期看小型燃气轮机发电机组的维护费用可能会比燃气内燃机发电机组还要高，
3燃气发电机组选型原则
3.1特点比较
微型燃气轮机发电机组的优势在于：额定发电功率较小易于实现多台组合的模块化控制负荷适小，可采用低压或中压燃气，不必增设燃气增压设 应性强-噪声、烟气中NO体积分数均较低振动备，维护工作量小维护成本低可实现无人值守的管理模式.对燃料的适应性比较强，劣势在于：发电效率略低.烟气品位不高.机组性能受海拔、环境温度影响较大.
小型燃气轮机发电机组的优势在于：烟气品位较高，可生产高压蒸汽.可实现与蒸汽轮机发电机组的联合循环发电.噪声、烟气中NO.体积分数均较低-对燃料的适应性比较强-劣势在于：采用高压或次高压燃气需增设燃气增压设备-维护工作量大大修不能在项目现场进行，机组性能受海拔、 环境温度影响较大.
燃气内燃机发电机组的优势在于：发电效率较高、烟气品位较高.部分负荷特性较好.机组性能受海拔、环境温度影响较小，劣势在于：需要润滑、50%的缸套冷却水品位较低.维护工作量大维护 冷却，辅助设备多，管道系统复杂.占总余热量约成本高管理工作复杂.对燃料的品质要求较高.
3.2选型原则
对于用电负荷变化较大的项目（如商业建筑），可采用模块化控制的微型燃气轮机发电机组或燃气 内燃机发电机组以保证燃气发电机组在部分负荷下的发电效率.
对于噪声、排放要求高的项目，可考虑采用微型、小型燃气轮机发电机组.若采用燃气内燃机发电机组需考虑机组的降噪减振并根据要求设置烟 气脱硝装置.
对于周边没有高压、次高压燃气管网，且无法（不满足安全距离等要求）增设大型燃气增压设备，或增压后对燃气管网影响大的项目（如城区中心场所）可考虑采用微型燃气轮机发电机组或燃气内 燃机发电机组.
4典型案例分析
①案例1
②案例2
对于海拔高、环境温度高的项目建议采用燃气内燃机发电机组避免发电功率的衰减
对于只有高压蒸汽需求的项目（如大型工厂），建议采用小型燃气轮机发电机组.
对于维护管理能力欠缺的项目建议采用微型燃气轮机发电机组
对于电热（冷）比大于或等于1的项目采用燃气内燃机发电机组更为经济、节能-对于电热（冷）比小于1的项目采用微型、小型燃气轮机发电机组 更合适.这样可使得分布式能源系统提供的电热（冷）与用户需求基本吻合尽量避免补燃或余热排放现象从而获得较大的节能和经济效益.
对于气电价比高于3的项目建议采用发电效率较高的燃气内燃机发电机组.对于气电价比小于 或等于3的项目若条件允许，可以考虑采用微型、小型燃气轮机发电机组-
上海市第一人民医院松江分院分布式能源项目-该医院是一家综合性医院，床位总数700张- 分布式能源系统采用3台额定发电功率均为65kW、热水产量2t/h的 Capstone C65-ICHP型微型燃气轮机发电机组（模块化控制）满足医院基本电力、全部生活热水需求，于2011年初建成运行-采用微型燃气轮机发电机组的原因在于：可同时产生 电力和生活热水系统简单维护管理方便.易于实现模块化控制可在满足发电效率的基础上适应用电负荷.噪声及振动小污染物排放少.
面积32km²，一期工程为12km²供冷、供热用户遍 浦东国际机场分布式能源项目.机场总体规划布整个机场个别用户距离能源站距离较远.分布式能源系统采用“汽电共生热、冷、电联供”的设计方案没置1台额定发电功率为4000kW的小型燃蒸汽锅炉于1999年10月建成投产.采用小型燃 气轮机发电机组配套1台蒸发量为9.71/h的余热气轮机发电机组的原因在于：能够生产蒸汽易于较远距离输送.可满足生活热水、蒸汽（包括生产用汽、蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组用汽等）、供暖等
多种需求-
5结语
参考文献：
燃气发电机组工作特性分析与分布式能源系统方案设计密不可分，互为依据、不同项目的实际情况不同侧重点也不同：应根据项目具体情况及要 求确定分布式能源系统方案根据不同类型燃气发电机组优势来满足重点要求从项目的经济效益、社会效益、环境效益、运行管理各个方面进行分析，最终确定燃气发电机组类型
[1]金红光郑丹星徐建中.分布式冷热电联产系统装置及应用[M].北京：2010:92-112.[2]左远志杨晓西，丁静.微型燃气轮机的生产厂商与性 能影响因素[J].煤气与热力200727(3)：76-79.[3]周龙保内燃机学[M].北京：机械工业出版社，[4]左政华贵：燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统 2011: 245 251.的比较[J].煤气与热力200525（1):39-42.
of Gas Generator Set in Distributed Energy
Characteristics and Type Selection Principle
System
ZHANG Dan GAO Dingyun GUO Jiasheng SUN Yuxiang
distributed energy system include micro-gas lurbine Abstract: The generator sets widely used ingenerator sel small-scale gas urbine generator set andgas engine generator set. The three lypes of generatorsels are pared in tems of performance parameler variable condition features fuel applicability equipment maintenance and so on. The type selection prinrespective characteristics and a typical case is ana ciple of gas generator set is discussed bined withlyzed.
Key words: distributed energy syslem; gas tur-bine generalor set; gas engine generabor set; type se-
作者简介：张丹（1986-），女，湖北孝感人，工程师，硕士主要从事分布式能源系统方案、系统设计及相关课题研究.收稿日期：2012-10-22:修回日期：2012-11-09
