内燃机和燃气轮机在发电领域的比较

1、知识窗内燃机和燃气轮机在发电领域的比较刘蜀卿(瓦锡兰发动机上海有限公司，上海200120)摘要：从油耗、温度、部分负荷以及海拔高度对原动机的影响等方面，对内燃机和燃汽轮机的功率与效率进行了比较。实践证明，在上述条件下，内燃机比燃气轮机更优越，同时受燃料价格波动影响也较小。关键词：内燃机;燃气轮机；比较中图分类号：TK40;TK470文献标识码:B文章编号：1000 - 6494( 2002) 04 - 0024 - 02?5 *I M 夷 Jn 冷 I* n 章g.j Comparison of Internal Combustion Engine with Gas Turbine inthe

2、 Field of Power Gen eratio nL IU Shu - qing(Shanghai W rtsila Engine Co. ,Ltd. Shanghai 200120 ,China)Abstract : From effects of fuel consumption ,temperature ,partial loadand altitude on intemal combustion engine and gas turbine ,this artcle compases the power and the efficiency of intemal combusti

3、on engine and gas turbine. The practice proves that the intemal combustion engine is better than the gas turbine in above conditions and the latter is easier to be effected by the fuel price.Key words :intemal combustion engine ;gas turbine ;comparison1994-2009 China Academic Journal Electronic Publ

4、ishing House. All rights reserved. 知识窗1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 知识窗近年来，燃气轮机在发电领域获得了巨大的成 功,特别是美国及其他大功率发电市场。但是在小功率市场，也即是装机容量为5 Xl04kW或更小的发电市场，内燃机正逐渐成为具有较好竞争性的产 品。在相同情况下，内燃机甚至更胜一筹。在分布式发电领域，典型的发电装机容量为1020MW。在各种情况随时变化的今天，内燃机十分适合于这样的电厂，它使得项目决策程序更加简

5、便，设备安装时间更短。例如调峰电厂，必须快速建 造，建设周期很短，施工期以月计量，对电厂的装机 容量要求有一定的灵活性。这种灵活性可由单元式 往复发动机来实现，比如最近瓦锡兰公司推出的动 力模块。瓦锡兰动力模块的装机容量为2 50MW，这种可组合式的发电单元能轻松地满足迅 速增加的电力需求，建设周期也十分短 。一个典型 的配备三台瓦锡兰动力模块的10MW电厂，交货期只有80天，安装只需要12天。内燃机技术在废气排放方面取得了巨大的进作者简介：刘蜀卿（1971 -），男，1993年毕业于上海工 程技术大学与发动机制造专业，目前在瓦锡兰发动机（上海）有限公司担任销售工作。收稿日期:2002 - 0

6、7 - 10步，而在从前这还是个比较棘手的问题。先进的稀薄燃烧发动机在氧气含量达到5%的情况下，氮氧化物的排放只有 250 mg/ nm3，而这只是目前德国空 气标准要求值的一半。1油耗及其他与燃气轮机相比，内燃机与生俱来的优势是高 效率，也就是节能。而燃料成本受市场影响波动巨 大，燃气轮机电厂的经济效益，与内燃机电厂相比极易受燃料价格的影响。最近我们越来越关注世界燃 料市场，甚至燃料消耗量很小的年运行1500 h的调峰电厂也十分关心燃料价格。典型的20 MW单循环燃气轮机的电效率只有30 %35%。但是拥有稀薄燃烧技术的内燃机的效 率能达到44 %。这意味着在同样输出功率的情况 下，燃气轮机

7、的燃料成本比内燃机高9%14%。与燃料成本一样，电力工业的产品价格，也就是电 价，很大程度上取决于投资总额、经营和维护成本。 在选择内燃机或燃气轮机的时候，某些因素诸如工厂海拔高度、环境温度、部分负荷运转等没有被很好 地考虑。但如果考虑到了 ，则内燃机的优势便体现1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 知识窗1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

8、 知识窗24内燃机 2002年第4期1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 知识窗1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 知识窗了出来。2海拔高度对原动机性能的影响ISO标准对燃气轮机和内燃机的参考条件是不同的。燃气轮机的参考条件是海拔0 m ,环境温度15 C,而内燃机是海拔100 m ,环境温度35 C。先进的稀薄燃烧内燃机 ，如瓦锡兰220

9、SG，在海 拔高度1500 m以下输出功率不用修正。但是燃气轮1 6 5k 型尚.E5J: 1 00勺9$ M llllkGOOO4-占華务艇一ftftA内癒航,虎UnIf机在高于海平面时，每超过100 m就有1.2%的输出功率下降。这是燃气轮机技术的一大劣势，见图1。i 10 ! 01 1.000 90佃0 75功率卜澤11舛 轴P轮机3 _1000 15W r2000 2WX)图1海拔高度与燃气轮机功率降低比的关系在美国的煤矿项目中，电厂的位置高于 1500 m 的情况比比皆是。在墨西哥，许多土地的海拔都位 于2000 m以上。一个成功的例子是在阿根廷的海 拔4000 m的煤矿，瓦锡兰公司

10、成功地安装了三台 18 V220 SG燃气内燃机。燃气轮机随海拔高度的 增加输出功率有所下降，意味着一座1 X104kW的电厂在海拔1500 m时，将比在海平面时损失18 %的输出功率，如图1所示。而在同样情况下，内燃机 没有任何功率下降。功率下降则意味着投资的增 加。海拔1500 m的燃气轮机电厂成本将比在海平 面时增加18% ,因此内燃机在高海拔地区有着无可 比拟的优势。图2环境温度与燃气轮机效率损失率的关系瓦锡兰公司在美国加州的RED BL U FF电厂安装了一台16V220SG燃气发动机,在夏季体现出了 良好的经济效益。4负荷影响电厂一般都为100 %负荷运转，而原动机通常 来说也在满

11、负荷时性能最佳，油耗最小。但分布式 电厂却是经常部分负荷运转 。燃气轮机和内燃机的部分负荷特性是不同的 内燃机较好些。如图3所示,在80%负荷时,以瓦 锡兰公司的220SG稀薄燃烧发动机为例 ，效率能达 到41 %,与此相反，燃气轮机2和1只能分别达到 32 %和 27 %。6090负图3原动机的部分负荷与效率的关系3温度影响5结论环境温度在15 C以上时，燃气轮机电厂的油耗 上升,燃料成本大大增加，效率因此下降，而与此形 成鲜明对比的是，先进的稀薄燃烧发动机在环境温 度达到40 C前不会有任何功率下降。举例来说，燃 气轮机在环境温度超过15 C时，每升高1 C,效率下降0. 2 % ,在温度30 C时，将损失3 %的效率 3%可能看上去是个小数字，但从一个长期过程来 看，也是一个巨大的损失，见图2。当选择电厂的原动设备时，可行性研究应以现场条件为基础，特别应考虑环境温度和海拔