燃氣輪機系統(tǒng)在分布式發(fā)電中的應(yīng)用研究

李明

摘要：分布式發(fā)電已經(jīng)成為目前電力能源行業(yè)最主要的發(fā)電技術(shù)之一，而燃氣輪機通過不斷的更新與發(fā)展，也已經(jīng)成為目前主要的分布式發(fā)電設(shè)備。燃氣輪機系統(tǒng)在分布式發(fā)電中的運用，提升了電力能源供應(yīng)質(zhì)量和安全穩(wěn)定性，具有非常好的發(fā)展前進。本文簡要分析了燃氣輪機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，分布式發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀，探究了燃氣輪機系統(tǒng)在分布式發(fā)電中的運用效果和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機;分布式發(fā)電系統(tǒng);運用

前言

燃氣輪機從20世紀50年代開始出現(xiàn)在發(fā)電工業(yè)領(lǐng)域，由于其相對于常規(guī)燃煤火電廠具有效率高（聯(lián)合循環(huán)供電）、造價低、建設(shè)周期短、用地用水少、可以快速啟動、可用率高、污染物排放低等多項優(yōu)勢，在全球發(fā)電領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展，近年來，隨著節(jié)能環(huán)保的要求日益增強，許多企業(yè)都在努力研發(fā)燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的制造及應(yīng)用技術(shù)，取得了可喜的成果。

1 關(guān)于小型燃氣輪機

燃氣輪機是涉及國家能源和國防安全的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是能源動力裝備領(lǐng)域的最高端產(chǎn)品，代表裝備制造業(yè)的最高技術(shù)水平。按照功率等級，燃氣輪機可分為小型、中型和重型。其中：發(fā)電功率為1MW以下的稱燃氣輪機，1～10MW為小型燃氣輪機，10～100MW為中型燃氣輪機，100MW以上為重型燃氣輪機;10MW以下可統(tǒng)稱為微小型燃氣輪機，10MW以上可統(tǒng)稱為中重型燃氣輪機。與中重型燃氣輪機相比，微小型燃氣輪機應(yīng)用面更廣、需求量更大，是分布式供能、天然氣發(fā)電、工業(yè)驅(qū)動、軍用電源、直升機動力和車船動力等領(lǐng)域的核心裝備，對提高能源利用效率、降低PM2.5、NOx及SO2等污染物的排放，以及提升武器裝備技術(shù)水平與作戰(zhàn)能力具有重要意義。微小型燃氣輪機的核心技術(shù)：

一方面，是熱端部件材料及制造工藝、低污染燃燒技術(shù)等與其他功率等級燃氣輪機所面對的同樣關(guān)鍵技術(shù)問題;另一方面，則是由于微小型燃氣輪機具有尺寸小和轉(zhuǎn)速高的特點，具備一些特有的技術(shù)難點，如緊湊式回熱器、高速空氣軸承和高速電機等。

2 燃氣輪機系統(tǒng)應(yīng)用分析

2.1 燃氣輪機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

①燃氣輪機基本結(jié)構(gòu)。燃氣輪機系統(tǒng)主要由發(fā)電機、燃燒室、渦輪機、空氣壓縮機等設(shè)備組成，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單循環(huán)，主要以汽油、柴油、天然氣、瓦斯等作為主要燃燒燃料。由于這種燃氣輪機系統(tǒng)本身比較小，具有比較好的靈活性，通常情況下發(fā)電功率在上百千瓦級別（25-350kW）。由于其小巧靈活，且具有比較高的動力性能，工作效率較高、穩(wěn)定性較好，被廣泛應(yīng)用在汽車、航空器、電力供應(yīng)等方面，主要作為一種二級動力輔助推動裝置。后期經(jīng)過不斷的發(fā)展與改進，被廣泛應(yīng)用在分布式發(fā)電中。②燃氣輪機工作原理?？諝獗晃肟諝鈮嚎s機后，壓縮機將空氣進行高密度壓縮，然后進入到燃燒室，在燃燒室內(nèi)壓縮空氣與其他燃料物質(zhì)進行混合燃燒，再將產(chǎn)生的高溫燃氣推動到渦輪機中，由渦輪機產(chǎn)生強大的動能，從而推動轉(zhuǎn)子進行轉(zhuǎn)動。渦輪將做功后的燃氣進行處理，推動到回熱氣以及熱交換器中，這樣能實現(xiàn)發(fā)電及供熱目的。燃燒汽輪機系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自我供能，可以為自身系統(tǒng)的燃燒做功提供動能能量。

2.2 燃氣輪機系統(tǒng)在分布式發(fā)電中的運用分析

燃氣輪機系統(tǒng)有著比較高的應(yīng)用價值，具有燃料適應(yīng)能力強、質(zhì)量輕便、體積小、低消耗、發(fā)電效率高、噪音小、廢棄排放量低、故障率低、可遙控操作和自我故障診斷等優(yōu)勢，是一種具有現(xiàn)代化、集成化、信息化的應(yīng)用系統(tǒng)，具有比較高的應(yīng)用價值，能夠在多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。燃氣輪機系統(tǒng)在研究之初，發(fā)電功率在25kW-75kW，后期逐漸快速發(fā)展，目前已經(jīng)達到350kW。燃氣輪機系統(tǒng)和分布式發(fā)電的快速發(fā)展，促進了二者的良好融合，同時也給燃氣輪機技術(shù)的推廣與發(fā)展提供了比較廣闊的應(yīng)用空間。單一條件下燃氣輪機產(chǎn)生的功率有限，但是多個單位系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用所產(chǎn)生的發(fā)電能量比較龐大。目前將天然氣作為主要燃燒原料，整體工作效率比較高，同時又有節(jié)能環(huán)保的能力，非常適合在城市中全面推廣。在汽電共生領(lǐng)域中，燃氣輪機系統(tǒng)將與傳統(tǒng)的活塞內(nèi)燃機系統(tǒng)展開比較激烈的市場對抗。從整體上來看，燃氣輪機系統(tǒng)具有比較明顯的對抗優(yōu)勢，無論從成本投入還是經(jīng)濟回報等方面，燃氣輪機的應(yīng)用價值要優(yōu)先于傳統(tǒng)的活塞內(nèi)燃機系統(tǒng)。雖然燃氣輪機的應(yīng)用技術(shù)不斷優(yōu)化，但目前我國在這一領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)和相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)仍然存在能力不足的現(xiàn)實問題。

3 分布式發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用分析

3.1 分布式發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

分布式發(fā)電系統(tǒng)具有一定的獨立性，能夠?qū)崿F(xiàn)分段控制，這樣能改善傳統(tǒng)方式帶來的弊端，即使供電系統(tǒng)大網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或損壞等問題，供電網(wǎng)絡(luò)也不會出現(xiàn)大范圍停電的問題，系統(tǒng)能夠完成正常供電工作，彌補了傳統(tǒng)供電系統(tǒng)存在安全性和穩(wěn)定性不足的問題，因此分布式發(fā)電系統(tǒng)具有比較高的穩(wěn)定性;目前分布式發(fā)電系統(tǒng)主要供電方式采取的是燃氣輪機供電系統(tǒng)，由于其使用清潔能源作為主要工作燃料，因此分布式發(fā)電系統(tǒng)具有比較好的環(huán)保性，可以廣泛應(yīng)用在城市中心、住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)或農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)等;分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電損耗和供電損耗比較小，甚至可以忽略不計，因此能夠降低供電企業(yè)的運營成本，降低配電損耗，給電力供應(yīng)企業(yè)帶來比較高的經(jīng)濟效益。

3.2 分布式發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀與運用分析

分布式發(fā)電技術(shù)目前有非常大的發(fā)展空間。目前我國正處于經(jīng)濟快速發(fā)展階段，對電力能源的要求量逐漸增大，一些大城市和特大城市的用電壓力持續(xù)增長，再加上環(huán)境保護意識的提升，使傳統(tǒng)燃煤汽輪機供電方式正在被清潔能源供電方式所取代。電力供應(yīng)安全穩(wěn)定性問題一直是電力企業(yè)研究的課題，尤其對于一些自然環(huán)境條件比較惡劣的地區(qū)，電力供應(yīng)問題一直比較突出。在自然環(huán)境條件較差的偏遠山區(qū)、深山村鎮(zhèn)、偏遠農(nóng)牧區(qū)等位置，想要實現(xiàn)規(guī)?；w供電難度較大，不僅要投入更多的建設(shè)資金，電力供應(yīng)穩(wěn)定性也難以有效保障。這樣就制約了這些區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展，給當?shù)氐慕ㄔO(shè)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ顜硪欢ㄓ绊憽６鴮⑷細廨啓C系統(tǒng)與分布式發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，能夠有效的解決這一發(fā)展性技術(shù)課題。通過這項技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電力資源的“自產(chǎn)自用，余額分銷”的方式，既保證了地區(qū)的電力能源使用問題，帶動了地區(qū)經(jīng)濟和基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，同時將產(chǎn)出的多余電能分銷到用電壓力大的區(qū)域，能夠從整體上緩解用電壓力，也實現(xiàn)了環(huán)境保護的目標。

4 結(jié)語

電力能源的發(fā)電方式已經(jīng)出現(xiàn)了巨大變革，推動電力能源產(chǎn)業(yè)逐漸向更清潔、更高效的方向發(fā)展。燃氣輪機作為目前應(yīng)用比較廣泛的發(fā)電系統(tǒng)，具有比較廣闊的發(fā)展空間。各單位已經(jīng)將提升燃氣輪機應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用效果作為目前主要研究課題，努力將其發(fā)展成為分布式發(fā)電產(chǎn)業(yè)中的重要技術(shù)，力爭在電力能源供應(yīng)過程中發(fā)揮出積極作用，從而推動市場經(jīng)濟和電力產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]伍賽特.微型燃氣輪機技術(shù)特點研究及其應(yīng)用于分布式發(fā)電領(lǐng)域的前景展望[J].通信電源技術(shù)，2019（6）.

（作者單位：中航世新安裝工程（北京）有限公司沈陽分公司）