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摘要：先进微型燃气轮机是一种新的全新的热机，发展至今还没有一套固定的经验和启示可以借鉴，但大量应用实例表明，先进微型燃气轮具有清洁高效、低成本、高可靠的特性，所以被广泛应用各行各业当中。本文结合理论实践，对先进微型燃气轮机的技术发展和特点进行深入分析，希望对我国先进微型燃气轮机发展有一定帮助。
关键词：先进微型燃气轮机；特点；运用前景；优势
引言：先进微型燃气轮机先进微型燃气轮机设计概念是将燃气轮机和发电机设计成一体,整台燃气轮机发电机组的尺寸显著减小,重量减轻等优点，但我国对先进微型燃气轮机的特点与运用的研究还有待进一步深入，因此，本文就结合理论实践，基于先进微型燃气轮机的特点，对其应用前景做了如下分析。
一、先进微型燃气轮机的优势
在先进微型燃气轮机融入了很多高科技技术，和传统燃气轮机相比，先进微型燃气轮机的优势主要体现在以下几个方面：第一，先进微型燃气轮机选用的电力系统，选择了分布式供能系统，相比于传统的集中控制的电力系统，耗能更小、持续运行的可靠性更高，在各个国家都得到了快速发展。随着全球范围内的能源与动力需求结构特别是电力系统的放松控制以及环境保护等要求的变化,微型燃气轮机得到了电力、动力等有关部门的高度重视,特别是在美国、欧洲等国家发展迅猛；第二，随着我国科学技术的发展，在先进微型燃气轮机融入高科技元素已经成为一种新的发展趋势，使得使微型燃气轮机的经济性、污染物排放、可靠性以及使用寿命等指标都大大提高,可以与大型火电机组相比较。同时先进微型燃气轮机还具有在尺寸小、移动方便、耗能小、噪音低、污染少等特性可以广泛应用于小型分布式发电及冷热电联供；第三，微型燃气轮机在某些特殊的应用领域、特殊的应用环境(例如军事基地、边陲地区以及对供能稳定安全有特殊要求的部门)的需求也是对微型燃气轮机组发展的驱动力。微型燃气轮机在军民用交通运输(混合动力汽车)以及陆海边防方面均具有优势,受到美、俄等国家的关注,因此,从国家安全看发展微型燃气轮机也是非常重要的【1】。
二、先进微型燃气轮机的特点
组成先进微型燃气轮机的主要部件包括离心式压气机、单筒形燃烧室、向心式透平、回热器以及发电机具体示意图如图1所示：
从图1中可以看出，微型燃气轮机采用了径流式叶轮机械技术和回热循环，大大增加了其运行稳定性和低耗性。大量相关实践表明，微型燃气轮机的特点主要体现在以下几个方面：
（一）微型燃气轮机的特点
微型燃气轮机采用比较简单的径向设计原理，和传统大型工业燃机的复杂轴向设计相比更加简单。恒温运行排除了使用高成本的尖端材料。与往复式内燃机相比,维修成本更低,振动更小,排放更低,结构更紧凑。微型燃机的主要性能是单级径向压缩机、低排放环型燃烧器、单级径向透平、压比4B1、空气轴承(或双润滑油系统轴承)。
（二）高速交流发电机
发电机和微型透平燃机同一根轴,由于它非常小可以装进燃机机械装置中,组成一个紧凑的高转速的透平交流发电机。这种装置不需要减速箱,交流发电机同样又可做为一个启动电动机,以进一步减少发电机组的体积【2】。
（三）高效回流换热器
高效低成本耐用的热交换器用来增加燃气轮机的效率,使其达到可以和往复发电机组系统竞争的程度,其功能是先预热燃烧室需使用的空气,减少燃料消耗。回流换热器采用不锈钢制成外壳,寿命长,效率可达90%,燃气轮机的效率则可从18%达到30%。
（四）功率逆变控制器
透平交流发电机的电力输出频率是1000~3000Hz,必须转换成50或60Hz,一个由微型处理机控制的功率调解控制器可进行输出频率转换,也可调解成其它输出频率,以便提供不同质量和特性的电能。功率调解控制器可根据负荷的变化调节转速,也可根据外部电网负荷变化运行,或可做为独立系统运行,还包括远程管理、控制和监测。
三、微型燃气轮机的应用
（一）冷热电联供系统
以天然气为原料的微型容量分布式能源技术设备和冷热电力联供设备，不断提高很大程度上提高了能源的利用效率，而且减少了对环境的污染程度，基本上可以实现零污染排放。极大的改变了我国目前发电、供热、制热相互分离的局面。为我国燃气轮机的发展奠定了坚实基础。相关实践表明，微型燃气轮机通过大型电力、热力设施从高压、中压到低压的自下而上的传统能源系统。同时微型燃气轮机的发展需要的能源市场的支持，大量实践表明，单单微型燃气轮机发电的效率并不是很高，但是冷热电共生对能量的利用率甚至超出了大型燃气轮机。微型燃气轮机冷热电联供系统,发电机组效率为23.2%,全系统效率可达85%【3】。
微型燃气轮机和发电站相比，其具有的优势主要体现在以下几个方面：第一，微型燃气轮机的配电消耗非常低，如果应用得当甚至可以实现零消耗；第二，能够很大程度上避免输电成本的增加；第三，微型燃气轮机参数的热烟气能够很好的实现回收再利用；第四，适合多种热电比的变化,可使系统根据热或电的需求进行调节,从而增加年设备利用率。
（二）微型燃气轮机-燃料电池联合发电系统
微型燃气轮机可以直接与未来的先进发电方式)燃料电池实现混合发电,例如采用固体氧化物燃料电池(SOFC)或熔融碳盐(MCFC)与微型燃气轮机(MGT)结合,其联合装置发电效率可达60%以上,而NOx排放低于1X10-6。这是目前世界上最为先进的高效洁净发电方式之一【4】。国家有关部门对发展我国的微型燃气轮机相当重视,如科技部已多次进行研讨论证,并已初步决定进行我国的微型燃气轮机研制攻关。
四、我国微型燃气轮机的发展前景
国内微型燃气轮机及分布能源系统需求的总走势与国外相似,因经济发展水平而有所滞后,但上海、北京、南方地区的需求已经出现,如广东番禹南沙科技园、上海浦东国际机场,北京天然气控制中心大楼、中国科技促进大楼也已规划了微型燃气轮机能源系统。2002年上海市科委规划了天然气能源岛研究项目。由上海交通大学在紫江科技园区软件大楼进行微型燃气轮机冷热电联供示范研究,为面积4 000 m2的楼宇提供冷热电,计划在2004年初投入使用。国内微型燃气轮机分布式供能系统的主要潜在市场:建筑楼宇、小区、医院;车站、机场、金融、信息中心等国家重要设施;化工、木材加工、纺织等工艺用电、用热、用冷和用汽;农业设施的冷、热、二氧化碳供给;边防基地,军事设施等国防部门;西部开发,边远地区供电;城市垃圾处理场沼气发电;通过模块式组装的微型燃气轮机群体中型电站;与燃料电池等先进技术联合发展下一代【5】。
五、结束语
综合上述，随着我国社会经济的发展，对微型燃气轮机的性能等方面提出了更高的要求，大量实际证明，微型燃气轮机能够很好的应用在各行各业当中，先进燃气轮机技术是21世纪能源动力系统中的核心关键技术,对于我国相关领域如能源、电力、航空、航天、舰船、车辆、军事等国民经济和国防建设中的高新技术发展和移植有着重大作用。本文结合理论实际，并查询了大量相关文献，就微型燃气轮机的特点和运用前景进行了深分析，希望对我国微型燃气轮机的发展有一定帮助。
参考文献:
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[4]张俊礼,沈炯,李益国. 微型燃气轮机分布式能源系统混合逻辑建模研究[J]. 中国电机工程学报,2016,12:3354-3366.
[5]石莹,朱丽君,任建平,孙富华. 基于模糊PID控制的微型燃气轮机发电系统研究[J]. 工矿自动化,2015,03:84-87..
论文作者:李雪春
论文发表刊物:《防护工程》2017年第3期
论文发表时间:2017/6/30
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