分布式燃机研究现状论文

分布式供电主要方式分布式发电方式多种多样，根据燃料不同，可分为化石能源与可再生能源；根据用户需求不同， 有电力单供方式与热电联产方式（CHP），或冷热电三联产方式（CCHP）；根据循环方式不同，可分为燃气轮机发电方式，蒸汽轮机发电方式或柴油机发电方式等。表1 列出了主要的分布式供电方式。 在产业革命后的200 年中，煤炭一直是世界范围内的主要能源，而随着科技、经济的发展，石油在一次能源结构中的比例不断增加，于20 世纪60 年代超过煤炭[2]。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气比例上升；同时，新能源、可再生能源逐步发展，形成了当前的以化石燃料为主和新能源、可再生能源并存的格局。然而，虽然可再生能源是取之无尽的洁净能源，但其能源密度低，稳定性较差，需要蓄能调节，长期稳定运行困难，且由于技术不够成熟，可再生能源一次投资较大，经济性差；而化石能源的发电技术不仅更加成熟，而且效率更高。因此，作为分布式供电的发电技术，化石能源是主要方向。分布式供电主要动力- 微型燃气轮机以化石能源为能源动力的分布式供电方式多种多样（见表1）。随着微型燃机技术的不断完善， 微型燃机发电机组已成为分布式供电的主力。 微型燃气轮机（Micro Turbines）是功率为数百kW 以下的、以天然气、甲烷、汽油、柴油等为 燃料的超小型燃气轮机。它的雏形可追溯到60 年代，但作为一种新型的小型分布式供电系统和电 源装置的发展历史则较短。微型燃气轮机大都采用回热循环。通常它由透平、压气机、燃烧室、回热器、发电机及电子控 制部分组成，从压气机出来的高压空气先在回热器内接受透平排气的预热，然后进入燃烧室与燃料 混合、燃烧。大多数微型燃气轮机由燃气轮机直接驱动内置式高速发电机，发电机与压气机、透平 同轴，转速在50 000～120 000 r/min 之间。一些单轴微型燃气轮机设计，发电机发出高频交流电， 转换成高压直流电后，再转换为60 Hz 480 V 的交流电[5]。目前，开发微型透平的厂商主要集中在北美，欧洲有瑞典和英国。表2 为部分新一代微型燃气 轮机的主要技术参数。微型燃机先进技术特征与柴油机发电机组相比，微型燃机具有以下一系列先进技术特征[5-12]：（1） 运动部件少，结构简单紧凑，重量轻，是传统燃机的1/4；（2） 可用多种燃料，燃料消耗率低、排放低，尤其是使用天然气；（3） 低振动、低噪音、寿命长、运行成本低；（4） 设计简单、备用件少、生产成本低；（5） 通过调节转速，即使不是满负荷运转，效率也非常高；（6） 可遥控和诊断；（7） 可多台集成扩容。因此，先进的微型燃气轮机是提供清洁、可靠、高质量、多用途的小型分布式供电的最佳方式， 使电站更靠近用户，无论对中心城市还是远郊农村甚至边远地区均能适用。制造商们相信，一旦达到适当的批量，微型燃气轮机有能力与中心发电厂相匹敌。对终端用户来说，与其它小型发电装置相比，微型燃气轮机是一种更好的环保型发电装置。分布式供电发展方向- 冷热电三联产系统虽然回热等有效提高微型燃气轮机系统热转功效率的手段得到应用，微型燃机发电效率已从 17%~20%上升到当前的26%~30%[6]，但以微型燃气轮机作为动力的简单的分布式供电系统的热转功 效率依然远小于大型集中供电电站。如何有效提高分布式供电系统的能量利用效率是当前分布式供 电技术发展所面临的主要障碍之一。正如常规的集中供电电站可以通过功热并供提高能源利用率一样，分布式供电系统在用户需要 的情况下，同样可以在生产电力的同时提供热能或同时满足供热、制冷两方面的需求。而后者则成 为一种先进的能源利用系统-冷热电三联产系统。 与简单的供电系统相比，冷热电三联产系统可以在大幅度提高系统能源利用率的同时，降低环 境污染，明显改善系统的热经济性。因此，三联产技术是目前分布式供电发展的主要方向之一。目前我国正处在经济高速发展时期，提高资源综合利用效率，是我国能源工业能否持续支撑国 家现代化建设的关键所在。我国能源利用水平距世界发达国家还有很大的差距，日益增长的电力需 求远未得到满足，“大机组、大电厂、大电网”的大规模、集中式的电网供电依然是我国目前能源 工业的主要发展方向。但是，我国需要分布式供电。这是因为：（1）我国幅员辽阔，但物产资源相对贫乏，而且经济发展不平衡。对于西部等偏远、落后地区而 言，由于其远离经济发达地区，形成一定规模的、强大的集中式西北电网系统需要很长时间 和巨额的投资，这无法满足目前西部经济快速发展的需要。而分布式供电系统可以借助西部 天然气资源丰富、可再生能源有多种多样的优势，在短时间内，以较小的投资为代价，为西 部经济发展提供有利的支撑；对于东南沿海经济发达地区，由于生活水平的日益提高，已经 出现了类似于西方发达国家的对于能源产品需求多样化的趋势，与集中式供电相比，分布式 供电可以为解决上述问题提供更加圆满的方案。（2）随着经济建设的飞速发展，我国集中式供电电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全性 问题是不容忽视的，如纽约市、台湾岛二次大停电已为我们敲响了警钟。为了及时抑制这种 趋势的蔓延，只有合理地调整供电结构、有效地将分布式供电和集中式供电结合在一起，构 架更加安全稳定的电力系统。（3）纵观西方发达国家的能源产业的发展过程，可以发现：它经历了从分布式供电到集中式供电， 又到分布式供电方式的演变。造成这种现象不仅仅是由于生活水平的需求，而且也是集中式 供电方式自身所固有的缺陷造成的。毋庸置疑，随着社会的发展，我国能源产业也将面临类 似的问题。因此，虽然从目前能源产业的发展情况来看，集中式供电是我国能源系统发展的 主要方向，但从长远看，构造一个集中式供电与分布式供电相结合的合理的能源系统，增加 电网的质量和可靠性，将为我国能源产业的发展打下坚实的基础。所以，我国近期应发展大机组、大电厂，同时，不失时机、因地制宜地兴建分布式供电设施。 可以预见，随着西部大开发的深入进行，特别是“西气东输”工程的开展，我国沿线区域和边远地 区的分布式供电将得到极大的发展。