燃气内燃机在分布式能源领域的应用-2016---V3-PRINTOUT

Imaginationatwork2016.3燃气内燃机在分布式能源的应用Imaginationatwork.2天然气分布式能源的价值燃气内燃机在分布式能源项目中的应用及优势燃气内燃机基础知识及发展趋势GE颜巴赫往复式内燃机介绍案例分享内容提要绿色低碳发展需要“高效低碳+稳定可靠”的能源天然气沼气（污水）沼气（厨余）填埋气（垃圾）传统集中式电源可再生电源天然气分布式能源高效，清洁（-47%Co2），可靠，灵活(?)成本高（政府补贴，燃气价改，绿色基金，碳税……）(?)冷热电需求耦合度高（灵活配置，政府统筹规划）天然气分布式能源是现阶段低碳城市能源转型的核心组件效率低污染大线损大（~7%）低成本(?)“煤炭的真实成本”稳定可靠(?)“08年南方雨雪灾害”绿色低碳不可控（调峰）地域条件限制(?)占地较大(?)上网（IHSY2014:风电-7%装机占比/2%发电占比，光伏-2%装机占比/0.4%发电占比）“12年纽约大停电”天然气分布式能源为用户创造价值天然气分布式能源•以天然气为燃料的就近的热电联产/冷热电三联供–电效率高达48.7%–热电综合效率可达95%•余热回收可利用于:–供暖或制冷–加热或产生蒸汽•余电可以上网，参与电网调峰5用户价值高效、节能减少用能成本能源梯级利用，一次能源利用率最大化减少温室气体排放提供更可靠的电力保障减轻输配电的损耗和灵活调峰天然气分布式能源的发展环境不断改善•充足的天然气供应•日趋合理的天然气价格（天然气价改）•持续改善的政策环境（分布式能源鼓励政策+电改）•“绿色循环低碳发展”战略（“低碳试点城市”，“低碳工业园”试点……）燃气内燃机在分布式能源项目中的应用及优势8CHP的工作原理热源来自往内燃机:•缸套冷却水•润滑油散热•中冷器混合燃气降温•烟气余热除了直接供应热水还可以通过加配余热锅炉产生蒸汽，系统中加配尖峰锅炉和储能罐提高系统灵活性和综合效率CHP节能效果超过40%9Electricaloutput:1063kW(40.0%)HW(80/95C):602kW(22.7%)EXG(to120C):605kWEXG(to170C):519kW(19.5%)三联供系统制冷时能量分流图NG2655kWCHP1xJMS320COPhw=0.7COPexg=1.4Cold:1208kW(45.5%)Totaleffi.85.5%IC2:112kW(4.2%)273kW(10.3%)2415kWCoolingLoss10天然气分布式能源广泛适用于能源密集型设施天然气分布式能源站工业生产制造商、医院、学校、数据中心、商业地产和楼宇市政场所、设施•工业生产制造商-化工、炼油、纸浆和造纸、食品加工、玻璃制造、水泥、钢铁企业•医院和学校-高校、医院•商业地产和楼宇-酒店、机场、高新技术园区、经济开发区、大型写字楼、疗养院等•市政场所和设施-集中供热系统,污水处理设施•数据中心–企业数据中心，互联网数据中心11•投资小、占地少•项目周期快、见效快，8-12个月实现投产•发电效率高，且能充分利用余热，一次能源利用率高、年好耗气量少、经济性好•多台机组组合运行，互为冗错、可靠性高，满足客户对用电可靠性乃至灵活应对负荷变化的需求，可全天候维持高的全厂总效率•燃气压力要求低，无需增压，系统简单，厂用电消耗少•低氮方案成熟，异于常规电厂脱硝，初投资少、运维简单，且能有效降低NOx排放•蓄电池为启动电源，真正实现黑启动，保障系统供电•不受季节变化影响，全年保持稳定功率输出和电效率，•可在运行维护不受影响的前提下实现昼夜运行、频繁启停，符合天然气分布式能源用户对运行方式的要求往复式内燃机在天然气分布式能源应用中的优势燃气发电机基础知识及发展趋势13Pressure-VolumediagramTemperature-Entropydiagram1.进气行程(intakestroke)：燃料与空气的混合气体通过进气门注入气缸。2.压缩行程(compressionstroke)：混合气体被压缩。3.做功行程(powerstroke)：混合气体在接近压缩冲程顶点时被火花塞点燃。4.排气行程(exhauststroke)：燃烧过的废气通过一个或者多个排气门排出气缸。燃气内燃机工作原理–OttoCycle(4-strokecycle)14•按燃气类型:天然气机组,沼气机组,瓦斯机组…•按行程数:2冲程,4冲程•按转速:低速(300r/min)、中速(300~1000r/min)、高速(1000r/min)•根据进气充量压力分：自然吸气式、增压式•根据汽缸排列方式:内燃机可以分为直列、斜置、对置、V形和w形燃气内燃机的类别15•轻型紧凑—小缸径、高转速、高动力性能•高效低排—效率高、排放低、经济环保•稳定可靠—性能好、故障率低、运行可靠•燃料灵活—天然气分布式能源有益的补充燃气内燃机技术发展方向16提高功率/动力性能:1.在缸径和转速一定的情况下，提高缸数；2.在缸径和缸数一定的情况下，增加转速；3.在缸数和转速一定的情况下，加大缸径。燃气内燃机技术发展方向—轻型紧凑小缸径、高转速、高动力性能•高转速、小缸径意味着低运动惯量，大大减少机械磨损•高转速、小缸径机组运行稳定、震动小•高转速、小缸径机组外形更紧凑，辅助设备成本低•缸径小，燃烧室就小，对燃气甲烷指数要求就低V24、1500rpm(50Hz)符合内燃机轻型紧凑化的发展方向，代表目前世界上最先进的往复式燃气内燃机制造水平！17提高效率:1.采用高增压技术，进一步提高充气压力和强化内燃机平均有效压力；从而使单机功率进一步得到提高。双级涡轮增压技术将混合气压力提高到10bar以上。该模块包含一个低压压缩器，紧接着是中冷器，然后一个高压压缩器和冷却器，以及相应的尾气端的低压和高压涡轮增压器透平。优点:•比单级增压技术电效率提高2%•环境适应性更广，在热带和高海拔气候下保持满输出和效率•水温调节范围宽，在分布式能源应用中更灵活燃气内燃机技术发展方向—高效低排效率高、排放低、经济环保18提高效率:2.采用通过预燃室引燃技术实现最强劲的燃烧，满足更为严苛的排放要求燃气内燃机技术发展方向—高效低排效率高、排放低、经济环保•提升机组电效率达46.5%•是开放式燃烧点火能量的100倍以上•确保在低排下的要求下稳定燃烧•比常规辉光点火更可靠•优越的瞬态特性，燃烧速率速度快，燃烧更充分，更有利做功•受气体波动的影响更小•常规应用于大缸径、大功率内燃机预燃室引燃技术是机组降低排放的必经之路！19提高效率:3.采用正时气门控制技术，优化点火时间，配合高效的涡轮增压技术，改进缸头和燃烧室形状和材质使燃烧做功更有效，提高了平均有效压力从而提高做功转换效率和机械功率，减少散热损失，降低燃料消耗燃气内燃机技术发展方向—高效低排效率高、排放低、经济环保20减少排放:减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染是天然气分布式能源对往复式内燃机的基本要求。采用Lean-burn稀薄燃烧控制技术，空燃比越高，排烟温度低，切实保证低氮排放。燃气内燃机技术发展方向—高效低排效率高、排放低、经济环保21燃气内燃机技术发展方向—稳定可靠性能好、故障率低、运行可靠提高可靠性和寿命:随着内燃机技术的发展，以及平均制动有效压力的提升，发动机不断强化，这就要求机组零部件能够承受更高的机械负荷和热负荷，因此必须优化设计、改善材质、改进形状，加强结构强度，增强部件可靠性和寿命。弹性减震部件弹性设计联接22燃料多样性:天然气并非分布式能源的专属燃料，为减少化石能源的利用以及温室气体的排放，宜广泛利用可再生能源和低热值废气等非化石燃料，从而扩大燃料适应性成为往复式燃气内燃机在分布式能源应用中的关键。除了天然气，往复式内燃机需要提高在瓦斯、沼气、煤气、生物质气、热解气等低热值燃气领域的应用可能性。燃气内燃机技术发展方向—燃料灵活天然气分布式能源有益的补充GE颜巴赫往复式内燃机介绍©2014GeneralElectricCompany-Allrightsreserved“我发现世界的需要，然后着手去发明。”——托马斯·爱迪生GE：一家拥有创新基因的公司•GE科学家两次荣获诺贝尔奖（1932年IrvingLangmuir荣获诺贝尔化学奖，1973年IvarGiaever于荣获诺贝尔物理学奖）发电可再生能源航空医疗石油天然气能源管理运输家电与照明金融垂直业务GE数字GE商店开启非凡可能GE…全球数字化工业公司•往复式燃气内燃机•航改型燃气轮机•工业燃气轮机•蒸汽轮机•发电机•核能•水处理技术•1892由托马斯爱迪生创立•业务集团遍布全球140多个国家•全球超过300,000员工•2014年实现收入~1490亿美元Imaginationatwork超过15,000台GE机车在全世界飞驰每隔2s一架装载GE发动机的飞机起飞产生全世界40%的电力先进的医疗诊断技术造福100+个国家28GE分布式能源：多样及差异化的产品组合差异化•工业发电•油气机械驱动/发电•紧急电源、移动电源•热电联供主要应用•根据需求的部署•燃料灵活性•低排放(DLE)•低用水量**DLE应用不需水•工业发电/热电联供•生物质气•独立发电厂/公用设施•特殊气体•发电效率，总体效率•多样化的应用•燃料灵活性•先进的控制及诊断颜巴赫250-9,500kW工业燃机50-80MW航改型燃气轮机18-100MWGE分布式能源方案关注于效率，燃料类型及灵活的应用•区域热电联供•工业热电联供•联合循环发电•联合循环效率高•燃料灵活性•模块化设计，易于安装及维护•大修间隔时间长29世界领先的燃气发动机制造商GE颜巴赫燃气发动机•已交付给全球80个国家的客户超过10,000台颜巴赫发动机•装机容量超12,500MW•功率范围：0.25–10MW•发动机整体效率达90%以上•全球员工2600人•在奥地利、匈牙利、中国和美国设有颜巴赫制造工厂•全球7个颜巴赫子公司及60多家分销商和服务供应商为颜巴赫发动机的整个生命周期提供增值服务30五十多年的燃气发动机制造经验1957第一台燃气发动机诞生1985第一台LEANOX®电子控制系统燃气发动机问世1994世界上第一台20缸燃气发动机320问世1997研发出世界上3兆瓦级别最小缸径燃气发动机J6202007研发出世界上第一台24缸燃气发动机——4兆瓦的J6242000研发出高效率的燃气发动机J4201979第一台热电联产系统问世2010研发出世界上第一台二级涡轮增压燃气内燃机J920研发出最新的大型燃气内燃机在同类型产品中发电效率最高，达48.7%31颜巴赫产品系列346JenbacherTypeJenbacherTypeJenbacherType2JenbacherType•电力输出:844-1,562kW(50Hz),852-1,421kW(60Hz)•V12,V16andV20cylinder•1,500rpm(50Hz)1,800rpm(60Hz)•已交付:~1,340•2002加入产品目录•电力输出:1,639-4,491kW(50Hz)1,622-4,335kW(60Hz)•V12,V16,V20andV24cylinder•1,500rpm(50Hz,60Hzwithgear-box)•已交付:~3,000•1989加入产品目录•电力输出:526-1,063kW(50Hz),633-1,059kW(60Hz)•V12,V16andV20cylinder•1,500rpm(50Hz)1,800rpm(60Hz)•已交付:~6,530•1988加入产品目录•电力输出:248-330kW(50Hz),335kW(60Hz)•V8cylinder•1,500rpm(50Hz)1,800rpm(60Hz)•已交付:~990•1976加入产品目录9•电力输出:9,500kW(50Hz),8,550kW(60Hz)•V20cylinder•发电效率:48.7%•总效率:90%•1,000rpm(50Hz),900r