小型热电联产的选择（下）

小型热电联产的选择（下）卡特彼勒燃气内燃发电机热电联产技术参数机型单位G3306TAG3406TAG3406LEG3412TAG3508LEG3612SITAG3616SITA发电机额定输出功率KW110190350519102524003385发动机转速RPM1500150015001500150010001000涡轮压缩机压缩比801116197112511101901901最小进气压力KG/CM2011011011011011302302能量消耗（低热值）MJ/HR1451207337585044108102392533381天然气耗量M3/HR41659410771446309968599570废烟气排量M3/HR4189041278250948153747251928废烟气温度C540415450453445450446废烟气排热量MJ/HR2633826161166219954387445废烟气含氧量0585410282123122缸套冷却水出口温度C99999999998888缸套冷却水排热量MJ/HR5946121350936293722182986中冷器进口温度C54323232325432中冷器排热量MJ/HR18978321669514622366发电热效率2729330033533704341436113651供热效率5427473749074136485534303450总热效率8156803682607840826870417101热电比1991441461121429595主要优点（1）技术成熟，工艺稳定，已经被广泛采用。仅在我国各个油田，卡特公司就有超过200台燃气内燃机正在利用油井天然气运行，其中一些设备已经稳定运行超过15年；（2）发电效率高，通常在3240。这对于电力需求较大的用户十分合适；电能转换比较厂家GEALLISONSOLARSOLAR杭汽CATERPILLAR类型轻型燃机燃气轮机燃气轮机先进燃机蒸汽轮机燃气内燃机型号LM500501KB5CENTAURMERCURYT9099G3616出力388037253880420030003385千瓦热耗（KJ）1205912995129258683174179810发电热效率2985277284152067367注燃油锅炉有效热能转换效率90，凝汽发电，进汽压力343MP，温度435，汽耗475KG/KWH。（3）可选择的机组容量范围大，从几十千瓦至近万千瓦的产品市场上都可以找到；（4）燃气可以利用燃气内燃机自身携带的空气压缩机增压，不用另配增压设备；（5）使用多种低热值燃气，应用范围大。主要缺点（1）体积大，重量大，热电联产不宜布置；（2）运行维护成本高，大修费用高；（3）由于内燃机作功需要震暴，导致噪音很大，通常超过100分贝；（4）余热回收复杂，需要对烟气、汽缸冷却水、中冷器三段热量进行回收；（5）供热量小；（6）一些厂家产品的运行稳定性还存在一定疑问，例如安装美国XXX公司的燃气内燃机的公共汽车的抛锚现象，在北京街头时常可见。24、燃气外燃机热电联产老发明新用途燃气外燃机是根据1816年苏格兰人RO斯特林一项发明的原理设计改进而来的，又称斯特林发动机或热气机。外燃机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。主要优点（1）体积小，一个25KW的机组，体积仅有办公桌大小；（2）因为做功不发生震暴，噪音很小，可在65分贝以下；（3）发电效率高，可达到29；（4）燃气不用增压；（5）外燃机可以燃烧各种可燃气体，如天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。主要缺点（1）技术太新，应用经验不足；（2）余热品质低，仅有冷却水可以加以利用；（3）可选择机组仅有25KW机组。STM外燃机外型核心机剖面图25、燃气电池热电联产人类理想的热电技术尽管燃料电池技术达到广泛应用还需一段时日，但这一技术的进展极为迅速，世界各国都投入了大量资金、人力进行开发研究，因为燃料电池代表了未来的能源技术。燃料电池有多种方式，一般都适合热电联产，主要分类为1、质子膜交换燃料电池，将氢气和空气中的氧气通过作为固体电解质的质子交换膜反应，生成电能和6080热水，发电效率为40，造价较低，极具应用价值，特别是家庭热电设施和汽车上可以广泛使用；2、熔融碳酸盐燃料电池，通过多孔陶瓷材料和金属材料，将熔融状态的碳酸盐作为电解质，直接利用氢气、煤气、天然气或沼气等在高温下非燃烧反应，发电效率高达45，并能产生600700高温余热，可以代替燃气轮机的燃烧室，形成燃料电池热气轮机蒸汽轮机联合循环热电联产，热效率极高，可以在发电效率超过60的情况下，取得接近95的热电效率。是将来大型发电/热电设施的理想选择；3、固体氧化物燃料电池，以固体氧化物作为电解质量，在高温下进行非燃烧反映，工作温度可超过800可利用氢气、一氧化碳、天然气、煤汽化气、等多种燃料，最适合集中或分散发电和热电联产，使用燃料电池热气轮机蒸汽轮机联合循环发电时效率可提高到70，热电效率接近95。主要优点（1）除了产生纯净二氧化碳可一回收利用外，其他污染物的排放为零，几乎没有污染；（2）体积极小，8KW质子交换膜机组只有一台20寸彩电大小；（3）发电效率极高4570；（4）燃料应用非常广泛，几乎所有含氢的物质；（5）运行无须人员职守，运行费用低；主要缺点（1）目前造价还是过高，最便宜的支子膜燃料电池如果成批生产，造价也需要15000元/KW。预计2010年，质子膜电池将可下降到400美元/KW；（2）通常需要制氢设备；（3）技术新，很多问题还需要解决；26、燃气锅炉蒸汽轮机热电热电联产特定燃料的选择不是所有气体燃料都适合上述各种先进或传统技术（不包括燃料电池），有时传统技术使用得当也能取得理想的效益。对于已经采用燃气锅炉的一些单位，如果利用蒸汽压差安装小型或微型背压汽轮发电机，通过生产一部分高价值的电能减少因更换燃料带来的成本攀升，也是有意义的。主要优点（1）燃料适应性强，目前的锅炉技术基本可以燃烧各种可燃气体，何以利用其他方式难以利用的燃料，如极低热值的高炉燃气等；（2）二手产品随处可见，造价可以控制到较低的水平；（3）发电效率虽低，但综合热效率不低，特别在使用背压机时。主要缺点（1）电效率低；（2）能与经济性相对较差。3、选择用户应根据自己对热量、电量的实际需求，对供热性质的要求，热产品的形式，供能安全标准和燃料资源的配置，合理选择装机技术方案。根据不同的燃料资源配置状况，合理选择一种或两种以上的混合燃料。实事求是地，适度规模选择自己的能源利用方案。应将自己的需求在更大、更广泛的系统中去权衡比较，切勿用小农经济的思想来考虑问题，不要追求能源供应的绝对独立。以北京地区一座3万平方米综合建筑工程为范例，研究合理选择需要考虑的问题。因为燃气外燃机目前只有25KW机组可供选择，显然太小。燃料电池因成本太高，目前还不能作为选择的对象。燃气锅炉蒸汽轮机的方案，在此不具代表性。所以只以小型燃气轮机、微型燃气轮机和燃气内燃机作为方案的主要选型设备，并同燃气锅炉进行对比。燃气热电联产设备技术性能比较方式单位索拉燃机宝曼微燃机热电宝曼微燃机回热循环燃气内燃机方案1燃气内燃机方案2单机发电容量KW10008080190350发电效率26142633335热电总效率7486747373燃料消耗MJ/HRS177002058110920733758天然气耗量M35074559003179594310774供热量KW2500420150303569采暖供热能力M25000084003000606011380每平米供电量W/M22095267314308就以上设备而言，燃气内燃机发电效率最高，分摊到每建筑平方米的电力也最大；热电总效率宝曼热电微燃机最高，分摊到每建筑平方米的电量最小；小型燃气轮机对3万平方米的建筑，有点大马拉小车，但分摊到每建筑平方米的电量居中。一般一座3万平方米的建筑，每平方米需要电力容量在3050W之间，需报装电力在10001500KW。采用燃气微燃机直燃机联合循环热电冷联产，可以不需要考虑电空调负荷，电力容量何以大幅度降低。根据用电规律，热电微燃机可以在基本负荷区间运行，而其他机组或多或少要进行调峰运行，这样设备利用小时将会有很大差别，直接影响到经济效益，蓄热设备的投资也将增加。如果电网电价高，选择发电量调节灵活的方案效益好，如果电价低，选择电量小的更实际。3万平方米建筑热电联产配置比较方式单位索拉燃机方案宝曼微燃机方案燃气内燃机方案1燃气内燃机方案2燃气锅炉单机发电容量KW100080190350机组台数台14633发电容量KW100032011401050建筑平米单位电量W/M23333106738003500单机供热容量KW2500420303569750供热容量MW2516818181707225建筑平米单位热量W/M283335600606056907500大卡/M27248524964故障状态出力W/M2042513850供热标准值W/M2465465465465465大卡/M24040404040设备容量备用系数7920302261对于一座建筑物，电力可以依靠外部保障，但供热必须完全依靠自己，还要预留一定的备份容量才能保证供能的可靠。北京地区的热量、制冷能量为每建筑平方米4060W之间。考虑到热水和天气变化因素，在一台设备出现故障时，供热量不应低于标准供热、制冷能量的70。根据上述因素分析，微燃机和燃气内燃机都符合要求。在评价设备选型方案时主要需要考虑的因素应该是1、单位供能千瓦造价、单位发电千瓦造价和设备总造价之间的关系；2、发电、供热容量的有效利用率；3、设备千瓦运行费用和总运行费用，由于这些设备对于中国的热电联产行业都缺少经验，我们只能参考国外资料。小型能源装置性能、造价和运行成本比较工艺方式柴油机燃气内燃机燃气轮机微型燃机燃料电池太阳能技术状况商业运行商业运行商业运行2000年2010年商业运行容量（KW）201000050500010000302005010001电效率（高热值）36432842254225303555总效率（高热值）708080858080设备造价（元/KW）100025002000500025005000300065001225万工程总包造价（元/KW）30004500500080005500750050001万153万40008000余热回收加价（元/KW）625125080016006252900已包括运行管理成本（分/KWH）42836132565428342830817援引美国燃气研究院丹金凯德小型区域热电设施在能源市场竞争中的角色假定供热收入能够与燃气成本持平，根据设备所节约的电费来收回投资的周期，是对小型热电联产技术选型方案评价的最佳方法。3万平方米建筑热电联产配置经济比较方式单位索拉燃机方案宝曼微燃机方案燃气内燃机方案1燃气内燃机方案2燃气锅炉单机发电容量KW100080190350机组台数台14633发电容量KW100032011401050发电设备单价万元66475158191发电设备总价万元664300948573千瓦造价元/KW664938832546单机供热容量KW2500420303569750供热总容量MW2516818181707225供热设施投资万元1500250200100总投资万元8143001198773100总功能量MW350200296276225供能千瓦造价元/KW2326150040502804444预期设备可利用时间HRS45008000450045005500发电量KWH45000002560000513000047250001节省电费万元2031152312130千瓦运行费用元/KW0065008301300130总运行费用万元2925212566696143实际节约支出万元1732593951641615120投资回收周期年4703197305110根据上面的分析，