燃气轮机系统在分布式发电中的应用研究

李明

摘要：分布式发电已经成为目前电力能源行业最主要的发电技术之一，而燃气轮机通过不断的更新与发展，也已经成为目前主要的分布式发电设备。燃气轮机系统在分布式发电中的运用，提升了电力能源供应质量和安全稳定性，具有非常好的发展前进。本文简要分析了燃气轮机系统的基本结构与工作原理，分布式发电的应用现状，探究了燃气轮机系统在分布式发电中的运用效果和应用前景。

关键词：燃气轮机;分布式发电系统;运用

前言

燃气轮机从20世纪50年代开始出现在发电工业领域，由于其相对于常规燃煤火电厂具有效率高（联合循环供电）、造价低、建设周期短、用地用水少、可以快速启动、可用率高、污染物排放低等多项优势，在全球发电领域取得了长足的发展，近年来，随着节能环保的要求日益增强，许多企业都在努力研发燃气轮机发电设备的制造及应用技术，取得了可喜的成果。

1 关于小型燃气轮机

燃气轮机是涉及国家能源和国防安全的战略性产业，是能源动力装备领域的最高端产品，代表装备制造业的最高技术水平。按照功率等级，燃气轮机可分为小型、中型和重型。其中：发电功率为1MW以下的称燃气轮机，1～10MW为小型燃气轮机，10～100MW为中型燃气轮机，100MW以上为重型燃气轮机;10MW以下可统称为微小型燃气轮机，10MW以上可统称为中重型燃气轮机。与中重型燃气轮机相比，微小型燃气轮机应用面更广、需求量更大，是分布式供能、天然气发电、工业驱动、军用电源、直升机动力和车船动力等领域的核心装备，对提高能源利用效率、降低PM2.5、NOx及SO2等污染物的排放，以及提升武器装备技术水平与作战能力具有重要意义。微小型燃气轮机的核心技术：

一方面，是热端部件材料及制造工艺、低污染燃烧技术等与其他功率等级燃气轮机所面对的同样关键技术问题;另一方面，则是由于微小型燃气轮机具有尺寸小和转速高的特点，具备一些特有的技术难点，如紧凑式回热器、高速空气轴承和高速电机等。

2 燃气轮机系统应用分析

2.1 燃气轮机系统的基本结构与工作原理

①燃气轮机基本结构。燃气轮机系统主要由发电机、燃烧室、涡轮机、空气压缩机等设备组成，能够实现简单循环，主要以汽油、柴油、天然气、瓦斯等作为主要燃烧燃料。由于这种燃气轮机系统本身比较小，具有比较好的灵活性，通常情况下发电功率在上百千瓦级别（25-350kW）。由于其小巧灵活，且具有比较高的动力性能，工作效率较高、稳定性较好，被广泛应用在汽车、航空器、电力供应等方面，主要作为一种二级动力辅助推动装置。后期经过不断的发展与改进，被广泛应用在分布式发电中。②燃气轮机工作原理。空气被吸入空气压缩机后，压缩机将空气进行高密度压缩，然后进入到燃烧室，在燃烧室内压缩空气与其他燃料物质进行混合燃烧，再将产生的高温燃气推动到涡轮机中，由涡轮机产生强大的动能，从而推动转子进行转动。涡轮将做功后的燃气进行处理，推动到回热气以及热交换器中，这样能实现发电及供热目的。燃烧汽轮机系统能够实现自我供能，可以为自身系统的燃烧做功提供动能能量。

2.2 燃气轮机系统在分布式发电中的运用分析

燃气轮机系统有着比较高的应用价值，具有燃料适应能力强、质量轻便、体积小、低消耗、发电效率高、噪音小、废弃排放量低、故障率低、可遥控操作和自我故障诊断等优势，是一种具有现代化、集成化、信息化的应用系统，具有比较高的应用价值，能够在多个领域广泛应用。燃气轮机系统在研究之初，发电功率在25kW-75kW，后期逐渐快速发展，目前已经达到350kW。燃气轮机系统和分布式发电的快速发展，促进了二者的良好融合，同时也给燃气轮机技术的推广与发展提供了比较广阔的应用空间。单一条件下燃气轮机产生的功率有限，但是多个单位系统的联合应用所产生的发电能量比较庞大。目前将天然气作为主要燃烧原料，整体工作效率比较高，同时又有节能环保的能力，非常适合在城市中全面推广。在汽电共生领域中，燃气轮机系统将与传统的活塞内燃机系统展开比较激烈的市场对抗。从整体上来看，燃气轮机系统具有比较明显的对抗优势，无论从成本投入还是经济回报等方面，燃气轮机的应用价值要优先于传统的活塞内燃机系统。虽然燃气轮机的应用技术不断优化，但目前我国在这一领域的技术开发和相关设备生产仍然存在能力不足的现实问题。

3 分布式发电系统的应用分析

3.1 分布式发电系统的应用优势

分布式发电系统具有一定的独立性，能够实现分段控制，这样能改善传统方式带来的弊端，即使供电系统大网络出现故障或损坏等问题，供电网络也不会出现大范围停电的问题，系统能够完成正常供电工作，弥补了传统供电系统存在安全性和稳定性不足的问题，因此分布式发电系统具有比较高的稳定性;目前分布式发电系统主要供电方式采取的是燃气轮机供电系统，由于其使用清洁能源作为主要工作燃料，因此分布式发电系统具有比较好的环保性，可以广泛应用在城市中心、住宅区、商业区或农村乡镇等;分布式发电系统的发电损耗和供电损耗比较小，甚至可以忽略不计，因此能夠降低供电企业的运营成本，降低配电损耗，给电力供应企业带来比较高的经济效益。

3.2 分布式发电的发展现状与运用分析

分布式发电技术目前有非常大的发展空间。目前我国正处于经济快速发展阶段，对电力能源的要求量逐渐增大，一些大城市和特大城市的用电压力持续增长，再加上环境保护意识的提升，使传统燃煤汽轮机供电方式正在被清洁能源供电方式所取代。电力供应安全稳定性问题一直是电力企业研究的课题，尤其对于一些自然环境条件比较恶劣的地区，电力供应问题一直比较突出。在自然环境条件较差的偏远山区、深山村镇、偏远农牧区等位置，想要实现规模化集体供电难度较大，不仅要投入更多的建设资金，电力供应稳定性也难以有效保障。这样就制约了这些区域的经济发展，给当地的建设发展和人们日常生活带来一定影响。而将燃气轮机系统与分布式发电技术相结合，能够有效的解决这一发展性技术课题。通过这项技术，能够实现电力资源的“自产自用，余额分销”的方式，既保证了地区的电力能源使用问题，带动了地区经济和基础建设的快速发展，同时将产出的多余电能分销到用电压力大的区域，能够从整体上缓解用电压力，也实现了环境保护的目标。

4 结语

电力能源的发电方式已经出现了巨大变革，推动电力能源产业逐渐向更清洁、更高效的方向发展。燃气轮机作为目前应用比较广泛的发电系统，具有比较广阔的发展空间。各单位已经将提升燃气轮机应用技术和应用效果作为目前主要研究课题，努力将其发展成为分布式发电产业中的重要技术，力争在电力能源供应过程中发挥出积极作用，从而推动市场经济和电力产业的健康发展。

参考文献：

[1]伍赛特.微型燃气轮机技术特点研究及其应用于分布式发电领域的前景展望[J].通信电源技术，2019（6）.

（作者单位：中航世新安装工程（北京）有限公司沈阳分公司）