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微型燃气轮机系统在分布式发电中应用研究

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：伍小云

[导读] 摘要：当前社会科技的发展已经与电力能源稳定供应密不可分。

        (南京汽轮电机（集团）有限责任公司江苏省南京市 210037)
        摘要：当前社会科技的发展已经与电力能源稳定供应密不可分。分布式发电已经应用比较广泛，技术也已经不断成熟，经验也已经越来越丰富。分布式发电模式具有极强的商业竞争力，经济效益也比较明显。微型燃气轮机系统在分布式发电中发挥了重要的作用，具有较强的应用前景。
        关键词：微型燃气轮机系统；分布式发电；应用
        总体来看，当前微型燃气轮机应用十分广泛，引起了社会各界的广泛关注。针对这方面，目前国内的研究力度越来越强，投入了越来越多的研究资源，使得微型燃气轮机的效率不断提升。也能够更好的满足分布式发电的具体需求以及特点，成为了重点角逐之地。
        一、关于分布式发电的概述
        尽管现阶段分布式发电已经十分流行，但是针对这方面的概念界定方面还存在一定的模糊性。社会上主要将其看作是用户现场或者是用户现场附近的小型发电机组，这样就能够在一些特定的环境下满足特定的需求。这种模式的应用能够更好的提高电能供应的质量，即使在一些极端环境下，仍然能够确保足够强的供电稳定性。因此在一些供电要求十分高的场合下，应用分布式发电系统十分重要。国际大型电力系统委员会对分布式发电进行了概念划分，主要将其与传统的规划电网模式进行了分开，指的是分布式发电通常与配电网之间进行的连接，但是其发电规模相对比较小，往往处于50MW到100MW之间。尽管发电规模不如传统的集中式发电模式，但是分布式发电具有极强的灵活性以及可靠性，经济效益也比较可观。现代社会高速发展，用电量也越来越大，在不同的时期电网面临着不同的用电负荷。通过分布式发电的应用，能够达到较好的调峰性能，实际上也有利于确保电网的稳定性，很好的适应了电力市场发展的需要。从投资规模的角度看来，分布式发电相比于集中式发电模式投资十分小，建设周期也比较短，具有十分可观的应用价值。目前分布式电源的种类已经比较多，主要包含了功率较小内燃机、微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池等众多能量转换装置。但是从可靠性和稳定性的角度看来，目前应用最多的仍然是微型燃气轮机，并且市场发展良好。
        二、微型燃气轮机发电机组
        2.1 工作原理
        微型燃气轮机机组的构成相对比较复杂，涉及到众多重要的功能部件。其核心设备为微型燃气轮机由径流式叶轮机械、燃烧室、板翘式回热器等。这些微型燃气轮机机组拥有许多燃料进行选择，其中就包含了常见的天然气、甲烷、汽油等。如今比较流行的热电联产模式，能够使得其发电效率达到75%以上。
        在具体的发电过程中，首先通过离心式压气机来得到高压空气，然后经过相应的预热阶段，自此之后就能够直接进入到燃烧室中和燃料发生反应，燃烧就能够发出巨大的能量，促使空气体积增加，进一步带动向心式涡轮进行做功，通过切割磁感线的方式就能够实现发电。首先发出的电能为交流电的模式，需要通过相关的处理电路来转换为高压直流电。此时还并不能够进行直接使用，还需要转换为特定频率、特定电压的交流电模式供给用户使用。微型燃气轮机整体显得尺寸比较小，不需要使用水来进行冷却，发电过程中产生的噪音比较低，在进行维护时工作量比较小，资源要求也比较少。并且结合一些自动控制技术的使用，能够实现对微型发电机组的自动诊断功能，更好地监测微型发电机组发电的实际状况。

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        2.2 技术发展趋势
        当前微型发电机组也处于不断发展的进程中，相关制造工艺以及结构设计都在不断地进行改善，这也更好的提高了微型发电机组的运行效率，经济效益更加明显。特别是高速永磁发电机的使用，能够进一步促进空气轴承替代滚动轴承，这一优势也就使得原有的减速机构能够被优化，进一步降低了整体尺寸，成本也降低。从目前微型发电机组的研究状况看来，主要还是采用高效紧凑型回热器，这样能够更好的提高机组的热效率。从世界上一些先进的研究技术可以看出，采用陶瓷来作为燃烧室，能够更好的克服极高的温度条件。
        2.3 商用发展
        从上个世纪60年代开始，微型发电机组就已经获得了众多应用。最开始的是来自美国的一些电气设备厂商推出了一些样机，并且展示出了极强的应用优势以及十分优质的性能，这样就在该领域中掀起了一股热潮，使得越来越多的电气设备厂商逐渐开始在微型发电机组研发方面投入更多的资源。本世纪初，美国就已经建设了世界上最大的微型燃气轮机发电站。目前我国对微型燃气机组方面的发展十分重视，在很多国家项目中纷纷制定了相应的发展计划。并且随着国内电网建设相关经验的不断丰富，这也给微型燃气轮机系统的发展提供了更多的技术支持，因此在该领域也取得了一定的成就。从未来的发展角度看来，国内还需要进一步加大研发力度，在更多重要指标方面不断提升性能，这样才能够形成较强的国际竞争力，获得更大的市场空间。
        2.4 重要性能指标
        当前微型燃气轮机的重要性能指标主要体现在发电效率、环境污染程度、发电持续性、电力投资消耗、燃料灵活性等众多方面。现阶段市面上的微型燃气轮机发电效率主要在25KW至300KW之间，发电效率也已经得到了有效提升，能够稳定在26%以上，这样就在一定程度体现出了更强的经济效益，能够通过同样的燃料来获得更多的电能。其中燃烧原料除了常见的柴油、汽油之外，还包含众多的生物原料、乙醇等，这些燃烧原料的使用就有效地降低了对环境的污染，有利于实现可持续发展。关于微型燃气轮机系统的控制方式主要采用了转速控制、启动过程控制、温度联合控制、回热器控制等众多模块，这样就使得新型的微型燃气轮机系统相比于常规的燃气轮机相比，具有更高的热稳定性，拥有一种动态调节功能，更好地确保了微型燃气轮机系统的运行可靠性。
        三、结语
        本文对微型燃气轮机系统在分布式发电中的应用进行了深入研究。总体来看，当前微型燃气轮机相关研究已经取得了重大突破，发电效率不断提高，持续性也越好。但是在具体的应用过程中，也需要不断的针对微型燃气轮机系统进行改进和创新，更好地满足社会生产实践活动的各项需求，发挥出微型燃气轮机系统的重要应用优势。
        参考文献：
        [1]范炜东. 微型燃气轮机发电系统用变流器研究[D].西安科技大学,2019.
        [2]王圣朝. 微型燃气轮机发电系统电能转换技术研究[D].长春工业大学,2019.
        [3]张程莉. 微型燃气轮机发电系统启发一体的控制策略研究[D].华北电力大学(北京),2019.
        [4]朱劼成,王西田,刘时雨,翁一武.微型燃气轮机直驱发电系统的控制与仿真[J].大电机技术,2018(06):42-46.
        作者简介：伍小云（1984-10-18），男，汉族，籍贯：江苏省南京市，当前职务：技术员，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：燃气轮机。