分布式能源利用与控制技术课件.ppt

1、第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术第第7章章分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术机械工业出版社第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术2机械工业出版社机械工业出版社 主要内容主要内容7.1 分布式能源的特征及其应用分布式能源的特征及其应用7.2 天燃气、燃气发电与控制技术天燃气、燃气发电与控制技术7.3 氢能、氢燃料电池发电与控制技术氢能、氢燃料电池发电与控制技术7.4 分布式能源的综合利用及经济技术评价分布式能源的综合利用及经济技术评价第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术3机械工业出版社机械工业

2、出版社7.1 分布式能源的特征及其应用分布式能源的特征及其应用7.1.1 分布式能源的分布式能源的特征特征 分布式能源分布式能源也叫也叫分布式资源分布式资源（DER，Distributed Energy Resources），是一种），是一种能源的分布式应用系统能源的分布式应用系统，实，实现现用户端的能源综合利用用户端的能源综合利用，相对于传统的集中供电方式而言，相对于传统的集中供电方式而言，是指将冷是指将冷-热热-电系统以小规模、小容量（数电系统以小规模、小容量（数kW50MW）、）、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出冷模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出冷（Coo

3、ling）、热（）、热（Heating）、电能（）、电能（Power）的系统。）的系统。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术4机械工业出版社 1. 分布式能源的分布式能源的定义定义 国际分布式能源联盟（国际分布式能源联盟（WADE，World Alliance for Decentralized Energy ）对）对“分布式能源分布式能源”给出的给出的 定义是定义是：发电系统能够在消费地点或很近的地方发电，并：发电系统能够在消费地点或很近的地方发电，并具有：具有： 高效的利用发电产生的废能生产热和电；高效的利用发电产生的废能生产热和电； 现场端的可再生能源系统；现

4、场端的可再生能源系统； 包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循 环利用系统。环利用系统。 这些系统就称为这些系统就称为分布式能源系统，分布式能源系统，而不考虑这些项目的而不考虑这些项目的规模、燃料或技术，及该系统是否联接电网等条件。规模、燃料或技术，及该系统是否联接电网等条件。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术5机械工业出版社 国际公认的两个具有发展前途、重要的分布式国际公认的两个具有发展前途、重要的分布式能源能源利用形式利用形式：微型燃气机发电机组，微型燃气机发电机组，这是实现热电联产、高效利这是实现热电

5、联产、高效利用能源和节能的主要形式；用能源和节能的主要形式；“燃料电池燃料电池”技术，技术，这也是未来主要的分布式能源这也是未来主要的分布式能源利用技术之一。利用技术之一。 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术6机械工业出版社机械工业出版社2.2.分布式能源分布式能源主要特征：主要特征： (1)(1)高效性高效性 (2)(2)环保性环保性(3)(3)能源利用的多样性能源利用的多样性(4)(4)调峰作用调峰作用(5)(5)安全性和可靠性安全性和可靠性(6)(6)减少国家输配电投资减少国家输配电投资(7)(7)解决边远地区供电解决边远地区供电第第7章章 分布式能源的利用

6、与控制技术分布式能源的利用与控制技术7机械工业出版社 分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气料电池和燃气内燃机内燃机冷冷-热热-电三联供等多种形式电三联供等多种形式； 主要技术主要技术有有： 电能有效利用电能有效利用（EUEE，Efficient Utilization of Electrical Energy）、）、智能通信技术智能通信技术（ICT，Information and Communications Technology）、）、智能模块智能模块（Smart Box）、）、主动网络管理主动网络管理 （ANM，Act

7、ive Network Management）以及微网以及微网（Micro-Grids）和）和智能电网智能电网（Smart-Grids），并实现整合预期能源发展的），并实现整合预期能源发展的柔性电网柔性电网（FENIX，Flexible Electricity Networks to Integrate the eXpected energy evolution）。）。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术8机械工业出版社机械工业出版社3. 分布式能源的分布式能源的综合利用综合利用：燃气燃气-蒸汽联合循环发电蒸汽联合循环发电燃料电池燃料电池发电发电-余热利用技术余热利

8、用技术整体煤气化联合循环（整体煤气化联合循环（IGCC）煤炭气化多联产煤炭气化多联产热热-电电-冷三联产冷三联产风风-光光-燃气互补多联产发电等领域。燃气互补多联产发电等领域。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术9机械工业出版社机械工业出版社7.1.2 分布式能源的主要应用形式分布式能源的主要应用形式1. 分布式能源转换设备及装置分布式能源转换设备及装置（1） 小型燃气轮机小型燃气轮机（2） 微型燃气轮机微型燃气轮机（3） 燃料电池燃料电池（4） 微型蒸汽轮机微型蒸汽轮机-蒸汽轮机蒸汽轮机（5） 微型水轮机和微型抽水蓄能电站微型水轮机和微型抽水蓄能电站（6） 太阳能

9、发电系统太阳能发电系统（7） 风力发电系统风力发电系统（8） 余热制冷系统余热制冷系统（9）热泵系统）热泵系统（10）能量回收系统）能量回收系统第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术10机械工业出版社机械工业出版社2. 分布式能源中的系统优化技术分布式能源中的系统优化技术（1）多种能源系统整合优化）多种能源系统整合优化（2）将分布式能源与交通系统整合优化）将分布式能源与交通系统整合优化（3）分布式能源系统电网接入研究）分布式能源系统电网接入研究（4）储能技术）储能技术（5）地源储能技术）地源储能技术（6）网络式能源系统）网络式能源系统第第7章章 分布式能源的利用与控制

10、技术分布式能源的利用与控制技术11机械工业出版社机械工业出版社3. 分布式能源中的资源利用技术分布式能源中的资源利用技术（1）天然气凝结水技术）天然气凝结水技术（2）将分布式能源与大棚结合的技术）将分布式能源与大棚结合的技术（3）利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术）利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术（4）空调系统废热回收技术）空调系统废热回收技术（5）污水水源热泵系统）污水水源热泵系统（6）小型生物质沼气生产技术）小型生物质沼气生产技术 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术12机械工业出版社机械工业出版社4. 分布式能源的主要应用形式分布式能源的主要应用形式

11、热热-电电-冷联产技术冷联产技术燃气轮机发电系统燃气轮机发电系统微燃气机发电系统微燃气机发电系统氢燃料电池发电系统氢燃料电池发电系统风力发电系统风力发电系统小水电发电系统小水电发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统地热能综合利用热地热能综合利用热-电联产系统电联产系统生物质能源发电系统生物质能源发电系统第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术13机械工业出版社机械工业出版社7.2 天然气、燃气发电与控制技术天然气、燃气发电与控制技术 天然气是指地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的天然气是指地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的可燃性气体。可燃性气体。 组成天然气的成

12、分如组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系等同系物以及物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，一般把甲烷分子含形成天然气水合物的主要气体为甲烷，一般把甲烷分子含量超过量超过99%的天然气水合物称为甲烷水合物（的天然气水合物称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。）。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术14机械工业出版社机械工业出版社7.2.1 7.2.1 天然气的特征与利用天然气的特征与利用 1. 1. 天然气的特征天然气的特征 存在方式：存在方式：

13、 （1 1）占据大的岩石粒间孔隙；）占据大的岩石粒间孔隙； （2 2）以球粒状散布于细粒岩石中；）以球粒状散布于细粒岩石中； （3 3）以固体形式填充在裂缝中；）以固体形式填充在裂缝中； （4 4）大固态水合物伴随少量沉积物。）大固态水合物伴随少量沉积物。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术15机械工业出版社机械工业出版社气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性：气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性： （1 1）相同的组合状态的变化）相同的组合状态的变化流体转化为固体；流体转化为固体； （2 2）均属放热过程，并产生很大的热效应；）均属放热过

14、程，并产生很大的热效应； （3 3）结冰或形成水合物时水体积均增大；）结冰或形成水合物时水体积均增大； （4 4）水中溶有盐时，二者相平衡温度降低，只有淡水才能转化为冰或）水中溶有盐时，二者相平衡温度降低，只有淡水才能转化为冰或 水合物；水合物； （5 5）冰与气水合物的密度都不大于水，含水合物层和冻结层密度都小）冰与气水合物的密度都不大于水，含水合物层和冻结层密度都小 于同类的水层；于同类的水层； （6 6）含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层；）含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层； （7 7）含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含水层。）含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含

15、水层。 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术16机械工业出版社机械工业出版社我国天然气的现状我国天然气的现状（1）天然气在中国是一种稀缺资源）天然气在中国是一种稀缺资源（2）中国能否创造一条高效利用天然气的独特道路）中国能否创造一条高效利用天然气的独特道路（3）电力与天然气应统筹安排合理利用）电力与天然气应统筹安排合理利用（4）分布式能源供给体系发展长期滞后）分布式能源供给体系发展长期滞后第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术17机械工业出版社机械工业出版社世界天然气的发展前景世界天然气的发展前景世界天然气供给前景世界天然气供给前景第第7章

16、章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术18机械工业出版社机械工业出版社世界天然气需求趋势世界天然气需求趋势第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术19机械工业出版社机械工业出版社世界天然气贸易前景世界天然气贸易前景第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术20机械工业出版社机械工业出版社世界天然气价格展望世界天然气价格展望第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术21机械工业出版社机械工业出版社7.2.2 7.2.2 小型燃气轮机发电机组小型燃气轮机发电机组燃气轮机按功率分为：燃气轮机按功率分为：大型燃机大型

17、燃机(100MW(100MW以上以上) ) 中型燃机中型燃机(20(20100MW )100MW ) 小型燃机小型燃机(20MW(20MW以下以下) ) 微型燃机微型燃机( (小于小于300kW)300kW) 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术22机械工业出版社机械工业出版社燃气轮机又可分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机燃气轮机又可分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机轻型燃气轮机轻型燃气轮机为航空发动机的转型产品，如为航空发动机的转型产品，如LM6000PCLM6000PC和和FT8FT8燃气轮机，燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电其优势

18、在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。力调峰、船舶动力。重型燃气轮机重型燃气轮机为工业型燃机，如为工业型燃机，如GT26GT26和和PG6561BPG6561B等燃气轮机，其优势等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电冷联产。发电、热电冷联产。轻型燃气轮机轻型燃气轮机重型燃气轮机重型燃气轮机第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术23机械工业出版社机械工业出版社1. 1. 燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理燃气轮机工作原理燃气轮

19、机工作原理 燃气轮机优点：燃气轮机优点：效率高、功率大、体积小、效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低、寿命投资省、运行成本低、寿命周期较长等。周期较长等。主要用于发电、交通和工业主要用于发电、交通和工业动力。动力。燃气轮机由燃烧室、压气机、轮机装置组成燃气轮机由燃烧室、压气机、轮机装置组成 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术24机械工业出版社机械工业出版社2. 2. 燃气轮机的发电方式燃气轮机的发电方式（1 1）简单循环发电）简单循环发电由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统 优点：装机快、起停灵活，多用于电网调峰和交通、工

20、业动力系统。优点：装机快、起停灵活，多用于电网调峰和交通、工业动力系统。美国美国GEGE公司的公司的LM6000PCLM6000PC轻型燃气轮机是目前效率较高的开式循环系统，轻型燃气轮机是目前效率较高的开式循环系统，其发电效率为其发电效率为43%43%。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术25机械工业出版社机械工业出版社（2 2）前置循环热电联产或发电）前置循环热电联产或发电组成：组成：由燃气轮机、发电机与余热锅炉共同组成的循环系统。由燃气轮机、发电机与余热锅炉共同组成的循环系统。工作原理：工作原理：它将燃气轮机作功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收，它将燃气轮机作

21、功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收， 转换为蒸汽或热水加以利用。转换为蒸汽或热水加以利用。应用：应用：热电联产，也有将余热锅炉的蒸汽回注燃气轮机提高燃气轮机出热电联产，也有将余热锅炉的蒸汽回注燃气轮机提高燃气轮机出 力和效率。力和效率。 改进：改进：为提高供热的灵活性，大多数前置循环热电联产机组采用余热锅为提高供热的灵活性，大多数前置循环热电联产机组采用余热锅 炉回补燃烧技术，补燃时的总效率超过炉回补燃烧技术，补燃时的总效率超过90%90%。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术26机械工业出版社机械工业出版社（3 3） 联合循环发电或热电联产联合循环发电或热电联产

22、组成：组成：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机（抽燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机（抽 汽式或背压式）共同组成的循环系统。汽式或背压式）共同组成的循环系统。工作原理：工作原理：它将燃气轮机作功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收转它将燃气轮机作功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收转 换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电，或将部分发电作功换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电，或将部分发电作功 后的废气用于供热。后的废气用于供热。应用：应用：主要用于发电和热电联产。主要用于发电和热电联产。ABBABB公司的公司的GT26GT261 1产品作为高效率发产品作为高效率发

23、 电的代表性联合循环系统，发电效率达到电的代表性联合循环系统，发电效率达到58.5%58.5%。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术27机械工业出版社机械工业出版社（4 4）整体化循环）整体化循环组成：组成：由煤气发生炉、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机共同组成的循由煤气发生炉、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机共同组成的循 环系统，也称为环系统，也称为IGCCIGCC。 优点：优点：主要解决使用低廉的固体化石燃料代替燃气轮机使用的气体、主要解决使用低廉的固体化石燃料代替燃气轮机使用的气体、 液体燃料，提高煤炭利用效率，降低污染物排放。液体燃料，提高煤炭利用效率，降低污染物排

24、放。 作用：作用：可作为城市煤气、电力、集中供热和集中制冷、以及建材、化可作为城市煤气、电力、集中供热和集中制冷、以及建材、化 工原料综合供应系统。目前，工原料综合供应系统。目前，GEGE公司使用公司使用MS7001FMS7001F技术组成的整技术组成的整 体循环系统，发电效率可达到体循环系统，发电效率可达到42%42%。 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术28机械工业出版社机械工业出版社（5 5） 核燃联合循环核燃联合循环组成：组成：由燃气轮机、余热锅炉和核反应堆、蒸汽轮机共同组成的发电循由燃气轮机、余热锅炉和核反应堆、蒸汽轮机共同组成的发电循 环系统。环系统。

25、工作原理：工作原理：通过燃气轮机排出的烟气再为热核反应堆输出蒸汽。通过燃气轮机排出的烟气再为热核反应堆输出蒸汽。应用：应用：主要是为了提高核反应堆蒸汽的温度、压力，提高蒸汽轮机效主要是为了提高核反应堆蒸汽的温度、压力，提高蒸汽轮机效 率，降低蒸汽轮机部分的工程造价。率，降低蒸汽轮机部分的工程造价。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术29机械工业出版社机械工业出版社（6 6） 燃机辅助循环燃机辅助循环 工作原理工作原理: : 在以煤、油等为燃料的后置循环发电汽轮机组中，使用小型燃气在以煤、油等为燃料的后置循环发电汽轮机组中，使用小型燃气轮机作为电站辅助循环系统，为锅炉

26、预热、鼓风，改善燃烧，提高轮机作为电站辅助循环系统，为锅炉预热、鼓风，改善燃烧，提高效率，并将动力直接用于驱动给水泵。效率，并将动力直接用于驱动给水泵。19471947年美国第一台工业用途年美国第一台工业用途的燃气轮机就是采用该种方式参与发电循环系统的。的燃气轮机就是采用该种方式参与发电循环系统的。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术30机械工业出版社机械工业出版社（7 7） 燃气烟气联合循环燃气烟气联合循环组成：组成：由燃气轮机和烟气轮机组成的循环系统。由燃气轮机和烟气轮机组成的循环系统。工作原理：工作原理：利用燃气轮机排放烟气中的剩余压力和热力进一步推动烟气利用

27、燃气轮机排放烟气中的剩余压力和热力进一步推动烟气 轮机发电。轮机发电。特点：特点：该系统与燃气蒸汽联合循环系统比较可完全不用水，但烟气轮机该系统与燃气蒸汽联合循环系统比较可完全不用水，但烟气轮机 造价较高，还未能广泛使用。造价较高，还未能广泛使用。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术31机械工业出版社机械工业出版社（8 8） 燃气热泵联合循环燃气热泵联合循环组成：组成：由燃气轮机和烟气热泵，燃气轮机、烟气轮机和烟气热泵，或燃由燃气轮机和烟气热泵，燃气轮机、烟气轮机和烟气热泵，或燃 气轮机、余热锅炉、蒸汽热泵，以及燃气轮机、余热锅炉、蒸汽气轮机、余热锅炉、蒸汽热泵，以

28、及燃气轮机、余热锅炉、蒸汽 轮机和蒸汽（烟气）热泵组成的能源利用系统。轮机和蒸汽（烟气）热泵组成的能源利用系统。工作原理：工作原理：该系统在燃气轮机、烟气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备该系统在燃气轮机、烟气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备 完成能量利用循环后，进一步利用热泵对烟气、蒸汽、热水完成能量利用循环后，进一步利用热泵对烟气、蒸汽、热水 和冷却水中的余热进行深度回收利用，或用动力直接推动热泵。和冷却水中的余热进行深度回收利用，或用动力直接推动热泵。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术32机械工业出版社机械工业出版社应用：应用：这一工艺可用作热电联产、热电冷联产、

29、热冷联产、电冷联产、这一工艺可用作热电联产、热电冷联产、热冷联产、电冷联产、 直接供热或直接制冷利用。直接供热或直接制冷利用。特点：特点：该系统热效率极高，如果用于直接供热，热效率可达该系统热效率极高，如果用于直接供热，热效率可达150%150%，是未，是未 来能源利用的主要趋势之一。来能源利用的主要趋势之一。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术33机械工业出版社机械工业出版社（9 9） 燃料电池燃料电池燃气轮机联合循环燃气轮机联合循环组成：组成：由燃料电池和燃气涡轮机结合在一起的发电设备。由燃料电池和燃气涡轮机结合在一起的发电设备。工作原理：工作原理：电池以天然气

30、为燃料，能放出高温高压的废气流，燃气涡轮电池以天然气为燃料，能放出高温高压的废气流，燃气涡轮 机则用燃料电池产生的热废气流产生电力。机则用燃料电池产生的热废气流产生电力。 特点：特点：污染少；污染少； 只要有天然气和空气存在，燃料电池就能工作；只要有天然气和空气存在，燃料电池就能工作； 发电效率高达发电效率高达55%55%，燃煤发电效率，燃煤发电效率35%35%，燃气涡轮机发电效率，燃气涡轮机发电效率50%50%。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术34机械工业出版社机械工业出版社 根据国际实际应用经验，发展热电联产特别是小型燃气轮机热电冷联根据国际实际应用经验，发

31、展热电联产特别是小型燃气轮机热电冷联产，是合理利用天然气资源的最佳途径和最有效手段。产，是合理利用天然气资源的最佳途径和最有效手段。优势：提高能源利用效率，有效改善环境；优势：提高能源利用效率，有效改善环境； 提高天然气的储采比；提高天然气的储采比； 降低开采、输送成本；降低开采、输送成本； 实现全系统优化；实现全系统优化； 降低气价、提高用户的市场竞争能力。降低气价、提高用户的市场竞争能力。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术35机械工业出版社机械工业出版社 从我国西气东输沿线的能源设施布局看，主要是发展单机从我国西气东输沿线的能源设施布局看，主要是发展单机3 3

32、15MW15MW、全厂总装机小于全厂总装机小于30MW30MW、蒸汽供应能力、蒸汽供应能力200200吨之内的小型燃气轮机热电冷吨之内的小型燃气轮机热电冷联产项目，以现有区域、企业自备热电厂改造为主。联产项目，以现有区域、企业自备热电厂改造为主。 小型燃气轮机热电冷联产的方式极为多样，小型燃气轮机热电联小型燃气轮机热电冷联产的方式极为多样，小型燃气轮机热电联产是全世界新能源开发与利用的趋势。产是全世界新能源开发与利用的趋势。 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术36机械工业出版社机械工业出版社3. 3. 小型燃气轮机小型燃气轮机发电的特点发电的特点小型燃气轮机正在进

33、行三大技术革命：小型燃气轮机正在进行三大技术革命：第一是第一是回热利用技术回热利用技术提高发电效率；提高发电效率；第二是第二是永磁发电机与大功率晶体管可控变频技术永磁发电机与大功率晶体管可控变频技术保障并网的安全可保障并网的安全可 靠，提高自动化控制能力，降低生产成本；靠，提高自动化控制能力，降低生产成本；第三是第三是直接与余热溴化锂空调联合循环技术直接与余热溴化锂空调联合循环技术省略了锅炉、化学水系统省略了锅炉、化学水系统 等设备，大大方便了用户。等设备，大大方便了用户。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术37机械工业出版社机械工业出版社发电效率高；发电效率高；环

34、保好；环保好；运行方式灵活；运行方式灵活；耗水少：耗水少：占地少；占地少；建设周期短。建设周期短。燃气轮机联合循环发电的优点：燃气轮机联合循环发电的优点：第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术38机械工业出版社机械工业出版社我国缺电的边疆、油气田等地区，需要建设燃机电厂；我国缺电的边疆、油气田等地区，需要建设燃机电厂；50MW50MW燃煤机组的关停、为符合转改燃机电厂者提供了出路；燃煤机组的关停、为符合转改燃机电厂者提供了出路；因环保需要，将燃煤供热厂改造为燃机联合循环热电联供的热电厂；因环保需要，将燃煤供热厂改造为燃机联合循环热电联供的热电厂；解决天然气供需不平衡的

35、矛盾；解决天然气供需不平衡的矛盾；东部沿海对引进气源的需求与利用；东部沿海对引进气源的需求与利用；燃机电厂走向世界；燃机电厂走向世界；建议采用建议采用TDTD循环技术、走核电与燃气轮机联合循环相结合的发电道路。循环技术、走核电与燃气轮机联合循环相结合的发电道路。燃机电厂建设新方向：燃机电厂建设新方向： 第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术39机械工业出版社机械工业出版社7.2.3 7.2.3 微型燃气机发电机组微型燃气机发电机组 微型燃气轮机发电是把飞机发动机的燃气轮机小型化，使用天然气微型燃气轮机发电是把飞机发动机的燃气轮机小型化，使用天然气等做燃料，产生高温、高

36、压气体，推进发电机发电。等做燃料，产生高温、高压气体，推进发电机发电。 技术特征：发电容量小，一般在技术特征：发电容量小，一般在3030至至80kW80kW； 占地面积少，设备大小犹如一台电冰箱；占地面积少，设备大小犹如一台电冰箱； 可以使用各种油、气作燃料；可以使用各种油、气作燃料； 构成构成“热电并用系统热电并用系统”，从而提高能源综合利用效率；，从而提高能源综合利用效率； 废气排出少，对环境污染程度较轻；废气排出少，对环境污染程度较轻； 适合于企业、医院、学校乃至家庭等分散使用。适合于企业、医院、学校乃至家庭等分散使用。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术40

37、机械工业出版社机械工业出版社微型燃气轮机发电机涉及微型燃气轮机发电机涉及5 5种关键技术：种关键技术：液体或气体燃料；液体或气体燃料；用于发电的透平交流发电机；用于发电的透平交流发电机；产生高效热能的热交换器；产生高效热能的热交换器；将电能转换成低压电能供给不同用户的功率调节器；将电能转换成低压电能供给不同用户的功率调节器；为天然气燃料提供合适压力的燃气涡轮增压机。为天然气燃料提供合适压力的燃气涡轮增压机。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术41机械工业出版社机械工业出版社微型燃气轮机的发展现状微型燃气轮机的发展现状开发生产厂商主要集中在：北美、瑞典、英国和日本。开

38、发生产厂商主要集中在：北美、瑞典、英国和日本。具有代表性的厂家：英国的宝曼（具有代表性的厂家：英国的宝曼（BOWMANBOWMAN）公司、美国的卡普斯通）公司、美国的卡普斯通 （CAPSTONECAPSTONE）和霍尼韦尔（）和霍尼韦尔（HONEYWELLHONEYWELL）公司。）公司。已商业化的容量为已商业化的容量为2525100kW100kW，目前正在开发，目前正在开发200200400kW400kW的微型燃气轮机。的微型燃气轮机。我国的现状：我国已经具备一定的研究和生产能力，生产与制造水平有了我国的现状：我国已经具备一定的研究和生产能力，生产与制造水平有了长足的进步。长足的进步。第第7

39、章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术42机械工业出版社机械工业出版社1. 1. 微型燃气轮机的微型燃气轮机的工作原理工作原理 微型微型燃气轮机燃气轮机是一种将气体或液体燃料（如天然气、燃油）燃烧产生的是一种将气体或液体燃料（如天然气、燃油）燃烧产生的热能转化为机械能的旋转式叶轮动力机械装置热能转化为机械能的旋转式叶轮动力机械装置。 主要结构有主要结构有3部分：部分：压气机（空气压缩机）、燃烧室、透平（动力涡轮）。压气机（空气压缩机）、燃烧室、透平（动力涡轮）。微型燃气轮机的核心技术包括：微型燃气轮机的核心技术包括：利用空气轴承保持一个整体化的高速转利用空气轴承保持一个整体

40、化的高速转子在子在6 61515万万r/minr/min状态下运行，驱动小型永磁式中频发电机发电。状态下运行，驱动小型永磁式中频发电机发电。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术43机械工业出版社机械工业出版社 回热系统回热系统 在回热系统中，透平（动力涡轮机）产生的烟气温度很高，通常被排在回热系统中，透平（动力涡轮机）产生的烟气温度很高，通常被排入大气中或再加以回收利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。入大气中或再加以回收利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。 微型燃机的余热可用于船舶、汽车动力，制冷、采暖，以及生产净水。微型燃机的余热可用于船舶、汽车动力，制冷、采暖，

41、以及生产净水。通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品位的热通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品位的热能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。 为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。 第第7章章 分布式能源的利

42、用与控制技术分布式能源的利用与控制技术44机械工业出版社机械工业出版社2. 2. 微型燃气轮机发电机组的特点微型燃气轮机发电机组的特点（1 1）与往复式燃机相比，微型燃机具有以下优点：）与往复式燃机相比，微型燃机具有以下优点：结构紧凑、体积小、重量轻、是传统燃机体积的结构紧凑、体积小、重量轻、是传统燃机体积的1/41/4；使用多种燃料、排放低，尤其是使用天然气；使用多种燃料、排放低，尤其是使用天然气；可多台组合运行，加上蓄热水柜，能够灵活、可靠地对不断变化中的热、可多台组合运行，加上蓄热水柜，能够灵活、可靠地对不断变化中的热、电需求进行适时调节；电需求进行适时调节；能通过电话线和远程计算机通信

43、系统实现自动运行、无需人员值守，运能通过电话线和远程计算机通信系统实现自动运行、无需人员值守，运行费用低；行费用低；燃气不用增压，可以直接从燃气高压管网取气，也可从低压管网送气；燃气不用增压，可以直接从燃气高压管网取气，也可从低压管网送气；第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术45机械工业出版社机械工业出版社直燃机可实现热电冷联产，也可通过生产热水，与热水空调组合运行；直燃机可实现热电冷联产，也可通过生产热水，与热水空调组合运行；投资低，用户端的能量利用效率高，设备运行效费比高；投资低，用户端的能量利用效率高，设备运行效费比高；环境效益极佳，氮氧化物的排放量仅为环境效

44、益极佳，氮氧化物的排放量仅为25mg25mgL L，是燃气锅炉无法相，是燃气锅炉无法相比的；比的；无振动、寿命长、运行成本低；设计简单、备用件少、生产成本低；无振动、寿命长、运行成本低；设计简单、备用件少、生产成本低；通过调节转速，即使不是满载负荷运转，效率也非常高。通过调节转速，即使不是满载负荷运转，效率也非常高。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术46机械工业出版社机械工业出版社（2 2） 与电站相比，微型燃气轮机具有以下优势与电站相比，微型燃气轮机具有以下优势没有或很低的输配电损耗；没有或很低的输配电损耗；可避免或延缓增加输配电成本；可避免或延缓增加输配电成本

45、；利用燃机产生的热烟气可进行高效率的热电联产；利用燃机产生的热烟气可进行高效率的热电联产；适合多种热电比的变化，可使系统根据热或电的需求进行调节，从而适合多种热电比的变化，可使系统根据热或电的需求进行调节，从而增加设备利用率；增加设备利用率；第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术47机械工业出版社机械工业出版社用户可自行控制；用户可自行控制；可进行遥控和监测区域电力质量和性能；可进行遥控和监测区域电力质量和性能；分布式能源供给系统，具有灵活、安全、清洁、高效的特点；分布式能源供给系统，具有灵活、安全、清洁、高效的特点；在成本增加很小的情况下实现增加装机容量，建设周期短

46、、环保压力在成本增加很小的情况下实现增加装机容量，建设周期短、环保压力小、土建和安装成本低。小、土建和安装成本低。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术48机械工业出版社机械工业出版社（3 3）主要缺点：）主要缺点：技术相对较新，甚至不成熟；技术相对较新，甚至不成熟；发电效率偏低，目前不超过发电效率偏低，目前不超过30%30%；高度依赖信息与电子技术，必须与因特网技术同步发展，依靠网络和高度依赖信息与电子技术，必须与因特网技术同步发展，依靠网络和无线通信技术获得远程监控与技术支持。无线通信技术获得远程监控与技术支持。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利

47、用与控制技术49机械工业出版社机械工业出版社微型燃气轮机的应用范畴：微型燃气轮机的应用范畴：分布式能源供给系统；移动电站；分布式能源供给系统；移动电站；不间断供电系统；不间断供电系统；航空工业用地面电力机组；航空工业用地面电力机组；军队、学校、医院、机关、住宅等用户的备用电源；军队、学校、医院、机关、住宅等用户的备用电源；新能源新能源/ /环保项目（垃圾填埋环保项目（垃圾填埋/ /生物应用）等领域。生物应用）等领域。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术50机械工业出版社机械工业出版社7.2.4 7.2.4 微型燃气发电机组的电气系统与控制技术微型燃气发电机组的电气系

48、统与控制技术 微型燃气轮机发电机组具有灵活使用的特点，结合信息技术及物联网微型燃气轮机发电机组具有灵活使用的特点，结合信息技术及物联网技术，在未来的能源系统中将占据重要的位置。技术，在未来的能源系统中将占据重要的位置。 各类电力电子变换电源的构成都离不开有源器件（电力电子器件、微各类电力电子变换电源的构成都离不开有源器件（电力电子器件、微电子器件）和无源器件（电容、电阻、电感和变压器），无源器件中的电子器件）和无源器件（电容、电阻、电感和变压器），无源器件中的电感、变压器和电容器约占整机电源重量或体积的电感、变压器和电容器约占整机电源重量或体积的50%50%以上。以上。 发展趋势：发展趋势：

49、微型燃机发电机组的中频化（微型燃机发电机组的中频化（1000Hz1000Hz以上）、中压化（以上）、中压化（1000V1000V以上）以上） 提高发电机转子转速和输出电压的幅值；提高发电机转子转速和输出电压的幅值； 降低输出电流、导线直径和发热。降低输出电流、导线直径和发热。第第7章章 分布式能源的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术51机械工业出版社机械工业出版社1. 1. 电源变换与控制系统的构成与功能电源变换与控制系统的构成与功能100kW100kW三相三相AC/DCAC/DC主变换器（整流器）主变换器（整流器）：将三相将三相5005001200Hz1200Hz、400400900V

50、900V变化的交流电压经整流变为变化的交流电压经整流变为540V540V直流电压。直流电压。100kW 100kW 三相三相DC/AC DC/AC 主变换器（逆变器）主变换器（逆变器）：将将540V540V直流电压逆变为三相直流电压逆变为三相50Hz/400V50Hz/400V恒频、恒压的工频交流电压；恒频、恒压的工频交流电压；启动时变为启动时变为500Hz/400V500Hz/400V电源。电源。3kW 3kW 三相三相DC/AC DC/AC 变换器（逆变器）变换器（逆变器）：将将540V540V的直流电压逆变为三相的直流电压逆变为三相0 050Hz/400V50Hz/400V交流变频电源，