燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析

第３４卷第６期

２０１４牟６月

煤气与热力

ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ

Ｖ０１．３４Ｎｏ．６Ｊｕｎ．２０１４

燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析

沈建锋，

张

岗，

杨世杰，

刘

伟，陈耀耀

（江苏中核华纬工程设计研究有限公司，江苏南京２１００１９）

摘

要：

介绍燃气分布式能源系统配置。对燃气轮机、燃气内燃机发电机组性能（・ｔ＃－青ｇ参

分布式能源系统；

数、变工况特性、余热特性、燃气进气压力）、经济性等进行比较。

关键词：

燃气轮机发电机组；燃气内燃机发电机组；经济性

中图分类号：ＴＭ６１１

文献标志码：Ｂ文章编号：１０００—４４１６（２０１４）０６—０Ａ２１—０４

应用的主要是发电功率范围为２５—２０

型、小型燃气轮机组。

０００

ｋＷ的微

内燃机组是将液体或气体燃料与空气混合后，

ｌ

直接输入气缸内部燃烧并产生动力的设备，是一种将热能转化为机械能的热机，具有体积小、热效率高、启动性能好等优点，发电功率范围为５～１８

见表ｌ［１２｜。

表１

美国不同规模分布系统的发电机组发电功率Ⅲ３

燃气轮机组数量

／座

Ｏ～１

ｌ～５５～ｌＯ

式一院

节磊

作者简介：沈建锋（１９８３一

利

０００

ｋＷ。美国不同规模分布系统的发电机组发电功率

发电功率

范围／ＭＷ

内燃机组数量

／座

６６２８３１６

７

平均发电功，／ＭＷ

Ｏ．７７２．８１

平均发电功率／ＭＷ

０，１４２．１９５．９９

１２．３７

），男．浙江绍兴人，工程

师，博士，主要从事节能环保相关技术的研究与设计工作。

２０４２１６

１ｌ

１概述

燃气分布式能源系统（以下简称分布系统）是指布置在用户附近，以天然气为主要一次能源，采用

６．０９１２．６７

１０～１５

发电机组发电，并利用发电余热进行供冷、供热的能源系统¨一１‘。主要设备包括发电机组、余热利用装置等，作为动力设备的发电机组是分布系统的关键。

分布系统通常采用的发电机组为燃气轮机发电

机组（以下简称燃气轮机组）、燃气内燃机发电机组（以下简称内燃机组）。燃气轮机组是以连续流动

由表１可知，对于发电功率小于ｌＭＷ的分布

系统，内燃机组比例较大，这是由于发电功率在１ＭＷ以下时，燃气轮机组的发电效率较低，经济性较差，因此多选用内燃机组。对于发电功率范围为１

～５

ＭＷ的分布系统，燃气轮机组的数量约为内燃

机组的５０％。对于发电功率大于５ＭＷ的分布系

统，燃气轮机组比例超过内燃机组，这是由于当发电功率较高时，燃气轮机组的发电效率较高，若进一步

气体为工质，将热能转化为机械能的旋转式动力设备，包括压气机、燃烧室、透平、辅助设备等，具有结

构紧凑、操作简便、稳定性好等优点。在分布系统中

采用燃气轮机组一蒸汽联合循环，分布系统的发电

收稿日期：２０１３—０３—２２；修回日期：２０１３—１１—１４

・Ａ２１・

万方数据

第３４卷第６期

煤气与热力

效率、调节灵活性、经济效益都将进一步提高¨２｜。

动力设备对分布系统的性能起着至关重要的作用，其排放的余热被下游的余热利用设备回收利用，成为分布系统的驱动源头。一般情况下，当负荷主要为冷热负荷时，余热利用设备宜采用吸收式冷热水机组；当负荷主要为蒸汽或热水负荷时，余热利用设备宜采用余热锅炉及换热设备。

２分布系统配置

分布系统一般包括动力设备（主要为发电机组）、余热利用设备（主要为带补燃的余热锅炉、换热设备、带补燃的吸收式冷热水机组等）、供配电设备（主要为电控设备等）、燃气供应设备、监控装置等，常规配置见图１。在实际设计中，应根据发电机组特性、用户需求（热电比、冷热负荷特性）等多方面因素合理配置分布系统，以实现能源的高效经济

利用。

热需求

热需求冷需求冷需求

３发电机组性能比较

①性能参数

燃气轮机组与内燃机组热电输出特性将影响分布系统的性能，两种品牌不同型号小型燃气轮机组

与内燃机组的性能参数分别见表２、３。由表２、３可知，小型燃气轮机组适用于较大规模的分布系统，内

ｌ系统自用

锅炉及换热设备｜１丌式冷热水机组ｌＩ制器机组｝Ｉ电设备

带补燃的余热Ｉ—．Ｉ带补燃的吸收Ｉ｜电驱动ｌ

燃机组适用于较小规模的分布系统。相近发电功率

下，内燃机组的发电效率比小型燃气轮机组高，但前

陬钢皇垄！．．陌未磊陆芈卜奉Ｌ半

ｌ机组ｌ

图１

者的排烟温度较低。此外，与内燃机组相比，燃气轮机组性能受海拔和环境温度影响较大ｕ３。１４Ｊ，但在确

定厂址的前提下，负荷变化对两种发电机组性能的影响较为突出。

燃料Ｉ

Ｌ＿一公共电网

分布系统常规配置

表２

型号发电功率／ｋｗ天然气耗量／（ｍ３・ｈ。）

Ｓａｔｕｒｎ２０１１８１５０３２４．０５１２

索拉小型燃气轮机组性能参数

Ｍｅｒｃｕｒｖ５０４０７２

１

Ｃｅｎｔａｕｒ４０３４１８

１

Ｔａｕｒｕｓ６０５０６９

１

Ｔａｕｒｕｓ７０６７２８

２

Ｍａｒｓ１００１０４３９３３４４３２．０４９１

Ｔｉｔａｎ１３０

１２

５３３

２８０４６６７４３１５８３９６１３２．４４８２

发电效影％

排烟温度／℃

２７．３４４３

３９．１３５１

２９．８４９６

３１．９４８２

表３卡特比勒内燃机组・陛能参数

型号发电功率／ｋｗ天然气耗量／（ｍ３・ｈ。）

发电效率／％排烟温度／℃缸套水热流量／ｉ【Ｗ

Ｇ３３０６删

１１０４１．６２７．３

５４０

Ｇ３４０６ＴＡ

１９０５９．４３３．０４１５１７０

Ｇ３４０６ＬＥ

３５０１０７．７３３．５４５０３７５

Ｇ３４１２ＴＡ

５１９１４４．６３７．０４５３２６０

Ｇ３５０８ＬＥ１０２５３０９．９３４．１４４５８１６

Ｇ３６１２ＳＩＴＡ２４００６８５．９３６．１４５０６１６

Ｇ３６１６ＳＩＴＡ

３３８５９５７．０３６．５４４６８２９

１６５

②变工况特性率的降低而降低，后者的热效率随着负荷率的降低有上升趋势。由以上分析可知，尽管两种发电机组在额定工况下具有大致相同的热电总效率（热效率

与发电效率之和），但内燃机组的变工况特性更优。

③余热特性

ａ．燃气轮机组

在分布系统中，发电机组常运行在部分负荷状态下，其变工况特性对分布系统综合性能影响较大。

以发电功率均为３ＭＷ的燃气轮机组、内燃机组为

例，热效率、发电效率随负荷率的变化见图２¨２｜。由图２可知，随着负荷率的降低，两种发电机组的发电效率均呈现下降趋势，但内燃机组的发电效率比燃气轮机组高１０％（绝对值）左右。燃气轮机组的

热效率明显高于内燃机组，前者的热效率随着负荷

微型燃气轮机组的烟气温度较低，集中在３００℃左右，主要用于制冷、供暖、制备生活热水，少数情

况用于生产低压蒸汽。小型燃气轮机组的烟气温度

・Ａ２２・

万方数据

銎兰。，型、型燃气轮机组进气压力比较大，一般菇篙

压或次高压，因此需要增设燃气压缩机，而燃气压缩

曹竺序挚：宴燃机组，微型燃气轮机组，小型赢；荔

…。二警情况下，发电机组燃气进气压力由低到高

ｌ３］

张云飞・杭州市推广天然气热电冷联供系统的可行性ｌＪ

Ｊ・煤气与热力，２００７，２７（２）：６７—６９．

ｏ

４

３要篓善，翼刚，马一太，等．楼宇式天然气热电冷联供

ｏ竺篓虎，耿克成，付林，等．我国发展燃气热电冷联产

，

ｌ—ｌ。。ｌＩｌｌ大ｌｌｌｌ，影响到小型燃气轮撕的萎

…～ｊ三髦二翟’的输出功率。内燃机组与微型燃气轮机

组燃气进气压力较低，通常为低压或中压。

ｏ

５

擘箩出功率，一些项目甚至需要消耗小型燃≤荔磊

¨ｏ

，

系统的探讨［Ｊ］．煤气与热力，２００６，２６（６）：５３一妄！

善丽，张泠，顾登峰．建筑冷热电联产系统与可持续

发展及障碍［Ｊ］．煤气与热力，２００４，２４（６）：３５０二

‘７

３紊霎霉，李艳红，胡国新，等．我国天然气热电联产的

３

譬伊寿命、大修问隔时问基本相同，内燃机组的莘莅

：？篓篓琏仃兰任护费用略高于燃气轮机组，但单位

。．～皇尊，相同发电功率的燃气轮机组、内燃机组的

ｏ

８

气与热力，２００５，２５（５）：６７～７３．

‘９

蝥２、蛰ｊ张国强・建筑冷热电联产系统综述［Ｊ］．煤

。

誊粤孕率造价约为燃气轮机组的５０％。此外ｉ『，／嘉，４；ｊ

万方数据

３竺霉仪，冯继蓓，梁永建．楼宇式天然气热电冷联供

技术及应用［Ｊ］．煤气与热力，２００３，２３（６）：３３７：‘

具体的分布系统，经济性还与全年锈荷漓动当啪能

・Ａ２３・

第３４卷第６期

ｍ］Ｊ

煤气与热力

Ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｎ

ｖＣＯＮＷ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｎ

王丽，魏敦崧．天然气分布式能源系统的应用［Ｊ］．煤气与热力，２００６，２６（１）：４６—４８．

ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄＥｃｏｎｏｍｙ

ｏｆＧａｓＴｕｒｂｉｎｅａｎｄＧａｓＥｎｇｉｎｅ

ＧｅｎｅｒａｔｏｒＵｎｉｔｓ

ＳＨＥＮＪｉａｎｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＧａｎｇ，ＹＡＮＧ

ＬＩＵＷｅｉ，ＣＨＥＮＹａｏｙａｏ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｇａｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ

ｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍ

ｉｓ

¨１Ｊ胡小坚，王忠平，张雪梅，等．分布式天然气ＣＣＨＰ系统应用研究现状与前景［Ｊ］．煤气与热力，２０１１，３１

（４）：Ａ０４一Ａ０９．

Ｓｈｉｊｉｅ，

抡１ｊ左政，华贲．燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的比较［Ｊ］．煤气与热力，２００５，２５（１）：３９—４２．

Ｂ１ｊ

左远志，杨晓西，丁静．微型燃气轮机的生产厂商与性能影响因素［Ｊ］．煤气与热力，２００７，２７（３）：７６—

７９．

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｇａｓ

ｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅ—ｔｅｒｓ，ｖａｒｉａｂｌｅ

ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｗａｓｔｅ

ａｓ

ｈｅａｔ

ｅ—

Ｍ１Ｊ

刘蜀清．内燃机和燃气轮机在发电领域的比较［Ｊ］．内燃机，２００２（４）：２４—２５．

张丹，高顶云，郭甲生，等．分布式能源系统燃气发电机组特性及选型原则［Ｊ］．煤气与热力，２０１３，３３

（１０）：Ａ２０一Ａ２３．

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｇａｓｉｎｌｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅ

ｃｏｎｏｍｙ

ａｒｅ

ｗｅｌｌ

ａｓ

ｔｈｅ

ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｇａｓｅｎｇｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔ．

ｔｕｒ－

坫１ｊ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍ；ｇａｓ

ｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔ；ｇａｓｅｎｇｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔ；ｅｃｏｎｏ—

ｍｙ

・信息・

重庆设国内首只页岩气专业创业投资基金

重庆发展页岩气及相关产业，有了专门的金融工具支持。２０１４年４月３日，从两江新区管委会获悉，由重庆两江金融发展有限公司联合多家国有企业共同发起的重庆联顺页岩气创业投资基金，已完成首期募集，资金募集规模达２．５×１０８元。据介绍，重庆联顺页岩气创业投资基金（以下简称联顺创投基金）是经国家发改委备案的全国首只专注于页岩气领域高科技创新投资的专业基金，并得到国家发改委、财政部新兴产业创投计划５

×１０４元专项资金支持。

０００

划的页岩气产业装备主承接平台，两江新区已将页岩气产业列为其主要发展的战略性新兴产业，并重点围绕页岩气勘采关键设备制造及相关服务进行

布局，规划了占地２．５ｋｍ２的页岩气临港重型装备产业园启动区，拟推动页岩气产业核心环节集群集

聚，力争打造国家级页岩气产业基地。

联顺创投基金的设立，将进一步培育和促进页岩气勘探开发和装备制造产业的发展，也有利于加快新区引进和培育页岩气装备制造和服务创新企业，打造两江新区页岩气装备产业链。

据了解，联顺创投基金将重点投资在页岩气产业相关的研发、销售、技术、设备、服务等公司及其他能源与资源类相关公司。目前，基金投资团队、投资决策委员会及顾问委员会成员均已到位，其中包括多名矿业领域资深专家，以及在国际国内一线投资机构有多年从业经历的专业人士。

（摘编自中国石油新闻中心网站

ｈｔｔｐ：／／ｎｅｗｓ．ｃｎｐｃ．ＣＯＢ．ｃｎ／ｓｙｓｔｅｍ／

重庆两江金融发展有限公司、国投高科技投资有限公司、重庆市地质矿产研究院、重庆路桥股份有限公司、广微科技集团有限公司为该基金的共同发起单位。其中，国投高科技投资有限公司、重庆市地质矿产研究院分别代表国家、地方，实现财政配套资金输入。重庆两江新区联顺投资管理有限公司作为普通合伙人和基金管理公司，负责基金的

日常运营和管理。

两江新区管委会有关负责人称，作为重庆市规

２０１４／０４／０９／００１４８１３２７．ｓｈｔｍｌ）

・Ａ２４・

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