1、第6章天然氣、燃?xì)獍l(fā)電與控制技術(shù),2,機(jī)械工業(yè)出版社,3,機(jī)械工業(yè)出版社,本章主要內(nèi)容,6.1 天然氣水合物的形成與物化性質(zhì)6.2 天然氣的綜合利用和發(fā)展前景6.3 小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組6.4 微型燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電機(jī)組6.5 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的電能變換與控制6.6 燃?xì)鈾C(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行與控制策略6.7 燃?xì)鈾C(jī)組的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性評價,4,機(jī)械工業(yè)出版社,6.1 天然氣水合物的形成與物化性質(zhì),6.1.1 天然氣水合物天然氣：指地層內(nèi)自然存

2、在的以碳?xì)浠衔餅橹黧w的可燃性氣體 。天然氣水合物：是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等）下由水和天然氣組成的類冰的、非化學(xué)計量的、籠形結(jié)晶化合物，其遇火即可燃燒。 組成成分：CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可 形成單種或多種天然氣水合物,5,機(jī)械工業(yè)出版社,天然氣水合物樣品,純凈的天然氣水合物,6,機(jī)械工業(yè)出版社,6.1.2 天然氣水合物的形成 1、麥索雅哈

3、河—普拉德霍灣—馬更歇三角洲—青藏高原全球陸地氣水合物形成帶 陸地上，適合天然氣水合物形成的溫度和壓力條件的地理環(huán)境是高緯度永久凍結(jié)層（包括永凍區(qū)淺海地帶）。2、北冰洋—大西洋—太平洋—印度洋全球海洋天然氣水合物形成帶 海洋底下是天然氣水合物形成的最佳場所，海洋總面積的90%具有形成氣水合物的溫壓條件。,7,機(jī)械工業(yè)出版社,夾雜著白色顆粒狀“可燃冰”的海底沉積物,海洋天然氣水合物的形成機(jī)理,8,機(jī)械工業(yè)出

4、版社,6.1.3 天然氣水合物的物化性質(zhì) 1、天然氣水合物多呈白色、淡黃色、琥珀色、暗褐色等軸狀、層狀、小針狀結(jié)晶體或分散狀。 存在方式： （1）占據(jù)大的巖石粒間孔隙； （2）以球粒狀散布于細(xì)粒巖石中； （3）以固體形式填充在裂縫中； （4）大固態(tài)水合物伴隨少量沉積物。,9,機(jī)械工業(yè)出版社,2、氣水合物與冰、含氣水合物層與

5、冰層之間有明顯的相似性： （1）相同的組合狀態(tài)的變化——流體轉(zhuǎn)化為固體； （2）均屬放熱過程，并產(chǎn)生很大的熱效應(yīng)； （3）結(jié)冰或形成水合物時水體積均增大； （4）水中溶有鹽時，二者相平衡溫度降低，只有淡水才能轉(zhuǎn)化為冰或水合物； （5）冰與氣水合物的密度都不大于水，含水合物層和凍結(jié)層密度都小于同類的水層； （6）含冰層與含水合物層的電導(dǎo)率都小于含水層； （7）含冰層和含水合物層彈性波

6、的傳播速度均大于含水層。,10,機(jī)械工業(yè)出版社,分子結(jié)構(gòu),3、天然氣水合物的結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu) I 型 :立方晶體結(jié)構(gòu)，僅能容納甲烷（C1）、乙烷這兩種小分子的烴以及N2、CO2、H2S等非烴分子，這種水合物中甲烷普遍存在的形式是構(gòu)成CH4·5.75H2O的幾何格架 結(jié)構(gòu) II 型 :菱形晶體結(jié)構(gòu) ,除包容C1、C2等小分子外，較大的“籠子”（水合物晶體中水分子間的空穴）還可容納丙烷（C3）及異丁烷（i－C4）等烴類 結(jié)構(gòu)H型

7、 :六方晶體結(jié)構(gòu)，較大的“籠子”甚至可以容納直徑超過異丁烷（i－C4）的分子,,11,機(jī)械工業(yè)出版社,墨西哥巴什山三種氣水合物伴生氣體,ND：未檢測到,12,機(jī)械工業(yè)出版社,6.2 天然氣的綜合利用和發(fā)展前景6.2.1 天然氣的綜合利用 目前，關(guān)于我國天然氣的利用有兩種截然相反的觀點(diǎn) :,按照世界能源利用的發(fā)展趨勢，天然氣應(yīng)當(dāng)主要用于發(fā)電,中國的情況特殊，天然氣應(yīng)當(dāng)主要用于非電力行業(yè)，盡量少用于純發(fā)電,,相對,觀點(diǎn),13,機(jī)械工業(yè)

8、出版社,造成上述問題的主要原因：1、天然氣在中國是一種稀缺資源,14,機(jī)械工業(yè)出版社,我國天然氣的使用結(jié)構(gòu)(2000年),15,機(jī)械工業(yè)出版社,2、中國能否創(chuàng)造一條高效利用天然氣的獨(dú)特道路3、電力與天然氣應(yīng)統(tǒng)籌安排合理利用4、分布式能源供給體系發(fā)展長期滯后,16,機(jī)械工業(yè)出版社,6.2.2 天然氣發(fā)電的環(huán)境價值1、環(huán)境價值不容忽視。2、環(huán)境價值交易。3、增進(jìn)社會福利。4、增強(qiáng)競爭力。,17,機(jī)械工業(yè)出版社,6.

9、2.3 天然氣的發(fā)展前景,圖6-1 2010年世界各地發(fā)電用氣占世界天然氣消費(fèi)比例預(yù)測,18,機(jī)械工業(yè)出版社,20世紀(jì)70年代，天然氣的開發(fā)及研究進(jìn)入第一個高潮；20世紀(jì)90年代，各國政府、跨國石油公司、大型能源用戶、學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)又掀起了新一輪研究天然氣的熱潮；21世紀(jì)，天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中的比例將超過石油，成為世界第一大能源，21世紀(jì)是天然氣世紀(jì)。,1、天然氣利用技術(shù)的研究歷程,19,機(jī)械工業(yè)出版社,世界天然氣探明儲量及特點(diǎn)

10、世界天然氣探明儲量發(fā)展變化及特點(diǎn)世界天然氣消費(fèi)世界天然氣的產(chǎn)量,2、世界天然氣儲量與消費(fèi)現(xiàn)狀,20,機(jī)械工業(yè)出版社,3、世界天然氣的發(fā)展前景,世界天然氣供給前景,21,機(jī)械工業(yè)出版社,世界天然氣需求趨勢,22,機(jī)械工業(yè)出版社,世界天然氣貿(mào)易前景,23,機(jī)械工業(yè)出版社,世界天然氣價格展望,24,機(jī)械工業(yè)出版社,25,機(jī)械工業(yè)出版社,4、中國天然氣的利用前景,西氣東輸,26,機(jī)械工業(yè)出版社,,廣東LNG項目,27,機(jī)械工業(yè)出版社,6.

11、3 小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組6.3.1 小型燃?xì)廨啓C(jī)原理及用途,燃?xì)廨啓C(jī)按功率分為： 大型燃機(jī)(100MW以上) 中型燃機(jī)(20～100MW ) 小型燃機(jī)(20MW以下) 微型燃機(jī)(小于300kW),28,機(jī)械工業(yè)出版社,燃?xì)廨啓C(jī)又可分為輕型燃?xì)廨啓C(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)。輕型燃?xì)廨啓C(jī)為航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)型

12、產(chǎn)品，如LM6000PC和FT8燃?xì)廨啓C(jī)，其優(yōu)勢在于裝機(jī)快、體積小、啟動快、簡單循環(huán)效率高，主要用于電力調(diào)峰、船舶動力。重型燃?xì)廨啓C(jī)為工業(yè)型燃機(jī)，如GT26和PG6561B等燃?xì)廨啓C(jī)，其優(yōu)勢為運(yùn)行可靠、排煙溫度高、聯(lián)合循環(huán)組合效率高，主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電冷聯(lián)產(chǎn)。,輕型燃?xì)廨啓C(jī),重型燃?xì)廨啓C(jī),29,機(jī)械工業(yè)出版社,燃?xì)廨啓C(jī)由燃燒室、壓氣機(jī)、輪機(jī)裝置組成,圖6-2 燃?xì)廨啓C(jī)工作原理,燃?xì)廨啓C(jī)優(yōu)點(diǎn)：效率高、功率大、體積小、投資省、

13、運(yùn)行成本低、壽命周期較長等。主要用于發(fā)電、交通和工業(yè)動力。,30,機(jī)械工業(yè)出版社,6.3.2 小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的主要形式,1、簡單循環(huán)發(fā)電由燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)獨(dú)立組成的循環(huán)系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：裝機(jī)快、起停靈活，多用于電網(wǎng)調(diào)峰和交通、工業(yè)動力系統(tǒng)。美國GE公司的LM6000PC輕型燃?xì)廨啓C(jī)是目前效率較高的開式循環(huán)系統(tǒng)，其發(fā)電效率為43%。,我國QD70輕型燃?xì)廨啓C(jī),31,機(jī)械工業(yè)出版社,2、前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)或發(fā)電,組成：由燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)

14、電機(jī)與余熱鍋爐共同組成的循環(huán)系統(tǒng)。工作原理：它將燃?xì)廨啓C(jī)作功后排出的高溫廢煙氣通過余熱鍋爐回收， 轉(zhuǎn)換為蒸汽或熱水加以利用。應(yīng)用：熱電聯(lián)產(chǎn)，也有將余熱鍋爐的蒸汽回注燃?xì)廨啓C(jī)提高燃?xì)廨啓C(jī)出 力和效率。 改進(jìn)：為提高供熱的靈活性，大多數(shù)前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組采用余熱鍋 爐回補(bǔ)燃燒技術(shù)，補(bǔ)燃時的總效率超過90%。,32,機(jī)械工業(yè)出版社,前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)工藝示意圖,3

15、3,機(jī)械工業(yè)出版社,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn),組成：燃?xì)廨啓C(jī)及發(fā)電機(jī)與余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)或供熱式蒸汽輪機(jī)（抽 汽式或背壓式）共同組成的循環(huán)系統(tǒng)。工作原理：它將燃?xì)廨啓C(jī)作功后排出的高溫廢煙氣通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn) 換為蒸汽，再將蒸汽注入蒸汽輪機(jī)發(fā)電，或?qū)⒉糠职l(fā)電作功 后的廢氣用于供熱。應(yīng)用：主要用于發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)。ABB公司的GT26－1產(chǎn)品作為高效率發(fā) 電的代表性聯(lián)合循環(huán)

16、系統(tǒng)，發(fā)電效率達(dá)到58.5%。,34,機(jī)械工業(yè)出版社,4、整體化循環(huán),組成：由煤氣發(fā)生爐、燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)共同組成的循 環(huán)系統(tǒng)，也稱為IGCC。 優(yōu)點(diǎn)：主要解決使用低廉的固體化石燃料代替燃?xì)廨啓C(jī)使用的氣體、 液體燃料，提高煤炭利用效率，降低污染物排放。 作用：可作為城市煤氣、電力、集中供熱和集中制冷、以及建材、化 工原料綜合供應(yīng)系統(tǒng)。目前，GE公司使用MS7001F技術(shù)組成的

17、整 體循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)電效率可達(dá)到42%。,35,機(jī)械工業(yè)出版社,5、核燃聯(lián)合循環(huán),組成：由燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和核反應(yīng)堆、蒸汽輪機(jī)共同組成的發(fā)電循 環(huán)系統(tǒng)。工作原理：通過燃?xì)廨啓C(jī)排出的煙氣再為熱核反應(yīng)堆輸出蒸汽。應(yīng)用：主要是為了提高核反應(yīng)堆蒸汽的溫度、壓力，提高蒸汽輪機(jī)效 率，降低蒸汽輪機(jī)部分的工程造價。,36,機(jī)械工業(yè)出版社,6、燃機(jī)輔助循環(huán),工作原理:

18、 在以煤、油等為燃料的后置循環(huán)發(fā)電汽輪機(jī)組中，使用小型燃?xì)廨啓C(jī)作為電站輔助循環(huán)系統(tǒng)，為鍋爐預(yù)熱、鼓風(fēng)，改善燃燒，提高效率，并將動力直接用于驅(qū)動給水泵。1947年美國第一臺工業(yè)用途的燃?xì)廨啓C(jī)就是采用該種方式參與發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)的。,37,機(jī)械工業(yè)出版社,7、燃?xì)鉄煔饴?lián)合循環(huán),組成：由燃?xì)廨啓C(jī)和煙氣輪機(jī)組成的循環(huán)系統(tǒng)。工作原理：利用燃?xì)廨啓C(jī)排放煙氣中的剩余壓力和熱力進(jìn)一步推動煙氣 輪機(jī)發(fā)電。特點(diǎn)：

19、該系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)比較可完全不用水，但煙氣輪機(jī) 造價較高，還未能廣泛使用。,38,機(jī)械工業(yè)出版社,,8、燃?xì)鉄岜寐?lián)合循環(huán),組成：由燃?xì)廨啓C(jī)和煙氣熱泵，燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)和煙氣熱泵，或燃 氣輪機(jī)、余熱鍋爐、蒸汽熱泵，以及燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、蒸汽 輪機(jī)和蒸汽（煙氣）熱泵組成的能源利用系統(tǒng)。工作原理：該系統(tǒng)在燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)等設(shè)備

20、完成能量利用循環(huán)后，進(jìn)一步利用熱泵對煙氣、蒸汽、熱水 和冷卻水中的余熱進(jìn)行深度回收利用，或用動力直接推動熱 泵。,39,機(jī)械工業(yè)出版社,應(yīng)用：這一工藝可用作熱電聯(lián)產(chǎn)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)、熱冷聯(lián)產(chǎn)、電冷聯(lián)產(chǎn)、 直接供熱或直接制冷利用。特點(diǎn)：該系統(tǒng)熱效率極高，如果用于直接供熱，熱效率可達(dá)150%，是未 來能源利用的主要趨勢之一。,40,機(jī)械工業(yè)出版社,9、燃料電池――燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)

21、合循環(huán),組成：由燃料電池和燃?xì)鉁u輪機(jī)結(jié)合在一起的發(fā)電設(shè)備。工作原理：電池以天然氣為燃料，能放出高溫高壓的廢氣流，燃?xì)鉁u輪 機(jī)則用燃料電池產(chǎn)生的熱廢氣流產(chǎn)生電力。 特點(diǎn)：污染少； 只要有天然氣和空氣存在，燃料電池就能工作； 發(fā)電效率高達(dá)55%，燃煤發(fā)電效率35%，燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電效率50%。,41,機(jī)械工業(yè)出版社,根據(jù)國際實際應(yīng)用經(jīng)驗，發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)特別是小型燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)，是合理利用天然

22、氣資源的最佳途徑和最有效手段。優(yōu)勢：提高能源利用效率，有效改善環(huán)境； 提高天然氣的儲采比； 降低開采、輸送成本； 實現(xiàn)全系統(tǒng)優(yōu)化； 降低氣價、提高用戶的市場競爭能力。,42,機(jī)械工業(yè)出版社,從我國西氣東輸沿線的能源設(shè)施布局看，主要是發(fā)展單機(jī)3～15MW、全廠總裝機(jī)小于30MW、蒸汽供應(yīng)能力200噸之內(nèi)的小型燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)項目，以現(xiàn)有區(qū)域、企業(yè)自備熱電廠改造為主。 小型燃?xì)?/p>

23、輪機(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)的方式極為多樣，小型燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)是全世界新能源開發(fā)與利用的趨勢。,43,機(jī)械工業(yè)出版社,6.3.3 小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組應(yīng)用前景,小型燃?xì)廨啓C(jī)正在進(jìn)行三大技術(shù)革命：第一是回?zé)崂眉夹g(shù)——提高發(fā)電效率；第二是永磁發(fā)電機(jī)與大功率晶體管可控變頻技術(shù)——保障并網(wǎng)的安全可靠，提高自動化控制能力，降低生產(chǎn)成本；第三是直接與余熱溴化鋰空調(diào)聯(lián)合循環(huán)技術(shù)――省略了鍋爐、化學(xué)水系統(tǒng)等設(shè)備，大大方便了用戶。,44,機(jī)械工業(yè)出版社,發(fā)電

24、效率高；環(huán)保好；運(yùn)行方式靈活；耗水少：占地少；建設(shè)周期短。,燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)具有它獨(dú)特的如下優(yōu)點(diǎn)：,45,機(jī)械工業(yè)出版社,我國缺電的邊疆、油氣田等地區(qū)，需要建設(shè)燃機(jī)電廠；50MW燃煤機(jī)組的關(guān)停、為符合轉(zhuǎn)改燃機(jī)電廠者提供了出路；因環(huán)保需要，將燃煤供熱廠改造為燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供的熱電廠；解決天然氣供需不平衡的矛盾；東部沿海對引進(jìn)氣源的需求與利用；燃機(jī)電廠走向世界；建議采用TD循環(huán)技術(shù)、走核電與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的

25、發(fā)電道路。,燃機(jī)電廠建設(shè)新方向：,46,機(jī)械工業(yè)出版社,6.4 微型燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電機(jī)組,微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電是把飛機(jī)發(fā)動機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)小型化，使用天然氣等做燃料，產(chǎn)生高溫、高壓氣體，推進(jìn)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 技術(shù)特征：發(fā)電容量小，一般在30至80kW； 占地面積少，設(shè)備大小猶如一臺電冰箱； 可以使用各種油、氣作燃料； 構(gòu)成“熱電并用系統(tǒng)”，從而提高能源綜合利用效

26、率； 廢氣排出少，對環(huán)境污染程度較輕； 適合于企業(yè)、醫(yī)院、學(xué)校乃至家庭等分散使用。,47,機(jī)械工業(yè)出版社,,美國的卡普斯頓(CAPSTONE)公司已經(jīng)制造出65kW級微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置，發(fā)電效率達(dá)到26% ，年產(chǎn)量1萬臺。,卡普斯頓燃?xì)廨啓C(jī),,,48,機(jī)械工業(yè)出版社,英國寶曼（BOWMAN）公司生產(chǎn)的80KW的燃?xì)廨啓C(jī),49,機(jī)械工業(yè)出版社,小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)有可能掀起“電源

27、小型分散化”與“分布式終端電源”的技術(shù)革新熱，然而一些傳統(tǒng)的大電力公司則對此感到憂慮，因為這項技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，會使大電力公司面臨競爭對手，迫使其降低價格。,50,機(jī)械工業(yè)出版社,6.4.1 微型燃?xì)鈾C(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀,微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)涉及5種關(guān)鍵技術(shù)：液體或氣體燃料；用于發(fā)電的透平交流發(fā)電機(jī)；產(chǎn)生高效熱能的熱交換器；將電能轉(zhuǎn)換成低壓電能供給不同用戶的功率調(diào)節(jié)器；為天然氣燃料提供合適壓力的燃?xì)鉁u輪增壓機(jī)。,51,機(jī)械工業(yè)出版

28、社,微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀開發(fā)生產(chǎn)廠商主要集中在：北美、瑞典、英國和日本。具有代表性的廠家：英國的寶曼（BOWMAN）公司、美國的卡普斯通 （CAPSTONE）和霍尼韋爾（HONEYWELL）公司。已商業(yè)化的容量為25～100kW，目前正在開發(fā)200～400kW的微型燃?xì)廨啓C(jī)。我國的現(xiàn)狀：我國已經(jīng)具備一定的研究和生產(chǎn)能力 。我國的差距: 主要在整體工藝和個別材料方面；

29、其次，關(guān)鍵部件及其優(yōu)化配置也是薄弱環(huán)節(jié)。,52,機(jī)械工業(yè)出版社,國產(chǎn)QD70燃?xì)廨啓C(jī),主要技術(shù)指標(biāo)：輸出功率：7060KW/最大8000KW，熱效率31％，空氣流量29Kg/s，動力渦輪轉(zhuǎn)速：8300r/min。,53,機(jī)械工業(yè)出版社,6.4.2微型燃機(jī)性能和優(yōu)缺點(diǎn),1、與往復(fù)式燃機(jī)相比，微型燃機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、是傳統(tǒng)燃機(jī)體積的1/4；使用多種燃料、排放低，尤其是使用天然氣；可多臺組合運(yùn)行，加上蓄熱水

30、柜，能夠靈活、可靠地對不斷變化中的熱、電需求進(jìn)行適時調(diào)節(jié)；能通過電話線和遠(yuǎn)程計算機(jī)通信系統(tǒng)實現(xiàn)自動運(yùn)行、無需人員值守，運(yùn)行費(fèi)用低；燃?xì)獠挥迷鰤?，可以直接從燃?xì)飧邏汗芫W(wǎng)取氣，也可從低壓管網(wǎng)送氣；,54,機(jī)械工業(yè)出版社,直燃機(jī)可實現(xiàn)熱電冷聯(lián)產(chǎn)，也可通過生產(chǎn)熱水，與熱水空調(diào)組合運(yùn)行；投資低，用戶端的能量利用效率高，設(shè)備運(yùn)行效費(fèi)比高；環(huán)境效益極佳，氮氧化物的排放量僅為25mg／L，是燃?xì)忮仩t無法相比的；無振動、壽命長、運(yùn)行成本低；設(shè)計

31、簡單、備用件少、生產(chǎn)成本低；通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，即使不是滿載負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，效率也非常高。,55,機(jī)械工業(yè)出版社,2、與電站相比，微型燃?xì)廨啓C(jī)具有以下優(yōu)勢沒有或很低的輸配電損耗；可避免或延緩增加輸配電成本；利用燃機(jī)產(chǎn)生的熱煙氣可進(jìn)行高效率的熱電聯(lián)產(chǎn)；適合多種熱電比的變化，可使系統(tǒng)根據(jù)熱或電的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而增加設(shè)備利用率；,56,機(jī)械工業(yè)出版社,用戶可自行控制；可進(jìn)行遙控和監(jiān)測區(qū)域電力質(zhì)量和性能；分布式能源供給系統(tǒng)，具有靈活、安全、清

32、潔、高效的特點(diǎn)；在成本增加很小的情況下實現(xiàn)增加裝機(jī)容量，建設(shè)周期短、環(huán)保壓力小、土建和安裝成本低。,57,機(jī)械工業(yè)出版社,3、主要缺點(diǎn)：技術(shù)相對較新，甚至不成熟；發(fā)電效率偏低，目前不超過30%；高度依賴信息與電子技術(shù)，必須與因特網(wǎng)技術(shù)同步發(fā)展，依靠網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)獲得遠(yuǎn)程監(jiān)控與技術(shù)支持。,58,機(jī)械工業(yè)出版社,4、應(yīng)用范疇：分布式能源供給系統(tǒng)；移動電站；不間斷供電系統(tǒng)；航空工業(yè)用地面電力機(jī)組；軍隊、學(xué)校、醫(yī)院、機(jī)關(guān)、住

33、宅等用戶的備用電源；新能源/環(huán)保項目（垃圾填埋/生物應(yīng)用）等領(lǐng)域。,59,機(jī)械工業(yè)出版社,6.4.3 微型燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電機(jī)組工作原理,1、工作原理及機(jī)構(gòu)示意圖 一般的燃?xì)廨啓C(jī)主要結(jié)構(gòu)有三部分：壓氣機(jī)（空氣壓縮機(jī)）、燃燒室、透平 (動力渦輪)。 微型燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)包括：利用空氣軸承保持一個整體化的高速轉(zhuǎn)子在6～15萬r/min狀態(tài)下運(yùn)行，驅(qū)動小型永磁式中頻發(fā)電機(jī)發(fā)電。,60,機(jī)械工業(yè)出版社,圖6-3 微燃機(jī)及其渦輪發(fā)電機(jī)結(jié)

34、構(gòu),61,機(jī)械工業(yè)出版社,2、回?zé)嵯到y(tǒng) 在回?zé)嵯到y(tǒng)中，透平（動力渦輪機(jī)）產(chǎn)生的煙氣溫度很高，通常被排入大氣中或再加以回收利用（如利用余熱鍋爐進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)）。 微型燃機(jī)的余熱可用于船舶、汽車動力，制冷、采暖，以及生產(chǎn)凈水。通過能源的梯級利用，燃料通過熱電聯(lián)產(chǎn)裝置發(fā)電后，變?yōu)榈推肺坏臒崮苡糜诓膳?、生活供熱等用途的供熱，這一熱量也可驅(qū)動吸收式制冷機(jī)，用于夏季的空調(diào)，從而形成熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)。 為了協(xié)調(diào)熱、電和冷三

35、種動態(tài)負(fù)荷，實現(xiàn)最佳的整體系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，系統(tǒng)往往需要設(shè)置壓縮式制冷機(jī)和鍋爐，甚至蓄能裝置等。,62,機(jī)械工業(yè)出版社,6.5 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的電能變換與控制,各類電力電子變換電源的構(gòu)成都離不開有源器件（電力電子器件、微電子器件）和無源器件（電容、電阻、電感和變壓器），無源器件中的電感、變壓器和電容器約占整機(jī)電源重量或體積的50%以上。發(fā)展趨勢： ——微燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的中頻化（1000Hz以上）、中壓化（1000V以上）

36、提高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和輸出電壓的幅值； 降低輸出電流、導(dǎo)線直徑和發(fā)熱。,63,機(jī)械工業(yè)出版社,6.5.1 微燃機(jī)控制與電源變換系統(tǒng),,圖6-4 微型燃機(jī)控制與電力變換系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),64,機(jī)械工業(yè)出版社,在開機(jī)啟動階段工作原理圖,,啟動,電動狀態(tài),,向逆變器提供直流電,65,機(jī)械工業(yè)出版社,工作階段流程圖,66,機(jī)械工業(yè)出版社,1、電源變換與控制系統(tǒng)的構(gòu)成與功能,100kW三相AC/DC主變換器（整流器）：將三相500～12

37、00Hz、400～900V變化的交流電壓經(jīng)整流變?yōu)?40V直流電壓。100kW 三相DC/AC 主變換器（逆變器）：將540V直流電壓逆變?yōu)槿?0Hz/400V恒頻、恒壓的工頻交流電壓。3kW 三相DC/AC 變換器（逆變器）：將540V的直流電壓逆變?yōu)槿?～50Hz/400V交流變頻電源，驅(qū)動燃機(jī)增壓器電動機(jī)，控制燃料增壓器電動機(jī)作變頻調(diào)速運(yùn)行，燃機(jī)啟動階段由蓄電池供電。,67,機(jī)械工業(yè)出版社,DC/DC雙向（可逆）變換器：為

38、蓄電池充電或放電提供雙向變換通道，并根據(jù)蓄電池的充電特性限制充放電電流。100kW三相隔離變壓器：具有濾波和隔離作用，同時減緩操作沖擊；利用變壓器原副邊繞組的感性特征，還可對輸出電流低通濾波，使其變?yōu)槠交恼也ㄐ危蛔儔浩鞲眰?cè)繞組通常Y接、帶中心抽頭，以便構(gòu)成三相四線的供電制式。,68,機(jī)械工業(yè)出版社,2、電源變換與控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo),三相AC/DC主變換器：必須選用快速晶閘管；并且觸發(fā)電路的同步信號必須快速跟蹤發(fā)電機(jī)的電壓頻率，因此

39、觸發(fā)電路應(yīng)具有頻率鎖相功能。三相DC/AC 主變換器： 啟動時為發(fā)電機(jī)提供寬范圍的變頻電源，驅(qū)動發(fā)電機(jī)作電動運(yùn)行，頻率變化在0～500Hz范圍內(nèi)變化，使發(fā)電機(jī)實現(xiàn)平穩(wěn)的軟啟動； 啟動結(jié)束后，為負(fù)載提供50Hz/400V的三相四線制恒頻恒壓電源； 它的工作頻率變化范圍大，對控制電路PWM調(diào)制的動態(tài)特性要求高、控制較復(fù)雜。,69,機(jī)械工業(yè)出版社,系統(tǒng)采用微機(jī)協(xié)調(diào)控制和故障診斷：預(yù)測可能發(fā)生的故障，及時顯示、報警，提高系統(tǒng)的可靠性。

40、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：額定功率為100kW；輸出的交流電壓有效值為400V/三相四線制；穩(wěn)態(tài)輸出電壓調(diào)整率≤±1％；瞬態(tài)輸出電壓調(diào)整率－15%～+20%；啟動時電壓穩(wěn)定時間≤1.5s；電壓波動率≤0.8%；線電壓正弦波形總畸變率≤3%；輸出額定頻率50Hz；穩(wěn)態(tài)輸出頻率調(diào)整率≤3％；瞬態(tài)輸出頻率調(diào)整率≤±7％；啟動時頻率穩(wěn)定時間≤5s；頻率波動率≤1.0％。,70,機(jī)械工業(yè)出版社,3、典型單元電路組成及工作原理,圖6-5

41、 100kW三相AC/DC變換器,71,機(jī)械工業(yè)出版社,圖6-6 100kW三相DC/AC變換器,72,機(jī)械工業(yè)出版社,圖6-7 3kW三相DC/AC變換器,73,機(jī)械工業(yè)出版社,圖6-8 蓄電池充放電DC/DC可逆變換器,74,機(jī)械工業(yè)出版社,蓄電池　在啟動過程中，蓄電池為燃機(jī)的啟動提供驅(qū)動電源，為壓縮機(jī)提供所需動力電源；在正常工作狀態(tài)下、當(dāng)負(fù)載突變時，蓄電池為輸出逆變器提供穩(wěn)定的電壓，起到電力緩沖器的作用。,鉛酸蓄電池,鎳鎘蓄電池,

42、75,機(jī)械工業(yè)出版社,6.5.2 微燃發(fā)電機(jī)組電網(wǎng)供電及控制,1、電網(wǎng)供電 電網(wǎng)主接線 發(fā)電機(jī)組電氣控制屏2、其他控制 熱工自動化：控制范圍為單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、天然氣增壓站消防水系統(tǒng)、天然氣預(yù)處理等輔助工藝的監(jiān)視和控制，另外在設(shè)計上留有以后采用聯(lián)合循環(huán)的余地。 控制方式分類：集中控制與分散控制。 燃?xì)廨啓C(jī)和電站控制：包含有轉(zhuǎn)速與溫度保護(hù)和控制、升速和減速控制、進(jìn)氣閥控制、入口進(jìn)氣導(dǎo)葉控制、可動靜葉片控制、燃?xì)廨啓C(jī)性

43、能監(jiān)控、啟動順序控制、失速報警和停機(jī)保護(hù)等 。,76,機(jī)械工業(yè)出版社,,6.6 燃?xì)鈾C(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行與控制策略,6.6.1 直――交變換低頻并網(wǎng)逆變技術(shù)1、基本電路與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),,,圖6-9 直－交變換低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器電路結(jié)構(gòu),77,機(jī)械工業(yè)出版社,,,,,,a)推挽式 b）推挽正激式,圖6-10 直―交變換低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器拓?fù)?78,機(jī)械工業(yè)出版社,c）半橋式

44、 d）全橋式,圖6-10 直―交變換低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器拓?fù)?79,機(jī)械工業(yè)出版社,2、燃?xì)鈾C(jī)組的低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變技術(shù),圖6-11 燃?xì)鈾C(jī)組的低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變系統(tǒng),80,機(jī)械工業(yè)出版社,圖6-12 直－交/交－直－交變換的高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器電路結(jié)構(gòu),6.6.2 直－交/交－直－交三級變換高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變技術(shù)1、電路結(jié)構(gòu)與拓?fù)?81,機(jī)械工業(yè)出版社,,,,c)推挽式,a)單管正激式,b)并

45、聯(lián)交錯單管正激式,d)推挽正激式,直－交/交－直－交變換的高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器拓?fù)?(a)、(b)、(c)、(d) 適用于低壓輸入場合,82,機(jī)械工業(yè)出版社,,f）并聯(lián)交錯雙管正激式,,e)雙管正激式,g)半橋式,h)全橋式,(e)、(f)、(g)、(h) 適用于高壓輸入場合,83,機(jī)械工業(yè)出版社,2、高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器穩(wěn)態(tài)工作原理,,圖6-14 全橋式三級變換高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器,高頻逆變器采用大功率晶體管GTR（Vm1～Vm4）作橋臂開

46、關(guān)器件，其緩沖電容為C1～C4；極性反轉(zhuǎn)逆變橋采用晶閘管（VT1～VT4）構(gòu)成并網(wǎng)換流逆變器。,84,機(jī)械工業(yè)出版社,,,,,從Vm2、Vm3導(dǎo)通到Vm1、Vm4導(dǎo)通的換流過程等效電路,85,機(jī)械工業(yè)出版社,6.6.3 燃?xì)鈾C(jī)組高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變的控制策略,1、參數(shù)設(shè)計 根據(jù)燃?xì)鈾C(jī)組工作的穩(wěn)態(tài)原理及等效換流過程，確定濾波電感電流iLf在導(dǎo)通與關(guān)斷時期內(nèi)變化的大小及其平均值。,,,具體的參數(shù)設(shè)計如下： 設(shè)開關(guān)頻率fS>&

47、gt;fL電網(wǎng)電壓頻率,電網(wǎng)有功功率為PL、電網(wǎng)電壓有效值為UL，則在一個開關(guān)周期TS內(nèi)，電網(wǎng)電壓可看成恒定。在DTS期間，濾波電感電流增大iLf ，其上升量為,,,,(5－1),86,機(jī)械工業(yè)出版社,在(1－D)TS期間，濾波電感電流iLf減小，其下降量為,,電網(wǎng)電流有效值為,極性反轉(zhuǎn)逆變橋直流側(cè)電壓Ud02的平均值是：,電感電流iLf的平均值是：,設(shè)并網(wǎng)逆變器的效率為η，則直流電源電流為：,(5－6),(5－2),(5－3),(5－

48、4),(5－5),87,機(jī)械工業(yè)出版社,極性反轉(zhuǎn)逆變橋功率晶閘管開關(guān)器件VT1～VT4的平均值、有效值電流應(yīng)力和峰值電壓應(yīng)力分別為：,(5－8),(5－7),(5－9),全波整流橋超快恢復(fù)二極管VDr1～VDr4的平均電流值、有效電流值和峰值電壓應(yīng)力分別為：,(5－10),(5－11),(5－12),88,機(jī)械工業(yè)出版社,2、控制策略高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器控制的對象是電感電流,圖6-16 燃?xì)鈾C(jī)組高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器控制方案,89,機(jī)械工業(yè)

49、出版社,6.7 燃?xì)鈾C(jī)組的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性評價6.7.1 燃?xì)鈾C(jī)組的經(jīng)濟(jì)性比較分析,從中國利用天然氣的現(xiàn)實情況出發(fā)，創(chuàng)造一條高效利用天然氣的獨(dú)特道路是——不建過渡性的大型燃?xì)怆姀S，走直接置換小煤熱電，小油電，燃煤鍋爐、燃煤窯爐和民用燃?xì)獾牡缆贰?微型燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電系統(tǒng)有必要發(fā)展和推廣；微燃機(jī)組發(fā)電不一定非要使用優(yōu)質(zhì)、清潔的天然氣作為燃料，可以大力發(fā)展生物質(zhì)沼氣、氣化煤等新能源。,90,機(jī)械工業(yè)出版社,,表6-3 寶曼微燃機(jī)

50、Bowman TG80 CHP 經(jīng)濟(jì)性比較分析,91,機(jī)械工業(yè)出版社,續(xù)上表6-3,92,機(jī)械工業(yè)出版社,表6-4 Bowman 微燃機(jī)投資回收比較,93,機(jī)械工業(yè)出版社,6.7.2 燃?xì)鈾C(jī)組的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性評價,燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組是新一代分布式電源的代表，它具有如下先進(jìn)技術(shù)特征：運(yùn)動部件少、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、重量輕（是傳統(tǒng)燃機(jī)的1/4）；可用多種燃料、燃料消耗率低、排放低，尤其是使用天然氣；低振動、低噪音、壽命長、運(yùn)行成本低；設(shè)計簡單、