燃气内燃发电机与燃气轮发电机的技术特点及其在分布式发电领域的应用对比

4 燃气内燃机与燃气轮机的热效率对比

内燃机和燃气轮机的余热利用形式不同。燃气轮发电机发电后的余热以排烟形式排出，排烟温度在450～550℃，而内燃发电机余热的一半以400～450℃的烟气形式排出，还有一半以80～90℃的冷却液排出。由于燃气轮发电机的余热品位较高，易于回收，因此其余热回收利用效率高于内燃发电机。

以燃气内燃机和燃气轮机为例，进行变工况下的余热利用的效率比较可知，燃气轮机的余热利用效率随着负荷率的降低有上升趋势。因此，对于冷、热负荷变化较大的终端用户，燃气内燃发电机冷、热电联供系统在部分负荷下具有更好的热电总效率和经济性。

随着负荷率的降低，内燃发电机和燃气轮发电机二者的发电效率均呈下降趋势，且下降的幅度大致相同。对于余热利用，燃气轮内燃发电机机的余热利用效率明显高于燃气内燃发电机机，其中燃气轮内燃发电机机的余热利用效率随着负荷率的降低而降低，而燃气内燃发电机的余热利用效率随着负荷率的降低有上升趋势。

当流量基本保持不变时，燃气轮机的烟气出口温度随负荷率的减小而降低；而燃气内燃机与燃气轮机不同，某一负荷率下，空气流量随负荷率的减小而减小，烟气出口温度反而呈上升趋势。因此，尽管二者在额定工况下具有大致相同的热电总效率，燃气内燃机具有比燃气轮机更好的部分负荷特性。

5 一次能源利用率的对比

常用的一次能源利用率(也称系统热效率或总能利用效率)是指系统输出能量与输入能量的比值，并将功、热、冷等同看待，可以直接相加。因此，冷、热电联供系统的一次能源利用率越高，表明系统的热力性能越好。

分布式能源系统中很重要的技术参数之一是系统的热电比σ(σ=Q/W。Q为系统所需的热(冷)能，W为系统所需的电能)。σ分为2类：一类是需求侧热电比，即系统负荷特性中的负荷热电比，另一类是供应侧热电比，即分布式能源系统的热电比。热电比是分布式能源机组的技术经济指标，它反映了分布式能源系统的运行水平和管理效益，是重要的技术经济指标之一。

在供热季节，内燃发电机型和燃气轮发电机型联供系统的一次能源利用率相差不多；在供冷季节，内燃发电机型联供系统的一次能源利用率比燃气轮发电机型联供系统的一次能源利用率约低19%。当用户负荷的平均热电比在1.5～2.5时，燃气轮机和燃气内燃机的一次能源利用率基本相同；当用户负荷的平均热电比低于这一范围时，燃气内燃机系统的节能性占优势；当用户负荷的平均热电比高于这一范围时，燃气轮机系统的节能性占优势。

6 燃气内燃发电机与燃气轮发电机对环境的影响对比

天然气属于清洁能源，SO2和烟尘的排放量都可忽略不计。但在相同的发电量下，燃气内燃发电机的NOx的排放浓度通常为燃气轮发电机的5～10倍，因此燃气轮机在环保方面具有更好的竞争力。

7 燃气内燃发电机与燃气轮发电机的优劣势对比

7.1 燃气内燃发电机的优势与劣势

7.1.1燃气内燃发电机的技术优势

相对于其他动力机械来说，燃气内燃机的主要优势如下：

1)规格齐全，价格低廉：在市场上，燃气内燃机的规格从1～5 MW以上都有销售，对用户来说有广阔的选择余地，同样规格的燃气内燃机比燃气轮机投资更低。

2)热能输出：内燃机能根据用户需要同时输出热水和低压蒸汽。

3)起动快：快速起动的特性使得燃气内燃发电机能够从停止状态很快地恢复工作，在用电高峰或紧急情况下，燃气内燃发电机能够很快地根据需求来供电。

4)起动耗能小：在突然停电的情况下，起动燃气内燃发电机只需要很少的辅助电力，通常只要蓄电池就足够了。

5)部分负荷运行性能好：因为燃气内燃发电机在部分负荷下运行仍能维持较高的效率，这就保证了燃气内燃发电机在用户不同的用电负荷情况下都能有较好的经济性。当燃气内燃发电机在50%负荷下运行时，其效率只比满负荷运行时低8%～10%，而燃气轮发电机在部分负荷下运行时，效率通常要比满负荷运行时低15%～25%。

6)可靠性和安全性：实践证明，只要给予适当的维护，燃气内燃发电机的运行可靠性是相当高的。

7)环保性：与汽油、柴油内燃机不同，燃气内燃机排放的NOx相当低，环保性能优良。

7.1.2燃气内燃机的技术劣势

燃气内燃机的不足之处是：体积大，重量大；运行费用较高；噪声大，通常超过100 dB；余热回收复杂，需要对烟气、发动机冷却液、中冷器三段热量进行回收；供热量小。

7.2 燃气轮机发电的优势与劣势

7.2.1燃气轮发电机的技术优势

燃气轮发电机的主要优点有：功率大、体积小、投资小、运行成本低和寿命周期较长。由于回转运动部件和机械性往复部件少，机械摩擦部件少、振动小，与低频、振动多的往复式内燃发电机相比，节省润滑油，噪声比较容易处理；此外，可以使用煤油、重油等劣质燃料，适用性强。

7.2.2燃气轮发电机的技术劣势

燃气轮发电机的不足之处在于，其涡轮机内有高温燃气，需用耐高温材料制造涡轮叶片，生产成本略高；由于受到目前材料和冷却技术的限制，不能选用过高的燃气温度，因此，单机热效率不如燃气内燃发电机，经济性较差；燃气温度高，对材料有腐蚀作用，影响涡轮机的使用寿命。

8 基于分布式发电系统的发电设备选用原则

在分布式能源系统设计过程中，发电设备的选型是系统设备选型的关键。发电设备种类和容量的选择是否与用户的负荷特性相匹配，将会对系统形式的配置、系统运行模式和运行策略带来完全不同的设计，进而影响系统的能源评价指标、经济评价指标和环境评价指标。

发电设备选型一般遵循安全可靠性、能源利用高效性、优良的项目经济性等原则。同时，选型应根据用户热电负荷状况及外部条件，经技术经济比较后确定。其中，用户热电负荷是指冷、热负荷性质，热电负荷比例等；外部条件是指燃气供应条件、场地条件、环保要求、资金情况等。

发电设备的类型对于天然气分布式能源系统而言，主要有柴油机、燃料电池、燃气内燃机和燃气轮机等几类，其相关技术参数对比如表1所示。

表1 不同发电设备用于分布式发电的参数对比

发电设备种类的选择通常根据需求侧热电比和供应侧热电比的对应情况来进行选择。通常，根据系统负荷特性进行分析，当其为高需求侧热电比时，则宜选用燃气轮机。当其为低需求侧热电比时，则宜选用柴油机、燃气内燃机或燃料电池。一般情况下，燃气轮发电机的发电效率相对其他种类的发电设备更低，但其余热回收量通常较多，即柴油发电机与燃气内燃发电机多属于设备热电比较高的发电设备。

燃气内燃发电机相对于燃气轮发电机而言，发电效率更高，但其余热回收量通常就要少一些，则其系统热电比就会比燃气轮发电机更小；燃料电池发电机尽管在实际的分布式能源系统中应用不常见，但其属于发电效率高、余热回收量相对小的发电设备，仍有着独到的技术优势。

(待续)

伍赛特(编辑部特约撰稿人)