摘要：随着经济的高速发展、居民生活水平的提高，能源消费的日益增长，能源问题已成为关注的焦点。微燃机作为新能源技术，已成为各 国研究重点。本文概述了微燃机组性能及特点，提出冷热电联供系统及其应用优势，并简要介绍技术的研究发展情况。
关键词：微燃机；冷热电联供；系统；发展研究
1 前言
随着能源危机和环境污染的日益加剧，人们对动力设备的技术革新已开始从追求单独设备的高效率和低能耗向注重能源梯级、高效综合利用 及环境保护等方向转变。基于微型燃气轮机的冷热电联供系统具有能源利用效率高、环境相容性好、安全可靠性好、供应灵活等特点，已经 成为国内外第二代能源供应系统发展的主要模式之一。燃气轮机带动发电机提供电能，余热锅炉和制冷机组利用燃机排出的余热产生热量和 冷量，从而实现了热电冷三联供[1]。
微燃机冷热电联供系统以微燃机为核心装置，以天然气、沼气、汽油、柴油及烷类气体等为燃料，在微燃机中燃烧作功，其高温排烟驱动溴 化锂吸收式制冷机和余热锅炉等，用于供热、制冷和生活卫生用水等。该系统不仅适用于机场、重要机关、军事基地和偏远地区等独立的用 户，而且以其清洁、高效、高度集成和灵活的特点，可与网络式供能系统并存，或弥补其不足。
2 微燃机组性能及特点
微燃机是近几十年来迅速发展的技术密集型高科技产品，一般指单机功率输出为30～200kW，大多由透平、压气机、燃烧室、回热器、发电 机及逆变器等部分组成，多为单轴，其结构是从压气机出来的高压空气先在回热器内接受透平排气的预热，然后进入燃烧室与燃料混合、燃 烧，燃烧后的燃气进入透平作功，作功后再进入回热器放热给预热空气，最后排出微燃机。大多数微燃机由燃气轮机直接驱动内置式高速发 电机，发电机与压气机、透平同轴，转子转速在50000～120000rpm之间。
微燃机具有以下先进的技术特征：
（1）结构简单紧凑，体积小，重量轻，相同功率的质量约为柴油发电机的1/3；
（2）对燃料品质要求低，可用多种燃料，排放低，尤其是使用天然气，环保效益显著；
（3）采用动压空气轴承，无需润滑系统；
（4）启动迅速方便，低振动、噪音低、寿命长、运行成本低。
（5）设计简单，备用件少；
（6）移动方便、操作简单、并可远程控制和诊断。
（7）可多台集成扩容。
3 冷热电联供系统及其优势
冷热电联供是分布式能源的重要形式之一，指的是设置在用户附近，以燃气为一次能源用于发电，并利用发电余热制冷、制热，向用户同时 输出电和热（或冷）的分布式能源供应系统。可以实现能源梯级利用的冷热电联供系统是合理、高效利用天然气资源的手段，有助于改善环 境、节约能源。
冷热电联供系统主要包括发电机组和余热回收设备。下图是冷热电联供系统的示意图，系统以燃气为主要燃料，利用发电机组产生高品位的 电力，并入城市电网或直接供用户使用；发电过程中机组产生的余热引入余热回收设备，作为设备的热源用于制冷或制热，满足用户冷（热 ）负荷的需求[2]。
图 冷热电联供系统示意图
冷热电联供系统是未来能源系统的重要组成部分，具有以下特点和优势：
（1）发电后的烟气用来供热或制冷，能够实现冷、热、电联供，达到能源的梯级利用，提高能源利用率；
（2）能耗低于常规能源系统，直接降低了等环境污染物的排放，环境污染小；
（3）可以近距离的向用户供电，输配电损耗很小，降低能量输送的损耗；
（4）提高用电的安全性与稳定性；
（5）以平抑电力夏季高峰和天然气冬季高峰，缓解用电紧张。
4 微燃机组冷热电联供技术发展现状
美国是较早发展冷热电联供系统的国家，目前商用建筑采用冷热电联供系统的节能效果显著。工业界已经提出了具体的楼宇冷热电联供系统 创意和2020年纲领，来支持美国能源部总体商用建筑规划。大批新建商用写字楼和现有商用写字楼都将陆续使用冷热电联供系统或进行冷热 电联供改造。到2020年将有50％的新建商用写字楼使用冷热电联供系统，15％的现有商用写字楼建筑将进行冷热电联供改造。
日本是依赖能源进口的国家，因此发展微燃机冷热电联供成为其节能的一个重要举措。日本东京燃气公司为发展燃气冷热电联供项目专门设 立了一个研究开发中心，负责燃气热电项目的集成、设计和安装等。日本已将发展微燃机冷热电联供作为节能的一个重要措施。截至2010年 ，日本冷热电联供系统供能达到万千瓦，分布式能源站至少座，多用于商场、医院、酒店和办公楼等公共建筑中。日本能源贸易工业部在 2030年长期能源规划中规定在2030年前分布能源发电量将占总电力供应的20%。
我国发展冷热电联供比较晚，在20世纪90年代我国冷热电联供系统才开始起步，目前还没有形成产业化规模。“十一五”期间，在北京、上 海等城市相继建设了一些冷热电联供示范项目，如清华大学节能楼、北京市燃气集团监控中心、上海浦东国际机场等。目前，以微燃机为核 心的燃气热电冷联供系统也已经出现，如北京次渠门站综合楼、上海交通大学紫竹园区、杭州燃气集团冷热电联供系统等[3]。
5 微燃机组冷热电联供技术研究现状
微燃机组冷热电联供系统各子系统的选择余地很大，而且可采用的集成方式也多种多样，不同国家进行了广泛的研究。美国能源部在发展纲 领性文件中倡导对微型燃气轮机、吸收式制冷机和热泵等多项技术的研究。Thibaut Rensonnet等研究了微燃机发电过程的特性，并对该机 组进行了热经济分析。F.Orecchini等人对熔融碳酸盐燃料电池和微型燃气轮机电站的运行特性进行了研究，该电站可明显减少的排放[4]。
近年来国内对微燃机冷热电联供的研究也逐渐增多，但研究内容还比较少。中国科学院工程热物理研究所、西安交通大学等已经开始攻关 100kW级微燃机，与此同时微燃机冷热电联供系统的研究也逐渐深入。中国科学院工程热物理研究所的冯志兵、金红光对采用燃气轮机简单 循环和回热循环的冷热电联供系统进行研究，分析了温比、压比和回热器传热温差以及制冷系统性能等变量对联供系统热力学性能的影响， 为微燃机冷热电联供系统的类似分析提供了借鉴。
6 总结
我国的能源利用中存在的问题是能源消耗高，能源利用率低，生态环境破坏严重等。微燃机组冷热电联供系统具有高的能源利用率且对环境 污染小，回顾该技术特点和发展研究现状，提出发展该系统有利于解决我国能源利用中存在的问题。
参考文献：
[1]周凤起．冷热电三联供天然气利用新方向．建筑节能，2006，7
[2]严俊杰，黄锦涛，何茂刚．冷热电联产技术．北京：化学工业出版社．2006：125-140
[3]王志伟，裴跃辉.某建筑微燃机冷热电联供系统用能分析[J].节能，2006，（9）：24～26
[4]王建，王志伟.微型燃气轮机在我国能源利用中的前景[J].发电设备 2006，20（6）：384～392
论文作者:郭尔奇,田祥云,张洋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/13
标签：冷热论文; 电联论文; 系统论文; 能源论文; 燃气轮机论文; 机组论文; 余热论文; 《电力设备》2018年第12期论文;