4 燃氣內(nèi)燃機與燃氣輪機的熱效率對比

內(nèi)燃機和燃氣輪機的余熱利用形式不同。燃氣輪發(fā)電機發(fā)電后的余熱以排煙形式排出，排煙溫度在450～550℃，而內(nèi)燃發(fā)電機余熱的一半以400～450℃的煙氣形式排出，還有一半以80～90℃的冷卻液排出。由于燃氣輪發(fā)電機的余熱品位較高，易于回收，因此其余熱回收利用效率高于內(nèi)燃發(fā)電機。

以燃氣內(nèi)燃機和燃氣輪機為例，進行變工況下的余熱利用的效率比較可知，燃氣輪機的余熱利用效率隨著負荷率的降低有上升趨勢。因此，對于冷、熱負荷變化較大的終端用戶，燃氣內(nèi)燃發(fā)電機冷、熱電聯(lián)供系統(tǒng)在部分負荷下具有更好的熱電總效率和經(jīng)濟性。

隨著負荷率的降低，內(nèi)燃發(fā)電機和燃氣輪發(fā)電機二者的發(fā)電效率均呈下降趨勢，且下降的幅度大致相同。對于余熱利用，燃氣輪內(nèi)燃發(fā)電機機的余熱利用效率明顯高于燃氣內(nèi)燃發(fā)電機機，其中燃氣輪內(nèi)燃發(fā)電機機的余熱利用效率隨著負荷率的降低而降低，而燃氣內(nèi)燃發(fā)電機的余熱利用效率隨著負荷率的降低有上升趨勢。

當(dāng)流量基本保持不變時，燃氣輪機的煙氣出口溫度隨負荷率的減小而降低；而燃氣內(nèi)燃機與燃氣輪機不同，某一負荷率下，空氣流量隨負荷率的減小而減小，煙氣出口溫度反而呈上升趨勢。因此，盡管二者在額定工況下具有大致相同的熱電總效率，燃氣內(nèi)燃機具有比燃氣輪機更好的部分負荷特性。

5 一次能源利用率的對比

常用的一次能源利用率(也稱系統(tǒng)熱效率或總能利用效率)是指系統(tǒng)輸出能量與輸入能量的比值，并將功、熱、冷等同看待，可以直接相加。因此，冷、熱電聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源利用率越高，表明系統(tǒng)的熱力性能越好。

分布式能源系統(tǒng)中很重要的技術(shù)參數(shù)之一是系統(tǒng)的熱電比σ(σ=Q/W。Q為系統(tǒng)所需的熱(冷)能，W為系統(tǒng)所需的電能)。σ分為2類：一類是需求側(cè)熱電比，即系統(tǒng)負荷特性中的負荷熱電比，另一類是供應(yīng)側(cè)熱電比，即分布式能源系統(tǒng)的熱電比。熱電比是分布式能源機組的技術(shù)經(jīng)濟指標，它反映了分布式能源系統(tǒng)的運行水平和管理效益，是重要的技術(shù)經(jīng)濟指標之一。

在供熱季節(jié)，內(nèi)燃發(fā)電機型和燃氣輪發(fā)電機型聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源利用率相差不多；在供冷季節(jié)，內(nèi)燃發(fā)電機型聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源利用率比燃氣輪發(fā)電機型聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源利用率約低19%。當(dāng)用戶負荷的平均熱電比在1.5～2.5時，燃氣輪機和燃氣內(nèi)燃機的一次能源利用率基本相同；當(dāng)用戶負荷的平均熱電比低于這一范圍時，燃氣內(nèi)燃機系統(tǒng)的節(jié)能性占優(yōu)勢；當(dāng)用戶負荷的平均熱電比高于這一范圍時，燃氣輪機系統(tǒng)的節(jié)能性占優(yōu)勢。

6 燃氣內(nèi)燃發(fā)電機與燃氣輪發(fā)電機對環(huán)境的影響對比

天然氣屬于清潔能源，SO2和煙塵的排放量都可忽略不計。但在相同的發(fā)電量下，燃氣內(nèi)燃發(fā)電機的NOx的排放濃度通常為燃氣輪發(fā)電機的5～10倍，因此燃氣輪機在環(huán)保方面具有更好的競爭力。

7 燃氣內(nèi)燃發(fā)電機與燃氣輪發(fā)電機的優(yōu)劣勢對比

7.1 燃氣內(nèi)燃發(fā)電機的優(yōu)勢與劣勢

7.1.1燃氣內(nèi)燃發(fā)電機的技術(shù)優(yōu)勢

相對于其他動力機械來說，燃氣內(nèi)燃機的主要優(yōu)勢如下：

1)規(guī)格齊全，價格低廉：在市場上，燃氣內(nèi)燃機的規(guī)格從1～5 MW以上都有銷售，對用戶來說有廣闊的選擇余地，同樣規(guī)格的燃氣內(nèi)燃機比燃氣輪機投資更低。

2)熱能輸出：內(nèi)燃機能根據(jù)用戶需要同時輸出熱水和低壓蒸汽。

3)起動快：快速起動的特性使得燃氣內(nèi)燃發(fā)電機能夠從停止狀態(tài)很快地恢復(fù)工作，在用電高峰或緊急情況下，燃氣內(nèi)燃發(fā)電機能夠很快地根據(jù)需求來供電。

4)起動耗能小：在突然停電的情況下，起動燃氣內(nèi)燃發(fā)電機只需要很少的輔助電力，通常只要蓄電池就足夠了。

5)部分負荷運行性能好：因為燃氣內(nèi)燃發(fā)電機在部分負荷下運行仍能維持較高的效率，這就保證了燃氣內(nèi)燃發(fā)電機在用戶不同的用電負荷情況下都能有較好的經(jīng)濟性。當(dāng)燃氣內(nèi)燃發(fā)電機在50%負荷下運行時，其效率只比滿負荷運行時低8%～10%，而燃氣輪發(fā)電機在部分負荷下運行時，效率通常要比滿負荷運行時低15%～25%。

6)可靠性和安全性：實踐證明，只要給予適當(dāng)?shù)木S護，燃氣內(nèi)燃發(fā)電機的運行可靠性是相當(dāng)高的。

7)環(huán)保性：與汽油、柴油內(nèi)燃機不同，燃氣內(nèi)燃機排放的NOx相當(dāng)?shù)?，環(huán)保性能優(yōu)良。

7.1.2燃氣內(nèi)燃機的技術(shù)劣勢

燃氣內(nèi)燃機的不足之處是：體積大，重量大；運行費用較高；噪聲大，通常超過100 dB；余熱回收復(fù)雜，需要對煙氣、發(fā)動機冷卻液、中冷器三段熱量進行回收；供熱量小。

7.2 燃氣輪機發(fā)電的優(yōu)勢與劣勢

7.2.1燃氣輪發(fā)電機的技術(shù)優(yōu)勢

燃氣輪發(fā)電機的主要優(yōu)點有：功率大、體積小、投資小、運行成本低和壽命周期較長。由于回轉(zhuǎn)運動部件和機械性往復(fù)部件少，機械摩擦部件少、振動小，與低頻、振動多的往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機相比，節(jié)省潤滑油，噪聲比較容易處理；此外，可以使用煤油、重油等劣質(zhì)燃料，適用性強。

7.2.2燃氣輪發(fā)電機的技術(shù)劣勢

燃氣輪發(fā)電機的不足之處在于，其渦輪機內(nèi)有高溫燃氣，需用耐高溫材料制造渦輪葉片，生產(chǎn)成本略高；由于受到目前材料和冷卻技術(shù)的限制，不能選用過高的燃氣溫度，因此，單機熱效率不如燃氣內(nèi)燃發(fā)電機，經(jīng)濟性較差；燃氣溫度高，對材料有腐蝕作用，影響渦輪機的使用壽命。

8 基于分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備選用原則

在分布式能源系統(tǒng)設(shè)計過程中，發(fā)電設(shè)備的選型是系統(tǒng)設(shè)備選型的關(guān)鍵。發(fā)電設(shè)備種類和容量的選擇是否與用戶的負荷特性相匹配，將會對系統(tǒng)形式的配置、系統(tǒng)運行模式和運行策略帶來完全不同的設(shè)計，進而影響系統(tǒng)的能源評價指標、經(jīng)濟評價指標和環(huán)境評價指標。

發(fā)電設(shè)備選型一般遵循安全可靠性、能源利用高效性、優(yōu)良的項目經(jīng)濟性等原則。同時，選型應(yīng)根據(jù)用戶熱電負荷狀況及外部條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。其中，用戶熱電負荷是指冷、熱負荷性質(zhì)，熱電負荷比例等；外部條件是指燃氣供應(yīng)條件、場地條件、環(huán)保要求、資金情況等。

發(fā)電設(shè)備的類型對于天然氣分布式能源系統(tǒng)而言，主要有柴油機、燃料電池、燃氣內(nèi)燃機和燃氣輪機等幾類，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)對比如表1所示。

表1 不同發(fā)電設(shè)備用于分布式發(fā)電的參數(shù)對比

發(fā)電設(shè)備種類的選擇通常根據(jù)需求側(cè)熱電比和供應(yīng)側(cè)熱電比的對應(yīng)情況來進行選擇。通常，根據(jù)系統(tǒng)負荷特性進行分析，當(dāng)其為高需求側(cè)熱電比時，則宜選用燃氣輪機。當(dāng)其為低需求側(cè)熱電比時，則宜選用柴油機、燃氣內(nèi)燃機或燃料電池。一般情況下，燃氣輪發(fā)電機的發(fā)電效率相對其他種類的發(fā)電設(shè)備更低，但其余熱回收量通常較多，即柴油發(fā)電機與燃氣內(nèi)燃發(fā)電機多屬于設(shè)備熱電比較高的發(fā)電設(shè)備。

燃氣內(nèi)燃發(fā)電機相對于燃氣輪發(fā)電機而言，發(fā)電效率更高，但其余熱回收量通常就要少一些，則其系統(tǒng)熱電比就會比燃氣輪發(fā)電機更??；燃料電池發(fā)電機盡管在實際的分布式能源系統(tǒng)中應(yīng)用不常見，但其屬于發(fā)電效率高、余熱回收量相對小的發(fā)電設(shè)備，仍有著獨到的技術(shù)優(yōu)勢。

(待續(xù))

伍賽特(編輯部特約撰稿人)