第7章分布式能源的利用与控制技术

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 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

2、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分布式能源也叫分布式资源（分布式能源也叫分布式资源（DER，Distributed Energy Resources），是一种能源的分布式应用系统，实现用户），是一种能源的分布式应用系统，实现用户端的能源综合利用，相对于传统的集中供电方式而言，是端的能源综合利用，相对于传统的集中供电方式而言，是指将冷指将冷-热热-电系统以小规模、小容量（数千瓦至电系统以小规模、小容量（数千瓦至50MW）、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独）、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出冷

3、（立地输出冷（Cooling）、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5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、燃料电分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷池和燃气冷-热热-电三联供等多种形式，其主要技术有电三联供等多种形式，其主要技术有电能有效利用（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 Communicat

4、ions Technology）、）、智能模块（智能模块（Smart Box）、）、主动网络管理主动网络管理 （ANM，Active 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6机械工业出版社 分布式能源的主

5、要应用有：分布式能源的主要应用有：燃气燃气-蒸汽联合循环发电、蒸汽联合循环发电、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7机械工业出版社7.1.1 分布式能源的特征分布式能源的特征分布式能源由一次能源和二次能源组成，一次能源以气体燃分布式能源由一次能源和二次能源组成，一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以

6、分布在用户端的热、电、冷、（植）联产为主，次能源以分布在用户端的热、电、冷、（植）联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充。补充。在环境保护上，分布式能源将部分污染分散化、资源化，实现适度排放在环境保护上，分布式能源将部分污染分散化、资源化，实现适度排放的目标。的目标。在管理体系上，分布式能源采用智能信息化技术，通过社会化服务体系在管理体系上，分布式能源采用智能信息化技术，通过社会化服务体系提供设计、安装、运行、维修一体化

7、保障，各系统在低压电网和冷、提供设计、安装、运行、维修一体化保障，各系统在低压电网和冷、热水管道上进行就近支援，互保能源供应的可靠。热水管道上进行就近支援，互保能源供应的可靠。分布式能源实现多系统优化，将电力、热力、制冷与蓄能技术结合，实分布式能源实现多系统优化，将电力、热力、制冷与蓄能技术结合，实现多系统能源容错，将每一系统的冗余限制在最低状态，以期最大限现多系统能源容错，将每一系统的冗余限制在最低状态，以期最大限度地提高能源利用效率。度地提高能源利用效率。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8机械工业出版社分布式能源的主要特征有：分布式能源的主要特征有：1. 分

8、布式能源分布安置于需求侧的能源梯级利用，是一种以可再生能源分布式能源分布安置于需求侧的能源梯级利用，是一种以可再生能源为主体的资源综合利用系统。通过在需求现场根据用户对能源的不同需为主体的资源综合利用系统。通过在需求现场根据用户对能源的不同需求，实现温度对口供应能源，将输送环节的损耗降至最低，实现能源利求，实现温度对口供应能源，将输送环节的损耗降至最低，实现能源利用效率的最大化。用效率的最大化。2. 分布式能源是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，根据分布式能源是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，根据终端能源利用效率最优化确定规模。终端能源利用效率最优化确定规模。3. 分布式

9、能源是一种采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，分布式能源是一种采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，将用户多种能源需求以及资源配置状况进行系统整合优化。将用户多种能源需求以及资源配置状况进行系统整合优化。4. 分布式能源采用先进的能源转换技术，减少污染物的排放，并使排放分布式能源采用先进的能源转换技术，减少污染物的排放，并使排放分散化，便于周边植被的吸收。同时，分布式能源利用其排放量小，排分散化，便于周边植被的吸收。同时，分布式能源利用其排放量小，排放密度低的优势，可以将主要排放物实现资源化再利用。放密度低的优势，可以将主要排放物实现资源化再利用。第第7章章 分布式能源的利用

10、与控制技术分布式能源的利用与控制技术9机械工业出版社分布式能源的主要特征有：分布式能源的主要特征有：5. 分布式能源依赖于最先进的信息技术和物联网技术，采用智能化监控、分布式能源依赖于最先进的信息技术和物联网技术，采用智能化监控、网络化群控和远程遥控技术，实现智能网络化群控和远程遥控技术，实现智能“微电网微电网”。6. 分布式能源依赖于以能源服务公司为主体的能源社会化服务体系，实分布式能源依赖于以能源服务公司为主体的能源社会化服务体系，实现运行管理的专业化以保障各能源系统的安全可靠运行。现运行管理的专业化以保障各能源系统的安全可靠运行。7. 分布式能源技术具有能源利用效率高，环境负面影响小，提

11、高能源供分布式能源技术具有能源利用效率高，环境负面影响小，提高能源供应可靠性和经济效益好的特点，是未来世界能源技术的重要发展方向。应可靠性和经济效益好的特点，是未来世界能源技术的重要发展方向。 8. 分布式能源技术可以实现并网发电，但由于其分散性及自身的内阻比分布式能源技术可以实现并网发电，但由于其分散性及自身的内阻比较大，容易引起较大，容易引起“孤岛孤岛”保护现象，必需采用可靠有效的保护现象，必需采用可靠有效的“反孤岛反孤岛”保保护技术。护技术。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10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.

12、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微型水轮机和微型抽水蓄能电站能电站（6） 太阳能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11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

13、）将分布式能源与交通系统）将分布式能源与交通系统整合优化整合优化（3）分布式能源系统电网接入）分布式能源系统电网接入研究研究（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技术分布式能源的利用与控制技术12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）将分布式能源与大棚结合的技术的技术（3）利用发电制冷的冷却水生）利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术产生活热水的技术（4）空调系统废热回收技术）空调系统废热回收技术（5）污

14、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13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14

15、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可燃性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。气体。组成天然气的成分如组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以等同系物以及及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形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，一般把甲烷分子含量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

16、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机械工业出版社天然气水合物样品天然气水合物样品纯净的天然气水合物纯净的天然气水合物第第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16机械工业出版社夹杂着白色颗粒状夹杂着白色颗粒状“可燃冰可燃冰”的海底沉积物的海底沉积物海洋天然气水合物的形成机理海洋天然气水合物的形成机理 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： （1 1）占据大的岩石粒间孔隙；）占据大的岩石粒间孔

17、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18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；

18、）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

19、19机械工业出版社分子结构分子结构天然气水合物的结构天然气水合物的结构: :结构结构 I I 型型 : :立方晶体结构，仅能容纳甲烷立方晶体结构，仅能容纳甲烷（C1C1）、乙烷这两种小分子的烃以及）、乙烷这两种小分子的烃以及N2N2、CO2CO2、H2SH2S等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成的形式是构成CH4CH45.75H2O5.75H2O的几何格架的几何格架 结构结构 II II 型型 : :菱形晶体结构菱形晶体结构 , ,除包容除包容C1C1、C2C2等小分子外，较大的等小分子外，较大的“笼子笼子”（水合物晶体（水合物晶体中水分子间的空

20、穴）还可容纳丙烷（中水分子间的空穴）还可容纳丙烷（C3C3）及）及异丁烷（异丁烷（i iC4C4）等烃类）等烃类 结构结构H H型型 : :六方晶体结构，较大的六方晶体结构，较大的“笼子笼子”甚甚至可以容纳直径超过异丁烷（至可以容纳直径超过异丁烷（i iC4C4）的分子）的分子第第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机械工业出版社样品样品C C1 1C C2 2C C3 3i iC C4 4n nC C4 4i iC C5 5n nC C5 5水合物水合物(H)(H)21.221.29.59.57.57.52.52.517.517.541.141.10.80.8排放

21、气体排放气体88.088.08.08.02.12.10.30.31.21.20.40.40.10.1排放气体排放气体88.088.07.57.52.22.20.50.51.11.10.60.60.10.1水合物水合物(I)(I)71.871.83.43.418.818.85.75.70.30.3NDNDNDND水合物水合物(II)(II)73.973.94.94.916.316.34.64.60.20.2NDNDNDND墨西哥巴什山三种气水合物伴生气体墨西哥巴什山三种气水合物伴生气体 NDND：未检测到：未检测到第第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

22、2. 2. 天然气的综合利用天然气的综合利用20102010年世界各地发电用气占世界天然气消费比例预测年世界各地发电用气占世界天然气消费比例预测 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机械工业出版社我国的能源消耗及能源结构我国的能源消耗及能源结构199820102020199820102020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机械工业出版社我国天然气的使用结构我国天然气的使用结构(2000年年)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

23、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25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

24、27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28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29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30机械工业出版社我国天然气的利用前景我国天然气的利用前景西气东输西气东输第第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机械工业出版社广东广东LNGLNG项目项目第第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7.2.2 7.

25、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33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。轻型燃气轮机为航空发动机的转型产品，如轻型燃气轮机为航空发动机的转型产品，如LM6000PCLM6000PC和和FT8

26、FT8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。重型燃气轮机为工业型燃机，如重型燃气轮机为工业型燃机，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34机械工

27、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35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

28、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%。我国我国QD70QD70轻型燃气轮机轻型燃气轮机 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36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：由燃气轮机、发电机与余热锅炉共同组成的循环系统。组成：由燃气轮机、发电机与余热锅炉共同组

29、成的循环系统。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，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：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 力和效率。力和效率。 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 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

30、用与控制技术37机械工业出版社前置循环热电联产工艺示意图前置循环热电联产工艺示意图 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（3 3） 联合循环发电或热电联产联合循环发电或热电联产组成：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 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：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 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

31、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：主要用于发电和热电联产。应用：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 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39机械工业出版社（4 4）整体化循环）整体化循环组成：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 环系统，也称为环系统，也称为IGCCIGCC。

32、 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、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、 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，降低污染物排放。 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 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4

33、0机械工业出版社（5 5） 核燃联合循环核燃联合循环组成：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 环系统。环系统。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。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。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 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41机械工业出版社（6 6） 燃机辅助循环燃

34、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42机械工业出版社（7 7） 燃气烟气联合循环燃气烟气联

35、合循环组成：由燃气轮机和烟气轮机组成的循环系统。组成：由燃气轮机和烟气轮机组成的循环系统。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 轮机发电。轮机发电。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 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43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：由燃气轮机和烟气热泵，燃气轮机、烟气轮机和烟气热泵，或

36、燃组成：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 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：该系统在燃气轮机、烟气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备工作原理：该系统在燃气轮机、烟气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备 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

37、 泵。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44机械工业出版社应用：这一工艺可用作热电联产、热电冷联产、热冷联产、电冷联产、应用：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：该系统热效率极高，如果用于直接供热，热效率可达特点：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45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：

38、由燃料电池和燃气涡轮机结合在一起的发电设备。组成：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：电池以天然气为燃料，能放出高温高压的废气流，燃气涡轮工作原理：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：污染少；特点：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

39、控制技术46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47机械工业出版社 从我国西

40、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 315MW15MW、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48机械

41、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：第一是回热利用技术第一是回热利用技术提高发电效率；提高发电效率；第二是永磁发电机与大功率晶体管可控变频技术第二是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；第三是直接与余热溴化锂空调联合循环技术第三是直接与余热溴化锂空调联合循环技术省略了锅炉、化学水系省略了锅炉、化学水系统等设备，大大方便了用户。统等设备，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

42、式能源的利用与控制技术49机械工业出版社发电效率高；发电效率高；环保好；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50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

43、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51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

44、型化，使用天然气等做燃料，产生高温、高压气体，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

45、控制技术分布式能源的利用与控制技术52机械工业出版社美国的卡普斯顿美国的卡普斯顿(CAPSTONE)(CAPSTONE)公司已经制造出公司已经制造出65kW65kW级微型燃气轮机级微型燃气轮机发电装置，发电效率达到发电装置，发电效率达到26% 26% ，年产量，年产量1 1万台。万台。卡普斯顿燃气轮机卡普斯顿燃气轮机第第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53机械工业出版社英国宝曼（英国宝曼（BOWMANBOWMAN）公司生产的）公司生产的80KW80KW的燃气轮机的燃气轮机BPSBPS微型燃机的主要性能微型燃机的主要性能 单级径向压缩机单级径向压缩机 低排放环型燃烧器

46、低排放环型燃烧器 单级径向透平单级径向透平 压比压比4 4：1 1 双润滑油系统轴承双润滑油系统轴承第第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54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

47、术分布式能源的利用与控制技术55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

48、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56机械工业出版社国产国产QD70QD70燃气轮机燃气轮机主要技术指标：主要技术指标：输出功率：输出功率：7060KW/7060KW/最大最大8000KW8000KW，热效率热效率3131，空气流量，空气流量29Kg/s29Kg/s，动力涡轮转速：动力涡轮转速：8300r/min8300r/min。 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57机械工业出版社1. 1. 微型燃

49、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是一种将气体或液体燃料（如天然气、燃油）燃烧产生的热燃气轮机是一种将气体或液体燃料（如天然气、燃油）燃烧产生的热能转化为机械能的旋转式叶轮动力机械装置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：压气机（空气压缩机）、燃烧室、透平（动力涡轮）。部分：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：利用空气轴承保持一个整体化的高速转子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子在在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

50、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58机械工业出版社微燃机及其涡轮发电机结构微燃机及其涡轮发电机结构 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59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

51、暖，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

52、的利用与控制技术分布式能源的利用与控制技术60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；热、电需求进行适时调节；能通过电话线和远程计算机通信系统实现自

53、动运行、无需人员值守，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；运行费用低；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61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益极佳，氮氧化物的排放量

54、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62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；利用燃机产生的热烟气可进行高效率的热

55、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63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、环保压力在成本增加很小的情况下实现增加装机容量，建

56、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64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用与控制技术65机械工业出版社微型燃气轮机的应用范畴：微型燃气轮机

57、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66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技术，微型燃气轮机发电

58、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。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、微电子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： 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）

59、、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67机械工业出版社微型燃机控制与电力变换系统总体结构微型燃机控制与电力变换系统总体结构 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68机械工业出版社在开机启动阶段工作原理图在开机启动阶段工作原理图启动启动电动状态电动状态向逆变器提供向逆变器提供直流电直流电第第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69机械工业出版

60、社工作阶段流程图工作阶段流程图第第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70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、400400900V900V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/400V