两种典型天然气分布式能源系统介绍

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        天然气分布式能源系统按原动机形式的不同,可主要分为燃气轮机驱动分布式能源系统、内燃机驱动分布式能源系统、微燃机驱动分布式能源系统和燃料电池驱动分布式能源系统四种形式。
        微燃机单机容量较小,一般在250kW以下,且其发电效率及综合热效率均较低、成本较高;燃料电池设备和技术还不成熟,相对成本更高,故微燃机和燃料电池应用较少。上海敏欣能源科技有限公司现有4台2MW燃气轮机发电机组和1台2MW内燃机发电机组,本文主要介绍燃气轮机驱动分布式能源系统和内燃机驱动分布式能源系统。
        一、燃气轮机分布式能源系统
        燃气轮机发电机组的工作原理为燃料在机器内部燃烧形成高温高压燃气后进入涡轮膨胀做功,将热能转换为机械功发电。燃气轮机发电后余热只有排烟烟气一种形式,烟气温度在250℃~550℃之间。其余热利用系统较内燃机简单,可通过余热锅炉产生热水或蒸汽,也可直接通过吸收式冷温水机组生产冷水和热水。
        燃气轮机分布式能源系统运行过程中需要高压燃气,故该系统适合于城市边缘负荷相对较大的医院、办公楼、宾馆等公用建筑,由于燃气轮机的余热形式只有高温烟气,可产生大量的蒸汽,因此燃气轮机分布式能源系统还适合于具有稳定电负荷、蒸汽负荷,并且蒸汽量需求比较大的企业,如造纸厂、陶瓷厂、化工厂和玻璃厂等。
        二、内燃机分布式能源系统
        内燃机发电机组的工作原理为燃料与空气在气缸内混合压缩后点火发生爆燃,推动活塞带动连杆和曲轴驱动发电机发电。内燃机在燃料燃烧后产生的余热有烟气和缸套水(冷却缸套水、润滑油缸套水、中冷器缸套水)两种形式。不同品牌的内燃机,其发电效率和热效率不同。一般来说,内燃机的发电效率可达30%~40%,缸套水热效率可达25%~30%,烟气热效率(排烟温度由400℃冷凝到120℃的热量)可达18%~25%。
        内燃机余热形式不同,温度也不同,故需要针对不同品味的余热进行有效合理的利用,实现能源的梯级利用。天然气进入内燃机产生高温烟气和缸套水两种余热形式。高温烟气可直接进入烟气余热锅炉换热产生蒸汽或热水,满足用户的蒸汽负荷需求。一般来说由于内燃机的容量有限,其所产生蒸汽量也有限,因此一般在这种系统配置时,需要有燃气锅炉进行补充。内燃机的冷却水由于温度较低,最高约120℃,最低不到90℃,在冬季可以直接换热用于采暖或供生活热水。内燃发电机组装机能量范围为20~5000kW,适合于小型的楼宇式分布式能源系统,比如说规模相对较小的医院、办公楼、酒店宾馆、车站、商场等公用建筑。