微型燃气轮机(Microturbine或Micro一turbines)是一类新近发展起来的小型热力发动机,其单机功率范围为25~300kW,基本技术特征是采用径流式叶轮机械(向心式透平和离心式压气机)以及回热循环。据认为,微型燃气轮机发电技术有可能掀起“电源小型分散化”的技术革新热潮,从而成为21世纪能源技术的主流。特征:先进微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振动、低维修率、可遥控和诊断等一系列先进技术特征,除了分布式发电外,还可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电等,是提供清洁、可靠、高质量、多用途、小型分布式发电及热电联供的较佳方式,无论对中心城市还是远郊农村甚至边远地区均能适用。此外,微型燃气轮机在民用交通运输(混合动力汽车)以及军车以及陆海边防方面均具有优势,受到美、俄等大国的关注,因此,从安全看发展微型燃气轮机也是非常重要的。目前成功的应用案例很多,如医院、大棚、垃圾填埋场、先进小区、石油输送站等。微燃机的高效热能转换提高了能源利用率。上海燃气轮机燃烧器
我国开展微型燃气轮机的研发和研制已具备较好工作基础和条件。首先,已有了相对较好的技术储备和研究积累;其次,微型燃气轮机部件少,尺寸小,耗材少,试验台建设等研发费用投入相对较低,而且研发周期短(相对大型燃气轮机而言)。第三,微型燃气轮机的研发队伍规模相对较小,人员相对集中,便于进行组织集中攻关。鉴于微型燃气轮机未来在我国电力,动力系统以及方面的重要作用,以及我国已具备较好的研发基础和条件,并且可为大型燃气轮机研发提供技术储备和宝贵经验,通过一台典型机组的研发,解决微型燃气轮机的小型化关键技术,多燃料低污染燃烧关键技术,高效紧凑换热器关键技术,工作可靠性和长寿命关键技术以及高温材料(包括陶瓷部件)。上海小型燃气轮机发电机高性能的微燃机为工业生产提供了强大动力。
现在我国航空航天工业机构已设计出30kW微型燃气轮机样机,一旦国内达到大批量生产水平,将有效推动微型燃气轮机在我国的应用。近年来,我国虽然只是在微型燃气轮机发电机组方面进行了大量的研究工作,推动了微型燃气轮机发电领域的快速发展,对超微轮机也进行了初步探讨,并掌握了一定的技术。从世界范围看,微型燃气轮机已普遍应用于工农业生产及人们的工作、学习和日常生活中,是一种能确保清洁、安全和高效的低功耗分布式发电和热电联供的较佳有效途径。同时,微型燃气轮机还用于并网发电、高峰负荷发电、备用发电、热电联产等,且不受时间、地点和环境的约束。
微燃机发电系统的工作过程:电机起动,微燃机旋转起来,气流从进气道吸入,再通过压气机压缩后,形成高压气体,进入到燃烧室里,这个时候再往燃烧室里注入燃料,经点火器点燃,形成高温高压的燃气,随后进入到涡轮中,带动涡轮旋转,进而开始做功,当涡轮做的功足够带动压气机自旋转后,电机就可以反过来发电了。燃气轮机有名度较高的类型是“喷气式发动机”(涡轮风扇发动机),这种机器的结构包括进气道、压气机、燃烧室与尾喷管(集成与一体)。其运行原理实际很简单,正面巨大的进气口正压进气的效果会非常理想,将大量的空气压缩后实现「一定富氧」的标准,与航空燃油混合燃烧后会产生极高的温度与动能,利用喷射气流实现反推(相互作用力)推动飞机起飞。微燃机的灵活安装方式适应了不同的应用场景。
20世纪70年代,我国开发了37kW、200kW等燃气轮机。目前,我国微型燃气轮机技术水平较低,所使用的商用机型(包括65k和200M的产品)均来自卡普斯通公司。根据我国能源现状,微型燃气轮机本身具有的技术特点和优势,为解决我国电力发展分布尚不均衡这一问题提供了可行性方案,现在已得到普遍的关注和应用。中国科学院热物理工程研究所、哈尔滨东安集团和西安交通大学3个研究所,在中国科技部“863”计划的支持下,已共同研发出100MW微控燃气轮机,并获得验证生产。科技部多次表明,要积极推动微型燃气轮机的发展,尽快达到国外微型燃气轮机的先进水平。先进的微燃机控制系统提高了设备的运行效率。上海燃气轮机燃烧器
微燃机的创新技术为能源领域带来了新的发展机遇。上海燃气轮机燃烧器
小型燃气轮机一般是指功率在1兆瓦至20兆瓦之间的燃气轮机。由于小型燃气轮机具有综合效率高、起停快、调节灵活、负荷跟随能力强等优点,因此可作为分布式能源系统中的重心设备[1],依托于微电网或智能配电网,在靠近工业区、商务区等冷热电终端用户附近部署,满足综合能源系统在“源—网—荷—储”各个环节的要求[2]:1)在能源供应侧,小型燃气轮机可与余热锅炉、溴化锂制冷机等组成热电联产或冷热电三联供系统,实现能源的梯级利用,综合能源利用率可达80%以上;同时利用小型燃气轮机调节灵活、负荷跟随能力强的特点,可以跟随工业园区、商务区内的用能负荷波动进行快速调节;2)在电网侧,小型燃气轮机可以为区域电网提供质量的电力辅助服务。利用其起停快的特点,辅助电网调峰,适宜作为紧急备用机组。同时,其快速灵活的调节能力,可以为微电网提供调频和无功调节等电力辅助服务;3)在储能侧,小型燃气轮机可以和储能电池系统集成为混合供电系统,实现即时响应的备用能力。上海燃气轮机燃烧器
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