燃气轮机系统在分布式发电中的应用研究

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燃气轮机电厂负荷管理解决方案

工作研究燃气轮机电厂负荷管理解决方案魏巍（中航世新安装工程（北京）有限公司沈阳分公司，辽宁沈阳 110000）摘要：以燃气轮机为主的电厂已经成为目前电力能源行业主要的发展方向之一，而燃气轮机通过不断的更新与发展，也已经成为目前主要的分布式发电设备。

燃气轮机发电项目在分布式发电中的运用，提升了电力能源供应质量和安全稳定性，具有非常好的发展前进。

更好的解决燃气轮机电厂负荷的管理与分配将是重要的课题。

结合多台燃机并列运行的方式，探究并提出了负荷管理解决办法，使燃气轮机系统在分布式发电中更具有前景和运用效果。

关键词：燃气轮机；负荷管理；工厂前言燃气轮机从20世纪50年代开始出现在发电工业领域，由于其相对于常规燃煤火电厂具有效率高（联合循环供电）、造价低、建设周期短、用地用水少、可以快速启动、可用率高、污染物排放低等多项优势，在全球发电领域取得了长足的发展，近年来，随着节能环保的要求日益增强，许多企业都在努力研发燃气轮机发电设备的制造及应用技术，取得了可喜的成果，燃气轮机电厂负荷的管理与分配的解决方案也成为了重要课题。

1 负荷管理分配的意义大型工业厂区大多配置自备电厂，由多台燃气轮机发电机组并网运行的自备电站，当与外部电网无法并网运行时，可以有效的保证工业厂区内用电需求；与外部电网并网运行时，可以有效的管理负荷的变化，从而提升电厂的消耗，达到经济效益的最大化。

2 负荷管理分配2.1按燃机性能特征曲线计算出每台燃机在当前大气条件下的最大输出功率，（或在性能试验时将功率修正到当前大气条件下的功率值ｘ0.95）负荷分配计算时使燃机不超载。

监视电网运行参数，如功率、频率等变化，分析负载变化情况，如电网频率下降、储备负载不足时，发相应报警，提示启动备用机组。

机故障甩负荷时，负荷分配应能均匀分配每台燃机负荷，不使个别燃机超载，如果燃机功率不足，按给定的优先等级分断负荷断路器。

（或按燃机不足的功率负荷值，由负荷管理系统按优先等级算出一组负荷，一次分断一组负荷断路器）对应多台机组的有功功率控制（燃料调节）和无功功率控制（励磁调节）。

Ansaldo_AE64.3A

型燃气轮机Picco Giacomo燃气轮机工程部（Gas Turbine Engineering Department）Ansaldo Energia AE64.3A 型燃气轮机：为分布式发电应用提供灵活而可靠的解决方案上海2013 年5 月15 –16 日燃气轮机输出功率介于75 -294 MW，采用先进的技术解决方案与设计可满足客户关于运行效率安萨尔多能源公司（Ansaldo Energia）是意大利芬梅卡尼卡集团（Finmeccanica）的下属企业之一，专业从事发电厂应用领域的相关业务。

其业务遍布全球市场，且拥有包括政府、独立电力生产商以及工业用户等在内的广大客户群体。

公司可提供完整系列的产品，包括：解决方案与设计，可满足客户关于运行效率、可靠性以及灵活性等多方面的要求。

蒸汽轮机输出功率介于80 -1200 MW，产品范围涵盖了地热发电、联合发电、矿物燃料发电等各种不同的应用领域。

发电机包括涡轮发电机与水轮发电机。

涡轮发电机：输出功率介于300 -900 MVA。

产品包括空气冷却式、水冷却式以及氢气冷却式等各种型号，且采用的技术解决方案已经过广泛的测试验证。

安萨尔多能源公司（Ansaldo Energia）保留本文稿的所有权利。

未事先获经本公司的书面同意，严禁对本文的任何内容进行复制。

安萨尔多能源公司（Ansaldo Energia ）坐落于热那亚坎比（Genova-Campi ）工业区，公司占地总面积为235,000m 2，厂房占地面积为145,000m 2。

公司分为三大厂区，拥有800台生产设备，其中用于计算机辅助设计（CAD ）与计算机辅助制造（CAM ）的设备共150台。

热那亚（Genoa ）米兰（Milan ）安萨尔多能源公司（Ansaldo Energia ）保留本文稿的所有权利。

未事先获经本公司的书面同意，严禁对本文的任何内容进行复制。

型号功率等级ANSALDO ENERGIA 燃气轮机专为大中型发电厂提供完整的系列产品AE643A 75MW F AE64.3A 75 MW F级AE94.2 170 MW E 级AE94.3A 294 MW F 级安萨尔多能源公司（Ansaldo Energia ）保留本文稿的所有权利。

分布式发电与并网技术的研究与探讨

分布式发电与并网技术的研究与探讨分布式发电的研究具有多元性、广泛性以及代表性。

目前，电力系统的发展和能源发展现状，分布式发电研究具有重要的理论意义和重要的应用价值。

同时介绍了国内外分布式发电的发展现状和应用前景。

本文分析了分布式并网系统和分布式发电对电力系统规划，电力质量，继电保护和可靠性以及配电网分布式发电和分布式发电前景的影响。

标签：分布式发电；电力系统；配电网；并网技术1 分布式发电技术在电力系统不断发展改进的过程中，分布式发电以其独特优势以及具有广阔发展空间的前提下，不断应用而生。

近年来分布式发电技术以其独有的环保性、经济性引起人们越来越多的关注。

本文在简要概述分布式电源及其并网技术应用情况的基础上，介绍主要分布式电源的特点、主要涉及分布式发电并网的接口技术，含分布式电源的系统规划与设计及其优化，含分布式电源的系统分析、运行与控制，孤岛检测、紧急控制与继电保护等方面。

最后指出分布式电源及并网技术的未来发展趋势与方向。

DG是指靠近用户端安装的一些中小型发电装置。

它可以直接向少数用户直接供电，不受公共电网的需求，或者与公共电网一起进入配电网络，为用户提供电力。

1.1 几种分布式发电技术（1）天然气作为普通燃气轮机，内燃机和微型燃烧发动机为基本核心发电系统。

（2）燃料电池发电系统。

其中有：磷酸燃料电池PAMFC，质子交换膜燃料电池PEMFC，熔融碳酸盐燃料电池MCFC，固体氧化物燃料电池。

（3）太阳能光伏电池发电系统。

（4）风力发电系统。

（5）生物质能发电系统。

2 分布式发电的并网近年来，DG和常规电力系统的运行趋势越来越明显。

DG网络有两个方面的问题：一是网络本身的结构和性能；另一个DG在电网之后对电力系统的运行，控制，保护等方面的影响。

2.1 分布式发电并网系统DG并网系统包括两个含义：在DG和电网之间建立设备之间的物理连接，即硬件。

DG与外界形成电气连接手段。

同时，依靠这些电接触的硬件，也可以实现DG单元的监控，控制，测量，保护和调度功能。

微型燃气轮机发电技术研究

微型燃气轮机发电技术研究摘要：随着我国经济水平的提高，能源需求也在不断增加，从环保的角度来看，微型燃气轮机的使用正受到各领域的广泛关注。

本文介绍了微型燃气轮发电机组的基本结构、性能指标和技术进步，比较分析了微型燃气轮发电机组的技术特点，并提出了相应的发展建议。

在微型燃气轮机的研发中，通过该技术的开发和应用进行了探索，有望起到积极的借鉴作用。

关键词：微型燃气轮机；发电技术；发展与应用；研究分析微型燃气轮机在我国现代电力企业内部生产经营中得到广泛应用。

电力在经济社会发展过程中能源的合理输送和有效分配。

也在现代国防和军事领域。

总之，微型燃气轮机可以在当前和未来的社会经济事业中发挥重要的、不可替代的引领作用。

我国与国际微型燃气轮机相比仍有差距，尚未形成严格的微型燃气轮机产业，缺乏自身的开发制造能力。

因此，为进一步推动我国微型燃气轮机技术的发展，有关方面有必要根据实际情况从基础内容入手，尽可能提高技术的应用水平。

为提高能源使用的整体效益，许多微型燃气轮机采用联产模式，即集中向周边学校、写字楼、医院、家庭、企业和微型燃气轮机供电。

我就是。

为推进微型燃气轮机联产模式运行，需提供1-5kW微型燃气轮机以满足市场需求。

1微型燃气轮机的概念和特点微型燃气轮机是一种小型热机技术，单机出力保持在300kW以内，基本特点是采用外流式叶轮机。

在技术研究中，微型燃气轮机可以利用先进的发电方式、燃料电池和联合循环，这些技术被广泛应用，因为联合循环的效率超过65%，产生的污染更少在混合动力汽车制造中。

据新闻报道，一台30kW微型燃气轮机燃烧天然气时，其排放量仅为重型机械最低排放量的80%。

气流压缩使用气体作为流体介质。

燃气与喷入燃烧室和喷嘴的两种气体直接混合，通过燃气轮机压气机进入燃料室，形成高温、低热、高混合气体。

压力。

利用燃气轮机驱动喷嘴和动叶燃气轮机膨胀机来推动风力燃气轮机转子，使风力压缩机和风力发电机燃气轮机转子高速旋转，并将其作为气体燃料产生大量化学物质，所产生的机械能转化为热机械能处理，输出大量功率。

天然气分布式能源研究报告

天然气分布式能源研究报告一、天然气分布式能源简介分布式能源系统是相对于传统的集中式供能的能源系统而言，传统的集中式供能系统采用大容量设备、集中生产，然后通过专门的输送设施（大电网、大热网等）将各种能量输送到较大范围的众多用户；而分布式能源系统则是直接面向用户，按用户的需求就地生产并供应能量，具有多种功能，可满足多重目标的中小型能源转换利用系统。

国家发改委能源局在《关于分布式能源系统有关问题的报告》中的官方定义认为，分布式能源是利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式，目前分布式能源大多数以天然气为主。

天然气分布式能源，是指利用天然气为燃料，通过冷、热、电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率达到70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应及现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。

工艺流程：通过冷、热、电三联供技术，利用先进的燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电，再对做功后的余热进一步回收，用来发电、制冷、供暖和生活热水，从而实现对能源的梯级利用，能够提高能源利用效率至80%-90%。

系统设备：小型燃气轮机，余热锅炉，蒸汽溴化锂空调机组，余热溴化锂空调机组等。

适用地区及用户：医院、大学、机关、宾馆、饭店、商业中心、高档写字楼、社区和工厂等能源消费量大且集中的地区，以及对供电安全要求较高的单位。

这些用户组织性强，便于集中控制和管理，有利于资金回收。

用电、用冷（热）负荷非常集中，时间长，单位面积负荷大。

系统方案：燃气--蒸汽联合循环热电联产方案（燃气轮机--余热锅炉--蒸汽溴化锂吸收式空调机方案），由燃气轮机首先利用天然气发电，将烟气中的余热通过余热锅炉回收转换成蒸汽利用，冬季依靠热交换器转换热水采暖，夏季依靠蒸汽溴化锂吸收式空调机制冷。

燃气轮机--余热/直燃溴化锂吸收式空调机联合循环方案，由燃气轮机首先利用天然气发电，不同的是将烟气中的余热直接通过余热/直燃溴化锂吸收式空调机收转利用，冬季转换热水采暖，夏季转换冷水制冷。

分析我国天燃气分布式能源的应用

分析我国天燃气分布式能源的应用摘要：天然气分布式能源近年来随着天然气的推广得到了应用，尤其是我国相关政策的出台，促进了天然气分布式能源的广泛应用，从而开拓了天然气能源应用的新领域和新模式。

文章介绍了天然气分布式能源系统的概念和特点，基于此论述了天然气分布式能源的工作原理和应用领域。

关键词：天燃气分布式能源应用随着我国经济的迅速发展，能源消耗日益增多，天燃气由于其所具有的低成本、低污染，而成为取代旧能源的理想选择，目前的天燃气主要应用在城市燃气、燃气发电、化工用气、工业用气等方面发展，并表现出向新领域发展的趋势，天燃气分布式能源系统被定性为近期天燃气发展使用中的一个重要手段，它通过前期的市场推广和前景勘探与开发，会在我国不久的未来，得到充分的重视与推广应用。

1 分布式能源系统的概念和特点分布式能源是相对于传统的集中式供电方式而言的，它是将供电、冷、热系统，以小容量、分散化、小规模、模块化的布局方式安装在终端用户的一种实用、操作简单的能源系统，该系统可以独立的完成电、冷、热的输出。

典型的分布式能源系统主要包括动力发电机组（原动机，蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机、燃料电池等）、电力并网、余热利用系统（余热冷热水机组、热交换器、余热锅炉）系统等三个主要的部分。

基于用户资源和需求的不同，热电冷联产系统可以选择实施的方案也不同。

2 天然气分布式能源系统工作原理天燃气分布式供能系统是通过对于新型的清洁能源——天燃气的梯级开发利用，降低能源系统运营成本、提高能源的利用效率，因而，具有节能环保的作用。

天燃气的工作原理，是进入到燃气轮机后燃烧做功带动发电机发电，其所产生的高温烟气进入到余热锅炉，而后加热为高压蒸汽。

在这一工作原理中，使用燃气-蒸汽联合循环机组可以同时进行制冷、发电、供热过程，形成电负荷及冷热负荷，实现热电冷联产，天燃气被逐级的开发和高效利用。

实现热能80℅以上的利用率，这一数值远远高于燃煤式发电，而不会排放出含硫的有害烟气。

燃气分布式能源技术介绍

原动机
（3）微型燃气轮机
空口气入
同样由压气机、燃烧室和透平三部分
冷片却翅
尾口气出回热器燃嘴料喷燃室烧
构成，但结构更简单；通常带回热器，利用尾部烟气加热入口空气，提高机组效率；采用空气轴承等技术，不需要润滑油。
高电速机发
空缩气机压气承浮轴
涡平轮透
（4）燃气内燃机
和汽车发动机原理类似；
适合于楼宇应用，用户的经济承受能力较高
原动机
原动机选型的考虑因素：机型的效率机型的价格和维护成本机型的负荷调节能力机型的启停特性：快慢、对寿命的影响对燃料的要求：进气压力、燃料热值和成分技术的先进性和成熟度使用业绩环保性能
余热锅炉
余热锅炉选型：
启动特性启动很快启停对寿命无影启动相对较慢轻型机相对重型机启动快重型机启停对寿命有影响轻型机启停对寿命无影响启动较快燃气压力要求燃气压力要求较低可直接采用市政管网燃气压力要求高轻型机的压力要求更高需专用管网或者设置增压机燃气压力要求较低可直接采用市政管网尺寸外形尺寸大结构笨重外形尺寸相对小结构较轻便轻型燃机相对更轻便外形尺寸紧凑结构非常轻原动机原动机型式和特点项目燃气内燃机中小型燃气轮机微型燃气轮机运行维护结构复杂运行维护工作量大且消耗润滑油结构较简单运行维护工作量较小使用但不消耗润滑结构简单运行维护工作量小部分机组可不使用润滑油可靠往复运动运动部件多可靠性较差回转运动运动部件少可靠性较好回转运动运动部件少可靠性好振动振动大噪声大振动小噪声小振动小噪声小排放较高需要设置脱硝装置较低采用低氮燃烧器可不设脱硝装置较低采用低氮燃烧器可不设脱硝装置适用条件适合于楼宇和较小的区域应用特别是有采暖和热水需求的用户
配电站

分布式发电技术及其并网运行研究综述

分布式发电技术及其并网运行研究综述一、本文概述随着全球能源需求的不断增长和对可再生能源的迫切需求，分布式发电技术及其并网运行成为了当今能源领域的研究热点。

分布式发电（Distributed Generation，DG）指的是在电力系统中，将较小规模的发电设施分散布置在用户端或接近用户端，直接向用户供电或向电网提供电力的技术。

这种发电方式具有灵活性高、可靠性强、环境友好等优点，对于提高电力系统的效率和稳定性、缓解能源压力、降低碳排放等方面都具有重要意义。

本文旨在对分布式发电技术及其并网运行的研究进行全面的综述。

将介绍分布式发电的基本概念、分类以及特点，包括各种类型的分布式发电技术，如太阳能发电、风力发电、燃料电池等。

将详细分析分布式发电并网运行的基本原理、关键技术以及并网过程中存在的问题和挑战，如电压波动、谐波污染、孤岛效应等。

在此基础上，将综述国内外在分布式发电及其并网运行方面的研究进展，包括并网控制策略、能量管理、保护方案等方面的最新成果。

将展望分布式发电技术的发展趋势和应用前景，为未来的研究和应用提供参考。

通过对分布式发电技术及其并网运行的深入研究和综述，本文旨在为相关领域的学者和工程师提供全面的技术资料和参考，推动分布式发电技术的进一步发展和应用，为全球能源结构的优化和可持续发展做出贡献。

二、分布式发电技术分类及原理分布式发电技术，作为一种新兴的发电方式，以其独特的优势在近年来得到了广泛的关注和应用。

根据其能源类型和转换方式的不同，分布式发电技术主要可以分为以下几类，并各自具有其独特的原理。

太阳能光伏发电：利用光生伏特效应，将太阳能直接转换为电能。

光伏电池板吸收太阳光，产生光电子，通过电路连接形成电流，从而实现太阳能到电能的转换。

这种技术环保、无污染，但受天气和地理位置影响较大。

风力发电：利用风力驱动风力发电机组转动，进而通过电磁感应原理产生电能。

风力发电具有清洁、可再生的特点，但其稳定性和连续性受到风力资源的影响。

微型燃气轮机在分布式供能中应用的可行性研究

华北电力技术
ＮＲＨＣＩＡＥＥＴＩＯＲＯＴＨＮＬＣＲＣＰＷＥ
・
试验研究・
微型燃气轮机在分布式供能中应用的可行性研究
王凯，葆华，黄田云峰
（北电力科学研究院有限责任公司，京１０４）华北００５
轮机、种工程用的燃料电池和内燃机。各
提高，布式能源系统具有的能源综合利用效率分
０前言
目前，分布式能源系统正逐步成为现代能源
微型燃气轮机（ｃｏｕｂｎＭｉｔｒｉｅ或Ｍｉｏｔｒｒｃ．．ｒｕ
ｂｎｓ的发展源于分布式发电，一类新近发展ｉｅ）是起来的小型热力发动机，单机功率范围３其０～１００ｋ是非常可靠的常规电源发电设备。０Ｗ，分布式能源发展的重点是分布式可再生能源和有节能减排效益的天然气热电联产或冷热
结果表明，型燃气轮机的自身特性决定了其必将在分布式供能中发挥重要的作用。微
关键词：型燃气轮机；布式；热电三联供；微分冷可行性
中图分类号：Ｍ３Ｔ４９Ｔ７；Ｋ７
文献标识码：Ｂ
ＷａｇＫａ，ａｇＢａ — ｕＴｉｎＹｕ —ｅｇｎｉＨｕｎｏｈａ，ａｎｆｎ

TurbecT100微型燃气轮机分布式供能应用探讨

（ＩＯＨｏ一套Ｔ０ＴＯＰ１０联供机组能够产生１ＯＷＯｋ的电能和１５Ｗ的热能，６ｋ达到８％的综合能效。０
１发电机；２压缩空气进气；３燃烧室；４回热器进气；５压
缩机；涡轮机；６７回热器；８热交换器烟气进口；９烟气热交换器；０烟气出口；其主要部件布置图见图１。
４
气轮机。微型燃气轮机是较新的技术，其容量和体积相对普通燃气轮机小很多，配置灵活，适合建筑物等ＣＨＣＰ系统的需求；同时它的排气污染较燃
气内燃机小，对解决贴近用户所必须的低排气污染问题有利，因此今年得到快速发展。
２０年初，０６在意大利环境国土与海洋部的资助
下，上海舜华新能源系统有限公司在同济大学建立了基于微型燃气轮机的ＣＣＨＰ示范研究系统，开展了基于微型燃气轮机的冷热电联供系统的应用基础
１发电机；２压缩空气进气；３燃烧室；４回热器进气；
节能工程
２
３
４
ＰＭＣ对故障原因进行记录。
１２Ｔ０微型燃气轮机发电机组及热电联供模块．１０
Ｔ０１０发电机组可采用单供电方式（１Ｏ）ＴＯＰ，
也可增加余热利用模块形成热电联供方式
１发电机组）
该设备配有远程监控系统，整合了我司设计的
网络界面，能够对机器进行监控并对异常现象进行诊断。此外，标准机型内置一台天然气压缩机，运行安装更加方便。

分布式发电技术及其并网运行研究综述_余昆

D OI :10.3876/j .issn .1000-1980.2009.06.026 收稿日期:2008-10-06基金项目:国家自然科学基金(50677062);教育部博士点基金(20060294019);新世纪优秀人才支持计划(NCET -07-0745);浙江省自然科学基金(R 107062)作者简介:余昆(1978—),男,重庆人,讲师,博士研究生,主要从事地区电力经济运行、地区电网安全分析与控制研究.分布式发电技术及其并网运行研究综述余　昆1,2,曹一家1,倪以信3,陈星莺2,郭创新1(1.浙江大学电气工程学院,浙江杭州　310027;2.河海大学电气工程学院,江苏南京　210098;3.清华大学电机系,北京　100084)摘要:在介绍分布式发电技术相关进展情况的基础上,重点分析讨论了分布式发电并网运行必须解决的关键问题和目前的研究情况.分布式发电并网运行会影响地区电网的安全稳定运行,需要研究相应的稳态和动态分析与控制方法、继电保护的配置和配合策略、动态电能质量控制方法;为了能够充分利用分布式发电的优点,避免其不利影响,还需要对分布式电源及其相关的无功电源进行规划,并建立良好的配电市场.这些研究还不成熟,需要进一步深入研究,尤其需要对相关的继电保护、地区电网孤岛运行和分布式电源的规划进行重点研究.关键词:分布式发电;地区电网;并网运行;运行与规划;继电保护;配电市场中图分类号:TM61;TM727 文献标识码:A 文章编号:1000-1980(2009)06-0741-08近年来分布式发电技术发展迅速,但未形成系统理论,也没有统一的定义和术语,除分布式发电外,北美惯用分散式发电,南美常用嵌入式发电,欧洲和亚洲部分地区则常用非集中式发电[1].这些发电形式实质都是小电源分散发电,随着电力系统的诞生而存在,但因交流高压远距离输电技术的发展及电网规模不断扩大,主要的电力供应由大型发电厂集中供给,其作用便被忽视.然而,电力系统发展至今,集中发电、远距离输电和大电网互联的弊端开始显现[2],并且常规发电成本增加,环境保护意识增强,因此小型分散电源发电尤其是可再生的一次能源发电又开始受到重视.为叙述方便,本文定义:任一电源,如果因为其容量或发电目的的原因而被接入地区电网的某一电压等级,则该电源称为分布式电源,采用分布式电源发电的形式称为分布式发电.例如,当220kV 及以上电压等级作为输电网,110kV 和35kV 作为地区供电网,10kV 作为配电网时,接入10～110kV 电网中的任一电源都属于本文定义的分布式电源.分布式发电包括小型水力发电、新型可再生能源(风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能)发电、不可再生能源发电(微型燃气轮机发电,燃料电池发电,垃圾发电,冷、热、电联产等)和储能电源发电.分布式电源具有以下特点:(a )容量范围广,但相对较小,安装和运营灵活[3];(b )分布广,遍布地区电网的各个电压等级,一次能源形式与并网方式多样;(c )部分分布式电源具有较大的随机性和波动性,容易受天气等自然因素的影响[2,4-7];(d )小型的分布式电源监视控制能力弱[7].为了合理利用分布式发电技术,充分发挥其优点,避免产生负面影响,要求分布式电源的安装位置和容量大小要恰当,运行可靠,并且具有一定的控制手段和控制策略,与保护系统协调.本文首先介绍各种分布式发电技术的最新进展,然后详细探讨分布式发电并网运行需要解决的一系列关键问题.1　分布式发电技术1.1　可再生能源发电技术小型水力发电的容量为10kW ～100MW ,多数为库容小或无库容的径流式电站,不具有调节能力,且通信联系薄弱,监测难度大,调度命令难以及时到达,因此,目前小型水力发电处于无序状态[7].而小型水力发电技术仍在继续发展,如小型水电站变速发电技术具有明显优于传统同步发电机的性能,可提高水轮机效第37卷第6期2009年11月河海大学学报(自然科学版)Journal of Hohai University (Natural Sciences )Vol .37No .6Nov .2009742河海大学学报(自然科学版)第37卷率,减少气蚀、磨蚀和振动,并能明显提高电力系统的静态和暂态稳定性,具有广阔的应用前景[8].风力发电技术的成熟度仅次于小型水力发电,其工程造价(8000～9000元/kW)已经低于核电,平均电价可达到0.56元/(kW·h)(火电为0.36元/(kW·h))[4],能适应商业化规模生产.直驱式同步发电机单机容量可达2MW,其应用将促进风力发电技术的推广.太阳能光伏电池发电技术已经成熟,虽然单电池板的功率小,但整个太阳能电站的容量可以达到百兆.由于其设备造价和发电成本高,目前不具备大规模应用的条件,就我国来说,完全商业化运作的并网光伏发电上网电价(4元/(kW·h),西方国家为1元/(kW·h))是常规能源发电的10倍多,设备造价(5万元/kW)相当于火电的10倍[4].我国研究的非晶硅太阳能薄膜电池技术有望在2年内将电价降为1元/(kW·h).太阳能热发电技术也取得了巨大进步,我国首座太阳能热发电系统(70kW)于2007年6月在南京建成投运,现已开始研究光伏和光热综合发电,有望将太阳能发电成本控制在0.6元/(kW·h)以内.以高效直燃发电为代表的生物质能发电技术在国外已经成熟,实现了规模化产业经营,单机容量可达100MW,产生的灰渣将全部综合利用,且各项排放指标能满足环保要求.与同功率燃煤机组相比,一台25MW 燃烧秸秆的机组每年可减排10万t C O2.除潮汐发电外,近年来涌现出一些新式的海洋能发电技术.葡萄牙建成了750kW的海浪发电系统,日本有1500多座波浪发电装置在发电,英国建成了1座20MW的固定式波力电站,美国先后建成了50kW和1MW的海水温差电站,利用表面海水和深层海水的温差发电.世界首台海洋流发电机组(130kW)在意大利南部建成.目前,这些发电技术还不成熟,但海洋中蕴藏着巨大能量,当突破一个个技术难题后,将可能成为理想的发电技术.地热发电技术非常成熟,已实现商业化运行,其出力非常稳定,单机容量在兆瓦级.其主要技术问题如汽-水两相流介质的输送问题、流动稳定性问题、压力损失问题和结垢问题都已经解决,正朝着开发温度高、热能潜力大、流体质量好的深部热储发展,建设既经济又环保的新型地热发电站[9].1.2　不可再生能源发电技术微型燃气轮机(30～300kW)以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料,建造成本和运行成本很低,其发电成本是居民电价的一半,可在2年内收回初期投资成本[2,4,10].微型燃气轮机采用简单循环时效率很难超过20%,而带回热器后可接近30%,如果进行热电联产则可提高到75%[11],因此微型燃气轮机发电具有很强的竞争力.目前已研制成功多种燃料电池,其中磷酸型燃料电池技术最成熟,且已经商业化.燃料电池发电效率与规模基本无关,小型设备也能得到高效率,如果进行热电联产,其发电效率可达80%,并且它跟随负荷变化的能力非常强,可在1s内跟随50%的负荷变化[4,12],因此应用前景十分广阔.垃圾热解气化焚烧炉技术通过控制2个燃烧室的供风量和温度实现垃圾热解气化和完全燃烧,然后高温烟气经余热锅炉产生高温过热蒸汽发电,可大大减少垃圾焚烧带来的环境污染,促进垃圾发电技术的推广应用[13].实践证明,采用该技术焚烧后的产渣量为垃圾的20%,进一步将金属和玻璃分检回收后,余渣可全部制成市政用砖,只有少量飞灰需单独固化填埋,其量不足垃圾处理量的1%[13].由于垃圾焚烧发电要求进炉垃圾平均低位热值在5000kJ/kg以上,而我国城市垃圾未经过分拣,成分复杂,含水量高,热值低,不能满足这一要求,所以只在一些大都市和沿海经济发达的城市建有垃圾焚烧处理厂,其单机容量可达到25MW.地区电网中的发电厂除了发电以外,还需要承担供热、制冷的任务,因此一些分布式电源需要采用冷、热、电联产(combined cooling heating and power,CCHP)的形式.冷、热、电联产技术可提高能源的利用效率(高达90%),降低用户的能源支付,为用户提供不同的能源需求.冷、热、电联产系统的规模一般较小,容量从几百千瓦到几十兆瓦[10],目前主要用燃气轮机、微型燃气轮机或燃料电池发电来实现.1.3　储能技术由于超导储能的成本高,系统为维持液化冷却剂的低温而变得非常复杂,且需定期维护,所以一直未能实用化.高温超导材料的出现和可用于工频交流的低温超导材料的成功开发为超导储能带来了新的希望,只要继续降低成本,提高稳定性,在开发高温超导材料和研究控制策略及失超保护技术方面取得突破,就可能将超导储能技术商业化[14].超级电容器通过使用多孔电解质加大两极板的面积来提高储能能力,其存储容量可达普通电容器的20～1000倍[14-16].由于功率密度大,充电能量密度高,可快速充放电,使用寿命长,不易老化,没有可动部分,并且既不需要冷却装置也不需要加热装置,正常工作时内部没有任何化学变化[14],所以应用前景非常广阔,目前已经实现了商业化规模应用.飞轮储能是一种新型的机械储能方式,随着高强度纤维材料、低损耗轴承、电力电子技术的发展,飞轮储能系统已经开始转向实用化[14].2　分布式发电并网运行的关键问题在第1节介绍的分布式发电技术中,除大型风电场和潮汐电站直接并入主电网运行外,都直接与地区电网相连,属于本文定义的分布式发电,换句话说,地区电网包含各种分布式发电技术.由于这些发电技术性能各异、容量范围广、并网点多、并网方式多样,因此要保证电网的稳定、安全、可靠、经济运行,有一系列问题亟待解决,下面仅对其中的关键问题进行讨论.2.1　地区电网的稳态运行分析与控制分布式发电并网后,地区电网的结构和运行方式发生了根本性变化,形成多个有限容量电源与无穷大电源并网供电的模式.由于各电源的出力曲线各不相同,且一些电源具有很大的随机性和波动性,导致潮流的方向变化不定,同时各种电源的控制特性也不尽相同,所以需寻求新的地区电网分析与控制方法.a .电源的输出特性与控制方式对潮流计算的方法和收敛特性有很大影响,需要研究合适的节点类型和收敛性好的潮流计算方法[17-18];风力发电、太阳能发电、以径流为主的小型水力发电等电源出力具有随机性,确定性潮流不能描述电网的特征,必须建立各种分布式电源和负荷的概率模型,研究地区电网潮流的概率特性和概率潮流计算方法.b .大量分布式电源接入电网后会造成电压波动增大和无功潮流不合理,现有电压/无功控制手段不能满足要求.电力电子技术的发展促进了SVC ,STATCOM ,SSSC 等控制器的应用,如何综合运用这些控制器协调地区电网各电压等级的无功电压分布需要进行研究,并针对分布式电源的随机动态特性和分相、三相混合控制模式,建立地区电网的无功优化和电压控制模型与分析方法.目前的研究只针对配电网中分布式电源的作用,并集中在AVR ,SVR 与分布式电源的协调控制[5,19-22]方面.c .恰当的控制能使分布式电源以孤岛形式稳定运行[23-25],但必须进行合理的供电范围划分[26],这样可将分布式电源作为用户不中断供电的备用电源而发挥作用[27-29],提高供电可靠性.然而分布式电源以孤岛运行会产生不同步和频率偏离问题,重新联网时需要进行同步控制.d .分布式发电并网后地区电网具备了潮流优化的条件,通过合理安排分布式电源出力,可以充分利用可再生能源,降低其他能源消耗或发电成本,减少损耗,这些优化目标之间需要协调.分布式发电的随机出力能在多大程度上满足负荷的需要,与常规的可控电能之间如何协调发展,需要寻找出力与负荷这两组不相关的随机变量之间的平衡条件,动态调度各电源的出力,实现经济调度和潮流的优化.目前,仅文献[30]讨论了含有风电场的优化潮流问题,提出了一种多阶段的动态优化潮流模型.2.2　地区电网的动态运行分析与控制分布式发电并网运行给地区电网的运行带来了许多不稳定因素,必须进行深入研究,寻找合理的控制方法.a .由于分布式发电并网运行增加了地区电网中感应电机的数量,同时电动机负荷增多,尤其空调负荷剧增,使得地区电网发生故障后可能会失去电压稳定,在保护和控制不完善时更容易发生,1997年巴西已经出现配电网电压不稳定现象[31].目前关于这方面的研究仅限于异步发电机对配电网小扰动电压稳定性的影响[32-33].b .地区电网的阻尼相对较大,一般不会出现功角稳定问题,但分布式电源的控制能力弱,励磁控制范围小,易达到控制极限,此时相当于恒定励磁系统,如果在峰荷期间电网承受较大的负荷,可能会因为小的扰动而引起分布式电源失去功角稳定[34].另外,为充分利用可再生能源和解决因负荷增加迅速和峰谷差大时集中发电表现出的不足,分布式电源很多时候接近满负荷运行,若此时电网中发生故障,则分布式电源可能会失去稳定[35].并且,仅由分布式电源供电的孤岛系统,因其出力和负荷具有随机性,这两组不相关的随机系统很可能出现不平衡而引起地区电网的频率不稳定.文献[36]研究了交流电机(感应电机和同步电机)和743第6期余　昆,等　分布式发电技术及其并网运行研究综述744河海大学学报(自然科学版)第37卷DSTATC OM装置对配电网动态行为的影响,分析了DSTATCOM作为电压控制器或功率因数控制器对配电网稳定的影响.文献[37]对分布式电源进行负载跟随研究,指出容量小于1MW的发电机惯性及阻尼小,通过控制其输出可有效跟随负载的变化.c.由于地区电网的主电源是大电网,故障时如果分布式电源储备不足,经过网络重构也不能获得高质量的电力,或者电源的分布不合理时,地区电网的安全可靠供电将受到影响,因此需要进行静态安全分析.由于一些分布式电源出力具有随机性,且地区电网的静态安全分析涉及网络重构,因此它远比输电网的静态安全分析复杂.文献[38]提供了一种概率安全评估方法分析大量分布式电源被切除时的状态,并提出优化控制方法提高系统稳定性.2.3　地区电网的继电保护配置与配合分布式发电并网后,地区电网成为多电源结构,致使潮流方向频繁变化,原有继电保护配置与配合、保护方式不能适应这种变化,必须研究新的继电保护装置或其他措施(如电抗器限流[39])与原有网络配合,协调各种继电保护和控制装置的行为[40],实现电网运行方式变化后继电保护再整定[41].由于分布式发电对继电保护的影响与分布式电源的容量大小、类型和位置都有关,因此,需要综合考虑保护的配置与分布式电源的规划.2.4　地区电网的动态电能质量控制分布式电源并网运行及电力电子设备用于控制系统后带来诸如电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题[42].目前,国内外的研究主要集中在对这些问题的检测、评价以及产生源的分析[15,42-45],很少提出合理的控制措施,但这些却是分布式发电并网运行必须解决的问题.文献[46]建议感应电机降压启动,与功率相匹配来消除电压闪变;同步电机需加快与电压同步;变换器通过控制注入电流改变输出.2.5　分布式电源的规划如前所述,分布式发电类型与规模多种多样,各自有着不同的运行特性,对电网的影响也各不相同,因此必须对分布式电源进行优化规划,在适当的地方安装恰当类型的分布式电源,使电网的综合性能达到最优.目前的研究主要集中在分布式发电对电网影响的分析和分布式电源位置及容量的规划等方面[47-50].由于分布式电源的随机性和多样性,进行规划时要求分布式电源的单机容量和总并网容量不能超过电网的承载能力[51-52],且需考虑各种电源的不同特点和实际环境条件的约束,对多种电源进行协调规划.因此,确定地区电网对各种分布式电源的承载能力,研究多种电源并存时的变化规律,将是分布式电源优化规划的关键.另外,由于可以应用的分布式电源数量庞大,且容量小,若对每一个分布式电源都进行严格的规划需要大量投资,可能入不敷出.但是分布式电源的容量、特征、用途具有相似性,因此可进行集中研究,形成分布式电源的规划导则[46].2.6　无功电源的规划分布式发电并网后异步发电机吸收无功,其他电源发出无功,地区电网中电压、无功的分布变得复杂多变,因此传统的通过电容器和SVR进行电压、无功控制的方式已经不能满足要求,需要研究新的控制装置,如SVC,STATC OM,SSSC,VSC-HVDC等.由于这些控制装置的功能不尽相同,性能和成本差异较大,对某一地区电网如何选择必须根据具体情况进行分析,并且要协调这些控制装置在优化无功、调节电压、提高电压稳定性方面的作用.文献[6]提出一种考虑各种负荷水平和分布式电源功率输出条件下对具有LDC功能的变压器和SVR参数进行优化设置的方法;文献[53]则用TCSC和SVC配合进行调节,有效地提高了供电点的电压质量.2.7　配电市场各种分布式电源成本不同,品质各异,并网后将对地区电网的运营产生很大的冲击,会影响整个电力经济和地区电力交易方式,电价和市场服务都必须进行相应的调整才能促进分布式发电技术的应用,适应地区电网的发展.a.要为供电商和用户分摊损耗,采用具有明确意义的损耗分摊技术建立合适的经济奖惩制度,且分摊系数要能体现电源的大小、位置和接入系统的时间[54-57].b.分布式发电能延缓电厂建设和电网的扩建计划,减少末端用户的电力支付[58]和环境污染,并且利用可再生能源进行发电还具有可持续发展的优点.但由于目前分布式发电的成本高,并网运行还会给电网带来负面影响,因此配电市场需要制定合理的电价,既鼓励发展分布式发电技术,尤其是利用绿色能源,也不损害配电公司的利益,实现地区电网的和谐发展.文献[59]建议将节点电价用于配电网;文献[60]指出在解除管制的区域利用分布式电源进行孤岛供电将对电力的市场价格产生影响,并在优化潮流计算中计及该影响.另外,可以利用分布式发电技术进行电力备用、调峰、无功和电压支持服务,也可作为应急备用电力,这样能更好地发挥其作用,但需要形成合理的辅助服务市场.文献[61]指出,若高峰时段分布式发电的运行成本比系统低,则分布式电源满发可减少整个系统的成本;而考虑客户中断成本时,将分布式电源作为备用比削峰更好.文献[62]提出安装分布式电源作为紧急情况和尖峰负荷的备用容量.文献[63]采用多代理技术设计了不间断电力变电站的功率协调控制系统,用氢储能-燃料电池系统进行长期储能,用超导储能进行短期储能.3　结论分布式发电能利用可再生能源,减少环境污染,弥补集中发电和远距离输电的不足,为边远地区提供电力及实现冷、热、电联产,这是电力系统的发展方向.目前,一些分布式发电技术已经发展成熟,并实现了商业化规模生产.随着分布式发电的迅速发展,越来越多容量较大的分布式电源并网运行,分布式电源在地区电网中的渗透程度越来越高,它们在对电力系统做出贡献的同时也带来了一定的负面影响.为了充分发挥分布式电源的优势,避免不利影响,需要对有关分布式发电的技术和分布式发电的并网运行进行系统而深入的研究,构建协同、稳定的地区电网.其中,地区电网中继电保护的配置与配合、地区电网及其孤岛运行时的分析和控制、分布式电源的规划等问题涉及地区电网的安全稳定运行,是保证分布式发电技术广泛应用并充分发挥其作用的关键.参考文献:[1]ACKER MANN T ,ANDERSSON G ,SODER L .Distributed generation :a definition [J ].Electric Power Systems Research ,2001,57(6):195-204.[2]梁有伟,胡志坚,陈允平.分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述[J ].电网技术,2003,27(12):71-75.(LIANG You -wei ,HU Zhi -jian ,CHEN Yun -ping .A survey of distributed generation and its application in power system [J ].Power System Technology ,2003,27(12):71-75,88.(in Chinese ))[3]王建,李兴源,邱晓燕.含有分布式发电装置的电力系统研究综述[J ].电力系统自动化,2005,29(24):90-97.(WANG Jian ,LIXing -yuan ,QIU Xiao -yan .Power system research on distributed generation penetration [J ].Automation of Electric Power Systems ,2005,29(24):90-97.(in Chinese ))[4]张志坚,王建东,马进,等.分布式发电及其关键技术[J ].山西电力,2007(2):57-61.(ZHANG Zhi -jian ,WANG Jian -dong ,MAJin ,et al .Key technology of distributed generation [J ].Shanxi Electric Power ,2007(2):57-61.(in Chinese ))[5]VILLACCI D ,BONTE MPI G ,VACC ARO A .An adaptive local learning -based methodology for voltage regulation in distribution net workswith dispersed generation [J ].IEEE Transactions on Power Sy stem ,2006,21(3):1131-1140.[6]OOMORI T ,GENJI T ,YURA T ,et al .Fast optimal setting for voltage control equip ment cons idering interconnection of distributedgenerators [C ]//IEEE /PES .Trans .and Distr .Conference and Exhibition ,6-10Oct .2002,Yokohama ,Japan .New York :IEEE ,2002:1145-1150.[7]张世钦,汪晓岩.福建中小水电并网管理的探索与实践[J ].水电自动化与大坝监测,2005,29(3):25-29.(ZHANG Shi -qin ,WANG Xiao -yan .E xploration and practice in management of Fujian mediu m and small hydropower plants connected with the power grid[J ].Hydropower Automation and Dam Mon itoring ,2005,29(3):25-29.(in Chinese ))[8]徐锦才.小型水电站变速发电技术的研究[J ].水利水电技术,2004,35(10):67-69.(XU Jin -cai .Generating technology ofvelocity -varying system used in small h ydropower stations [J ].Water Resources and Hydropower Engineering ,2004,35(10):67-69.(in Chinese ))[9]周大吉.西藏羊八井地热发电站的运行、问题及对策[J ].电力建设,2003,24(10):1-9.(ZHOU Da -ji .Operation ,problems andcountermeasures of Yangbajing geothermal power station in Tibet [J ].Electric Power Construction ,2003,24(10):1-9.(in Chinese ))[10]孙建国,冯志兵.冷热电联产系统的发展及前景[J ].燃气轮机技术,2006,19(2):11-17.(SUN Jian -guo ,FENG Zhi -bing .Development and potential of combined cooling ,heatin g and power system [J ].Gas Turbine Technology ,2006,19(2):11-17.(in Chinese ))745第6期余　昆,等　分布式发电技术及其并网运行研究综述746河海大学学报(自然科学版)第37卷[11]翁一武,翁史烈,苏明.以微型燃气轮机为核心的分布式供能系统[J].中国电力,2003,36(3):1-4.(WENG Yi-wu,WENG Shi-lie,SU Ming.Distributed power system based on micro gas turbine[J].Electric Power,2003,36(3):1-4.(in Chinese))[12]郑健超.电力前沿技术的现状和前景[J].中国电力,1999,32(10):9-14.(ZHE NG Jian-chao.Current status and prospects of powertechnologies at the frontier[J].Electric Power,1999,32(10):9-14.(in Chinese))[13]周北安,许亮,吕红.垃圾焚烧发电技术探讨[J].锅炉制造,2006(3):39-40.(ZHOU Bei-an,XU Liang,LV Hong.The discussionabout garbage power technology[J].Boiler Manufacturing,2006(3):39-40.(in Chinese))[14]程华,徐政.分布式发电中的储能技术[J].高压电器,2003,39(3):53-56.(CHENG Hua,XU Zheng.Energy storage for use withdistribution power generation[J].High Voltage Apparatus,2003,39(3):53-56.(in Chinese))[15]胡学浩.分布式发电电源技术及其并网问题[J].电工技术杂志,2004(10):1-5.(HU Xue-hao.Distribution generation technologyand its issue of integrated operation[J].Electrotechnical Journal,2004(10):1-5.(in Chinese))[16]严俊,赵立飞.储能技术在分布式发电中的应用[J].安徽电力,2006,23(3):55-57.(YAN Jun,ZHAO Li-fei.Application ofenergy storage technology to distributed generation[J].Anhui Electric Power,2006,23(3):55-57.(in Chinese))[17]NAKA S,GE NJI T,FUKUYAMA Y.Practical equipment models for fast distribution power flow considerin g interconnection of distributedgenerators[C]//IEEE/PE S.Power Engineering Society Summer Meeting,15-19Jul.2001,Vancouver,British Columbia,Canada.New York:IEEE,2001:1007-1012.[18]陈海焱,陈金富,段献忠.含分布式电源的配电网潮流计算[J].电力系统自动化,2006,30(1):35-40.(CHE N Hai-yan,CHENJin-fu,DUAN Xian-zhong.Study on power flow calculation of distribution system with DGs[J].Automation of Electric Power Systems, 2006,30(1):35-40.(in Chinese))[19]KUBOTA Y,GENJI T,MIYAZATO K,et al.Verification of cooperative control method for voltage control equipment on distributionnetwork simulator cons iderin g interconnection of wind power generators[C]//IEEE/PES.Trans.and Distr.Con ference and Exhibition,6 -10Oct.2002,Yokohama,Japan.New York:IEEE,2002:1151-1156.[20]王志群,朱守真,周双喜,等.分布式发电对配电网电压分布的影响[J].电力系统自动化,2004,28(16):56-60.(WANG Zhi-q un,ZHU Shou-zhen,ZHOU Shuang-xi,et al.Impacts of distributed generation on distribution system voltage profile[J].Automation of Electric Power Systems,2004,28(16):56-60.(in Chinese))[21]KIPRAKIS A E,WALLACE A R.Maximising energy capture from distributed generators in weak net works[J].IEE Proc-Gen Trans&Distr,2004,151(5):611-618.[22]KOJOVIC L A.Coordination of distributed generation and step voltage regulator operations for improved distribution system voltageregulation[C]//IEEE/PE S.Power Engineering Society General Meeting,18-22Jun.2006,Montreal,Canada.New York:IEEE,2006: 1611-1618.[23]SISHUB A S,REDFERN M A.Adaptive control system for continuit y of supply using dispersed generators[J].IEE Proc-Gen Trans&Distr,2005,152(1):23-30.[24]YASUDA K,ISHII T.Analysis and autonomous distributed control of s uper distributed energy s ystems[C]//IEEE/PE S.Trans.and Distr.Conference and Exhibition,6-10Oct.2002,Yokohama,Japan.New York:IEEE,2002:1628-1631.[25]LOPES J A P,MOREIRA C L,MADUREIR A A G.Defining control strategies for microgrids islanded operation[J].IEEE Transactions onPower System,2006,21(2):916-924.[26]LU Yu-pin g,YI Xin,WU Ji-an,et al.An intelligent islandin g techniq ue considering load balance for distribution system with DGs[C]//IEEE/PES.Power Engineering Society General Meeting,18-22Jun.2006,Montreal,Canada.New York:IEEE,2006:1-5.[27]HEGAZY Y G,CHIKHANI A Y.Intention islanding of distributed generation for reliability enhancement[C]//CIGRE&IEEE/PES.Quality and Security of Electric Power Delivery Systems,8-10Oct.2003,Montreal,Canada.New York:IEEE,2003:208-213.[28]SEC A L,LOPES J A P.Intentional islanding for reliability improvement in distribution net works with high DG penetration[C]//IEEE/PES.Future Power Sy stems:2005International Conference on Future Power Systems,16-18Nov.2005,Amsterdam,Netherlands.New York:IEEE,2005:1-5.[29]KHUSHALANI S,SC HULZ N N.Restoration optimization with distributed generation considering islandin g[C]//IEEE/PE S.PowerEn gineering Society General M eeting,12-16Jun.2005,San Francisco,USA.New York:IEEE,2005:2445-2449.[30]CHEN Hai-yan,CHEN Jin-fu,DUAN Xian-zhong.Multi-stage dynamic optimal power flow in wind power integrated s ystem[C]//IEEE/PES.Trans.and Distr.Con ference and Exhibition:Asia and Pacific,23-25Aug.2005,Dalian,China.New York:IEEE,2005:1-5. [31]PRADA R B,SOUZA L J.Voltage stability and thermal limit constraints on the maximum loading of electrical energy distribution feeders[J].IEE Pro-Gen Trans&Distr,1998,145(5):573-577.[32]FREITAS W,DASILVA L C P,MORELATO A.Small-disturbance voltage stability of distribution s ystems with induction generators[J].。

6FA燃气轮机在分布式能源站中的应用

作者简介：徐继明（１９７８一），男，工程师，从事热机设计工作。
・１ Leabharlann ・２０１３年８月
吉林电力
ＪｉｌｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ
Ａｕｇ．２０１３
第４１卷第４期（总第２２７期）
式分布式能源站，而中小功率的重型燃气轮机和中型航改机（轻型燃气轮机）可用于区域性分布式能源站。结合区域性分布式能源站的特点，可以看出：
１ｆ．区域性分布式能源站与楼宇式分布式能源站
１热负荷初步分析
要：以江苏某分布式能源站工程为例，通过装机方案的选择及技术经济比较，阐述了６ＦＡ型燃气轮机的特点
及主要技术性能指标。指出其在区域性分布式能源站中的应用中具有一定优势，同时对其冷、热、电三联供的可靠性及机组的经济性进行了分析。关键词：６ＦＡ燃汽轮机；分布式能源站；可靠性及经济性
２装机方案研究
２．１燃气轮机选型采用天然气作为燃料的冷、热、电三联供系统的
核心设备是燃气发电装置，目前在分布式能源站选用的主设备有内燃机、轻型燃气轮机和重型燃气轮机。其中功率小的内燃机，轻型燃气轮机适应于楼宇
源站运行安全、可靠性非常重要，因此能源站主机选择时除优先考虑单机容量适中、技术比较先进外，还

燃气内燃发电机与燃气轮发电机的技术特点及其在分布式发电领域的应用对比

２０２１年第１期第２７卷（总第１７４期）－５７㊀－工艺研究中的应用现状［Ｊ］焊接，２００８（９）：９⁃１２［２］ＤｏｕｇｌａｓＣＭｏｎｔｇｏｍｅｒｙ实验设计与分析［Ｍ］北京：人民邮电出版社，２００９［３］张泽志，韩春亮，李成未，等响应面法在试验设计与优化中的应用［Ｊ］河南教育学院学报（自然科学版），２０１１，２０（４）：３４⁃３７［４］李亚江先进材料焊接技术［Ｍ］北京：化学工业出版社，２０１２，４３．燃气内燃发电机与燃气轮发电机的技术特点及其在分布式发电领域的应用对比４燃气内燃机与燃气轮机的热效率对比内燃机和燃气轮机的余热利用形式不同㊂燃气轮发电机发电后的余热以排烟形式排出，排烟温度在４５０５５０ħ，而内燃发电机余热的一半以４００４５０ħ的烟气形式排出，还有一半以８０９０ħ的冷却液排出㊂由于燃气轮发电机的余热品位较高，易于回收，因此其余热回收利用效率高于内燃发电机㊂以燃气内燃机和燃气轮机为例，进行变工况下的余热利用的效率比较可知，燃气轮机的余热利用效率随着负荷率的降低有上升趋势㊂因此，对于冷㊁热负荷变化较大的终端用户，燃气内燃发电机冷㊁热电联供系统在部分负荷下具有更好的热电总效率和经济性㊂随着负荷率的降低，内燃发电机和燃气轮发电机二者的发电效率均呈下降趋势，且下降的幅度大致相同㊂对于余热利用，燃气轮内燃发电机机的余热利用效率明显高于燃气内燃发电机机，其中燃气轮内燃发电机机的余热利用效率随着负荷率的降低而降低，而燃气内燃发电机的余热利用效率随着负荷率的降低有上升趋势㊂当流量基本保持不变时，燃气轮机的烟气出口温度随负荷率的减小而降低；而燃气内燃机与燃气轮机不同，某一负荷率下，空气流量随负荷率的减小而减小，烟气出口温度反而呈上升趋势㊂因此，尽管二者在额定工况下具有大致相同的热电总效率，燃气内燃机具有比燃气轮机更好的部分负荷特性㊂５一次能源利用率的对比常用的一次能源利用率（也称系统热效率或总能利用效率）是指系统输出能量与输入能量的比值，并将功㊁热㊁冷等同看待，可以直接相加㊂因此，冷㊁热电联供系统的一次能源利用率越高，表明系统的热力性能越好㊂分布式能源系统中很重要的技术参数之一是系统的热电比σ（σ＝Ｑ／Ｗ㊂Ｑ为系统所需的热（冷）能，Ｗ为系统所需的电能）㊂σ分为２类：一类是需求侧热电比，即系统负荷特性中的负荷热电比，另一类是供应侧热电比，即分布式能源系统的热电比㊂热电比是分布式能源机组的技术经济指标，它反映了分布式能源系统的运行水平和管理效益，是重要的技术经济指标之一㊂在供热季节，内燃发电机型和燃气轮发电机型联供系统的一次能源利用率相差不多；在供冷季节，内燃发电机型联供系统的一次能源利用率比燃气轮发电机型联供系统的一次能源利用率约低１９％㊂当用户负荷的平均热电比在１５２５时，燃气轮机和燃气内燃机的一次能源利用率基本相同；当用户负荷的平均热电比低于这一范围时，燃气内燃机系统的节能性占优势；当用户负荷的平均热电比高于这一范围时，燃气轮机系统的节能性占优势㊂６燃气内燃发电机与燃气轮发电机对环境的影响对比天然气属于清洁能源，ＳＯ２和烟尘的排放量都可忽略不计㊂但在相同的发电量下，燃气内燃发电机的ＮＯｘ的排放浓度通常为燃气轮发电机的５１０倍，因此燃气轮机在环保方面具有更好的竞争力㊂７燃气内燃发电机与燃气轮发电机的优劣势对比７１燃气内燃发电机的优势与劣势７１１燃气内燃发电机的技术优势相对于其他动力机械来说，燃气内燃机的主要优势如下：１）规格齐全，价格低廉：在市场上，燃气内燃机的规格从１５ＭＷ以上都有销售，对用户来总1２０２１年第１期第２７卷（总第１７４期）－５８㊀－说有广阔的选择余地，同样规格的燃气内燃机比燃气轮机投资更低㊂２）热能输出：内燃机能根据用户需要同时输出热水和低压蒸汽㊂３）起动快：快速起动的特性使得燃气内燃发电机能够从停止状态很快地恢复工作，在用电高峰或紧急情况下，燃气内燃发电机能够很快地根据需求来供电㊂４）起动耗能小：在突然停电的情况下，起动燃气内燃发电机只需要很少的辅助电力，通常只要蓄电池就足够了㊂５）部分负荷运行性能好：因为燃气内燃发电机在部分负荷下运行仍能维持较高的效率，这就保证了燃气内燃发电机在用户不同的用电负荷情况下都能有较好的经济性㊂当燃气内燃发电机在５０％负荷下运行时，其效率只比满负荷运行时低８％１０％，而燃气轮发电机在部分负荷下运行时，效率通常要比满负荷运行时低１５％２５％㊂６）可靠性和安全性：实践证明，只要给予适当的维护，燃气内燃发电机的运行可靠性是相当高的㊂７）环保性：与汽油㊁柴油内燃机不同，燃气内燃机排放的ＮＯｘ相当低，环保性能优良㊂７１２燃气内燃机的技术劣势燃气内燃机的不足之处是：体积大，重量大；运行费用较高；噪声大，通常超过１００ｄＢ；余热回收复杂，需要对烟气㊁发动机冷却液㊁中冷器三段热量进行回收；供热量小㊂７２燃气轮机发电的优势与劣势７２１燃气轮发电机的技术优势燃气轮发电机的主要优点有：功率大㊁体积小㊁投资小㊁运行成本低和寿命周期较长㊂由于回转运动部件和机械性往复部件少，机械摩擦部件少㊁振动小，与低频㊁振动多的往复式内燃发电机相比，节省润滑油，噪声比较容易处理；此外，可以使用煤油㊁重油等劣质燃料，适用性强㊂７２２燃气轮发电机的技术劣势燃气轮发电机的不足之处在于，其涡轮机内有高温燃气，需用耐高温材料制造涡轮叶片，生产成本略高；由于受到目前材料和冷却技术的限制，不能选用过高的燃气温度，因此，单机热效率不如燃气内燃发电机，经济性较差；燃气温度高，对材料有腐蚀作用，影响涡轮机的使用寿命㊂８基于分布式发电系统的发电设备选用原则在分布式能源系统设计过程中，发电设备的选型是系统设备选型的关键㊂发电设备种类和容量的选择是否与用户的负荷特性相匹配，将会对系统形式的配置㊁系统运行模式和运行策略带来完全不同的设计，进而影响系统的能源评价指标㊁经济评价指标和环境评价指标㊂发电设备选型一般遵循安全可靠性㊁能源利用高效性㊁优良的项目经济性等原则㊂同时，选型应根据用户热电负荷状况及外部条件，经技术经济比较后确定㊂其中，用户热电负荷是指冷㊁热负荷性质，热电负荷比例等；外部条件是指燃气供应条件㊁场地条件㊁环保要求㊁资金情况等㊂发电设备的类型对于天然气分布式能源系统而言，主要有柴油机㊁燃料电池㊁燃气内燃机和燃气轮机等几类，其相关技术参数对比如表１所示㊂表１　不同发电设备用于分布式发电的参数对比参数发电设备类型柴油机发电机燃料电池发电机燃气内燃发电机燃气轮发电机满负荷发电效率／％３５４５４０２５３５２０３０部分负荷发电效率／％３０（５０％负荷）４０２３３０（５０％负荷）２０２５（５０％负荷）平均热回收效率／％１６４０４０５１初期投资／（美元／ｋＷ）２０００６３６４２２７３１８２０㊀㊀发电设备种类的选择通常根据需求侧热电比和供应侧热电比的对应情况来进行选择㊂通常，根据系统负荷特性进行分析，当其为高需求侧热电比时，则宜选用燃气轮机㊂当其为低需求侧热电比时，则宜选用柴油机㊁燃气内燃机或燃料电池㊂一般情况下，燃气轮发电机的发电效率相对其他种类的发电设备更低，但其余热回收量通常较多，即柴油发电机与燃气内燃发电机多属于设备热电比较高的发电设备㊂燃气内燃发电机相对于燃气轮发电机而言，发电效率更高，但其余热回收量通常就要少一些，则其系统热电比就会比燃气轮发电机更小；燃料电池发电机尽管在实际的分布式能源系统中应用不常见，但其属于发电效率高㊁余热回收量相对小的发电设备，仍有着独到的技术优势㊂（待续）伍赛特（编辑部特约撰稿人）总2。

燃料电池-燃气轮机混合发电装置研发

文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１３）０７ — ０１０７ — ０３
随着经济的发展和人们生活方式的转变，在能源无法比拟的优势：源的利用过程中，人们逐渐意识到能源利用方式存（１）污染较小，噪音较低。将燃料电池作为发电在的缺陷以及不足：一方面在于在燃料中所储存的装置使用其突出的优势在于减少了污染的排放，基
高温燃料指的是堆内工作温度以及排气温度都
相对较高的燃料电池，当工作的温度超过６０ＯｏＣ时，能实现煤炭气、天然气以及石油、沼气的重复利用，并应的方式将燃料的化学能直接转换为电能，转换的且具有较高的转换效率。通过将微型燃气轮机引入高效率较高，一般约为４５％，若是在技术上加以完善温燃料电池系统，从而构成了混合装置。典型的混合或者实现热能的综合利用，其效率将达到８Ｏ％，其循环装置结构有顶层循环以及底层循环两种形式。反应的产物为水，由此能实现无污染的转换，使用氢（１）顶层循环通过将燃料电池取代燃烧室，通过气作为燃料，不仅能从煤炭、天然气以及石油当中提高温排气进入涡轮膨胀作功，而后通过燃气轮机实现取，还可从生物排放物、植物以及工业废料等物质中电厂的平衡【卅。一般而言，顶层循环要求燃料电池的内提取出来圆，由此，其作为一种再生能源，具有传统能部流动和工作处于一定的压力状况之下。如图ｌ所示。
《装备制造技术）２ｏ１３年第７期
燃料电池一燃气轮机混合发电装置研发
王骏

分布式能源站中电气方案设计的探讨

分布式能源站中电气方案设计的探讨本文通过广州某分布式能源站的方案设计，简要介绍了分布式能源站的组成与特点，讨论了在城市中建设分布式能源站的可行性。

重点分析了发电部分内燃机与燃气轮机的性能比较。

结合广州本地情况，提出选择8*9MW内燃机的方案，并对方案进行简要介绍。

标签：分布式能源；冷热电三联供；内燃机；燃气轮机1、项目概述该项目位于广州市番禺某新区，新区计划建设成集商务办公、星级酒店、会展中心、风情购物街和休闲娱乐于一体的综合性国际中央商务区，总建筑面积超过300万平方米。

本工程定位为分布式能源站，它不同于传统的集中式能源生产与供应模式，而是分散在用户端，通过能源综合梯级利用模式，来达到更高能源利用率、更低能源成本、更高供能安全性以及更好的环保性能等供能多目标。

能源站采用的冷热电三联供系统，通过一种一次能源的输入同时满足区域内用户多种能量形式(包括冷、热、电)的需求。

其与常规分产能源系统比较具有以下明显优势：1)节能：通过能源和梯级综合利用，能源利用效率大幅度提高。

能源效率一般可以达到70%以上，而传统的煤电机组发电效率仅为35%。

2)环保:一次能源消耗量减少，相应地减少了环境各种污染物排放。

此外，天然气属于清洁燃料，系统各类排放指标远远低于煤和油等其它燃料。

3)经济:通过能源高效利用可以从中获得较大的经济效益，大型能源系统的集中管理也减少了相应的運行管理费用。

4)可靠:系统建设在区域负荷中心，可利用联供系统和大电网同时为用户提供电力，在大电网出现故障时也可以保证区域内的重要用电负荷。

2、建设规模及装机方案2.1装机方案：按照热电平衡和充分利用发电余热的原则，拟设8台瓦锡兰公司的20V34SG型内燃机。

考虑到机组适应热负荷变化的灵活性，机组配置采用单元制，即1台内燃机配1台1900RT吸收式制冷机和1台1900RT电制冷机。

天然气在燃机中燃烧做功，发电后的燃机尾部烟气进行余热利用，进入吸收式制冷机。

燃气轮机的气动性能与优化研究

燃气轮机的气动性能与优化研究燃气轮机作为一种先进的动力装置，在能源、航空航天、工业等领域发挥着重要作用。

其气动性能的优劣直接影响着整个系统的效率、功率输出以及运行可靠性。

因此，对燃气轮机的气动性能进行深入研究，并寻求有效的优化方法，具有极其重要的意义。

燃气轮机的工作原理其实并不复杂。

简单来说，空气被吸入压缩机，经过压缩提高压力和温度，然后进入燃烧室与燃料混合燃烧，产生高温高压的燃气。

这些燃气接着进入涡轮膨胀做功，驱动涡轮旋转，涡轮再带动压缩机和外部负载，如发电机或飞机的螺旋桨。

在这个过程中，气动性能主要涉及到气体的流动、压力变化、温度分布以及能量转换等多个方面。

影响燃气轮机气动性能的因素众多。

首先，压缩机的设计和性能至关重要。

压缩机叶片的形状、级数、转速等都会影响空气的压缩效果。

如果压缩机的压缩比不够高，进入燃烧室的空气压力和温度不足，就会导致燃烧不充分，降低燃气轮机的效率。

其次，燃烧室的设计也不容忽视。

燃烧室内的燃料喷射方式、混合效果、燃烧稳定性等都会影响燃烧效率和燃气温度。

再者，涡轮的设计和性能对燃气轮机的输出功率和效率有着直接的影响。

涡轮叶片的形状、材料以及冷却方式等都需要精心设计，以承受高温高压燃气的冲击，并有效地将燃气的能量转化为机械能。

为了提高燃气轮机的气动性能，研究人员采取了多种优化策略。

在设计阶段，借助先进的计算机模拟技术，如计算流体动力学（CFD），可以对燃气轮机内部的气体流动和热传递进行详细的模拟和分析。

通过不断调整设计参数，如叶片的几何形状、进出口角度等，来优化气流的流动路径，减少流动损失，提高效率。

此外，材料的改进也是一个重要的方向。

使用耐高温、高强度的材料制造叶片，可以提高燃气轮机的工作温度和压力，从而提高效率。

同时，对燃气轮机的运行控制策略进行优化，也能够提高其性能。

例如，根据不同的负载需求，实时调整燃料喷射量、压缩机转速等参数，使燃气轮机始终工作在最佳状态。

在实际的优化研究中，还面临着一些挑战。

分布式能源用SGT-800工业型燃气轮机与LM6000航改型燃气轮机对比分析研究

c
功率/ UW
Pa
SGT - 800
16
0.101 3
60
30
54 536
38.88
488.6
571.2
23 464
5.9
LM6000 PF
16
0.101 3
60
30
47 422
41.04
476.0
457.8
14 594
5.9
机型
高压蒸汽压力/MPa
汽轮机参数
高压
高压
压
温度/°c 流量/(- - h 1 ) 压力/MPa
于系统设计及制造工艺上的持续改进，发布57 MW 版本。
1965年,GE公司开始为美军开发TF39新型发
动机，后基于此机型开发了航空用的CF6-80C2和陆用/船用的CF6-6& CF6-80C2型商用航空发动机作为波音747 - 400的主发动机，于1985年首次进入航空服务。基于CF6 - 80C2平台研制的 LM6000航改型燃气轮机，保留核心机、移除前端风扇、增加进气导叶、改型支承框架、增加输出轴、改型
分负荷下的性能曲线见图1，两者在80%〜100%负荷均能维持良好的性能,当负荷低于80%后,机组性能快速下降&
SGT-800和LM6000 PF燃气轮机出力随温度变化曲线见图2&当环境温度由15 i升高到35 i 时,54 MW等级SGT - 800燃气轮机出力下降约6-5 MW& LM6000 PF燃气轮机可通过SPRINT湿压缩技术提高出力，在高温环境下相比不带SPRIET系统的机组可提高约20%的出力。当环境温度由15 i
SGT-800和LM6000 PF燃气轮机均采用干式

天然气分布式发电原理

天然气分布式发电原理
天然气分布式发电是一种将天然气作为燃料，通过分布式发电设备将能量转化为电能的过程。

它的原理主要包括以下几个方面：
1. 天然气供应：天然气作为燃料通过供气管道输送至分布式发电设备。

供气管道通常由石油和天然气开采和加工企业建设和维护。

2. 燃料处理：在分布式发电设备中，天然气会经过一系列的处理，包括过滤、脱硫和除尘等。

这样可以去除天然气中的杂质和有害物质，保证设备的正常运行。

3. 燃烧过程：经过处理的天然气被送入内燃机或燃气轮机中进行燃烧。

在燃烧过程中，天然气的能量被释放出来，驱动发电机旋转，进而产生电能。

4. 电能输出：通过发电机的转动，机械能被转化为电能。

这些电能可以直接供应给周围的用户使用，也可以通过电网输送到其他地方进行分配和利用。

5. 热能回收：在天然气分布式发电过程中，燃烧产生的热能可以通过余热回收装置进行回收利用，用于供暖、工业生产等。

总的来说，天然气分布式发电利用天然气作为燃料，经过处理和燃烧，将能量转换为电能。

这种发电方式具有能源效率高、环境污染小、灵活性强等特点，被广泛应用于各种场所和领域。

分布式能源燃气轮机的机组选型研究

分布式能源燃气轮机的机组选型研究摘要：燃气轮机是整个分布式能源站系统的核心动力部分。

本文结合具体实例，对分布式能源燃气轮机的机组选型进行了分析性。

关键词：分布式能源；燃气轮机；机组选型引言分布式能源系统由于在节能和环保方面的优势，使它成为未来清洁发电的一个发展方向。

在分布式能源系统中，如何合理地选择合适的分布式能源设备对能源站最终能否取得有效的效果有着重要影响。

因此，在分布式能源站工程中，应加强对燃气轮机选型的分析。

1.机组选型的几个要素和原则（1）必须满足基本供热制冷发电的需求。

根据以热（冷）定电的原则，在对开发区热用户进行充分调研的基础上，确定实际供热量和未来供热量发展的趋势；同时，确定日最大、最小供热量（早晚峰供热量），在明确实际供热需求的基础上确定最佳机组类型[1]。

（2）经济效益方面，不仅考虑燃机的单机效率，而且要求燃机厂家按照打捆招标的需求给出搭配相应汽轮机、余热锅炉以后的整体联合循环效率，以及不同供热、制冷量下的联供效率；采取供热制冷发电联供效率总体优先的原则，综合考虑各种状态下的整机效率。

（3）燃机机组技术的可靠性、稳定性。

（4）燃机检修的便利性、成本、检修间隔，供货商服务的能力；检修时对运行供热的影响程度。

（5）其他因素，如排放、供货时间、业绩等。

2.工程概况某分布式能源站以“西气东输”工程天然气为支撑，根据服务区域的工业热负荷、供冷负荷需求，并考虑供热稳定性的要求，按照“以热定电、搬迁替代小煤电”的原则，建设2套30MW级的燃气－蒸汽联合循环冷热电三联供分布式能源站。

供热调研情况见表1。

考虑空调负荷（供汽）后，近期能源站的蒸汽负荷分别为平均35.04/35.30t/h （夏/冬）、最大46.63/46.89t/h（夏/冬）、最小29.68/29.94t/h（夏/冬），3000kW的空调冷负荷由溴化锂系统直供承担；未来能源站的蒸汽负荷分别为平均61.90/62.20t/h（夏/冬）、最大78.95/75.25t/h（夏/冬）、最小45.03/45.31t/h （夏/冬）。

燃气轮机在分布式能源的应用及其效率优化--课程设计

考试序列号____论文题目：燃气轮机在分布式能源的应用及其效率优化课程名称：燃气轮机原理学院材料与能源学院专业班级 2012级热电2班学号 3112007145姓名陈志杰任课教师刘效洲2015 年12月19日目录0前言 (2)1燃气轮机 (3)2燃气轮机联产系统性能分析 (7)3冷热电三联产系统 (10)4分布式供能系统的特点 (15)5冷热电联产系统经济性分析 (19)6后续工作与展望 (21)燃气轮机在冷热电三联产的应用及其效率优化0前言分布式能源是世界能源发展的最新方向，通常都是多联产或多功能系统，其最主要的优点就是应用在冷热电联产中。

具有效率高、占地少、保护环境、变负荷特性灵活输电损失小、供电可靠性高、初投资低等优点。

作为分布式能源系统中的重要动力装置，以天然气为燃料的燃气轮机热电联产技术近年来发展迅速。

该系统不仅产出电能，还将发电后低品味的余热用来供热，大大提高了能源利用率，具有良好的社会效益、节能效益和环境效益。

燃气轮机热电联产系统既可以单独使用，承担给一栋大楼或一个小区同时提供热、电两种能量的任务;更可作为分布式电源的一种，以一个子系统的身份和其它的分布式电源一起在分布式能源系统中发挥作用。

“以电定热”和“以热定电”是燃气轮机热电联产系统两种常见的运行方式，两种运行方式各有其优缺点，具体选择哪种，要看哪种负荷对系统更重要和更有后备保障支持来决定。

对于热电联产，要解决的最关键问题就是尽可能满足用户在不同时段对热电的需求变化，也就是要合理解决联产系统热电产出比和用户对热电的需求比之间的矛盾，以使联产系统达到最佳的一次能源利用效率。

文章首先从理论角度对热电联产的节能机理进行了分析，并与热电分产进行了比较。

之后，在对联产系统“以电定热”和“以热定电”两种运行方式进行定量比较的基础上，提出了将燃气轮机热电联产系统与相关辅助设备结合以解决热电供需不平衡问题的优化方案，并通过相关算例证实了其合理性。