微型燃?xì)廨啓C(jī)走向商業(yè)化

摘要：對(duì)MTG（Microturbine-generator）--微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)的發(fā)展作一個(gè)簡(jiǎn)要的回顧，介紹MTG的主要特點(diǎn)，并列出幾個(gè)有代表性產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)，供國(guó)內(nèi)同行參考。
關(guān)鍵詞：回?zé)嵫�環(huán)；燃?xì)廨啓C(jī)
中圖分類號(hào)：TK479 .11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：D 文章編號(hào)：1009一2889（2000）04一0013一04

1 回?zé)崞髋c高速發(fā)電機(jī)的發(fā)展為微型燃?xì)廨啓C(jī)帶來(lái)了生機(jī)

長(zhǎng)期以來(lái)，幾十至幾百kW的小型發(fā)電機(jī)組市場(chǎng)，一直由內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組占領(lǐng)，燃?xì)廨啓C(jī)幾乎沒(méi)有立足之地。原因是小功率燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)的效率比較低，無(wú)法與內(nèi)燃機(jī)相匹敵。而且，小功率燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速高，通常需要采用齒輪減速器降速后與發(fā)電機(jī)相連，笨重的減速器和低速發(fā)電機(jī)，把燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)輕巧的特點(diǎn)給抵消了。人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到可以采用回?zé)嵫�環(huán)來(lái)提高效率，但是常規(guī)回?zé)崞鞯捏w積與重量比燃?xì)廨啓C(jī)本身還要大，而緊湊式的回?zé)崞髦圃斐杀竞芨�，所以，除了個(gè)別燃?xì)廨啓C(jī)（如KG3）有帶回?zé)崞鞯难苌�型外，回�(zé)嵫�環(huán)的地面應(yīng)用始終打不開(kāi)局面。隨著美英聯(lián)合開(kāi)發(fā)艦用回?zé)嶂欣淙細(xì)廨啓C(jī)的成功進(jìn)展，板翅式回?zé)崞髟诠に嚰爸圃斐杀痉矫娴耐黄�，高速發(fā)電機(jī)從軍用走向民用，地面用的帶回?zé)崞鞯男」β嗜細(xì)廨啓C(jī)重新引起人們的重視。
MTG大都采用回?zé)嵫�環(huán)。通常它由透平、壓氣機(jī)、燃燒室、回?zé)崞�、發(fā)電機(jī)及電子控制部分組成，從壓氣機(jī)出來(lái)的高壓空氣先在回?zé)崞鲀?nèi)接受透平排氣的預(yù)熱，然后進(jìn)入燃燒室與燃料混合、燃燒。大多數(shù)MTG由燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動(dòng)內(nèi)置式高速發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)與壓氣機(jī)、透平同軸，轉(zhuǎn)速在50000～120000rpm之間。一些單軸MTG設(shè)計(jì)，發(fā)電機(jī)發(fā)出高頻交流電，轉(zhuǎn)換成高壓直流電后，再轉(zhuǎn)換為60Hz 480V的交流電。

2 分布式發(fā)電市場(chǎng)前景看好

MTG運(yùn)動(dòng)部件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，因而其可靠性好、制造成本與維護(hù)成本低。為了進(jìn)入市場(chǎng)，制造商給自己定下的最低指標(biāo)是：
· 運(yùn)動(dòng)部件壽命40000小時(shí)；
· 熱耗12000至16000Btu／kWh（12660至16880kJ／kwh）；
· 污染物排放小于9ppm；
· 安裝與維護(hù)簡(jiǎn)單，而且便宜。
MTG的潛在市場(chǎng)是很大的，只要它具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。采用增壓器技術(shù)生產(chǎn)MTG，成本可以大大降低，特別是用鑄造技術(shù)代替機(jī)械切削工藝，經(jīng)濟(jì)性尤其顯著。MTG適合用于分布式發(fā)電，使電站更靠近用戶。分布式發(fā)電與中心電站相比，可靠性更好。制造商們相信，一旦達(dá)到適當(dāng)?shù)呐�量，MTG有能力與中心發(fā)電廠相匹敵。對(duì)終端用戶來(lái)說(shuō)，與其它小型發(fā)電裝置相比，MTG是一種更好的環(huán)保型發(fā)電裝置。
可以設(shè)想，MTG將是未來(lái)公用事業(yè)的基本構(gòu)成之一。將來(lái)與中心電廠平行運(yùn)行的是許許多多小型發(fā)電裝置。就像計(jì)算機(jī)似的，在大型機(jī)周?chē)�有著大量的微型機(jī)和局域網(wǎng)在同時(shí)運(yùn)行。

3 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用情況

目前，開(kāi)發(fā)微型透平的廠商主要集中在北美，歐洲有瑞典和英國(guó)。
Capstone-Capstone公司90年代初開(kāi)始開(kāi)發(fā)微型透平發(fā)電機(jī)元件，1994年研制成24kW樣機(jī)，1996年生產(chǎn)了37臺(tái)樣機(jī)供現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)為單軸結(jié)構(gòu)，空氣軸承支撐，轉(zhuǎn)速為96000轉(zhuǎn)／分。整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)安置在一個(gè)圓柱形的排氣殼內(nèi)，10米外的噪音60dB，用天然氣燃料時(shí)，氧化氮排放為9ppm，一氧化碳排放為25ppm。1997年30kW樣機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，此后又推出60kW發(fā)電機(jī)組和45kW車(chē)用機(jī)組，幾年后將生產(chǎn)125～250kw機(jī)組。Capstone估計(jì)微型透平安裝成本不超過(guò)15000美元（每kW500美元）。發(fā)電成本每kWh4.5～5美分。

圖1 Capstone 30 kWe微型透平

Capstone公司宣稱，它已與Meidensha和Sumitomo兩家日本公司達(dá)成協(xié)議，在日本銷售Capstone的微型透平，并成套為電熱聯(lián)產(chǎn)裝置。兩家日本公司還負(fù)責(zé)售后服務(wù)，在日本建立一個(gè)維修網(wǎng)。Capstone還將許可證轉(zhuǎn)讓給日本的Takuma公司，Takuma除了進(jìn)行系統(tǒng)集成和分銷外，還將Capstone 330微型透平成套為電熱聯(lián)產(chǎn)裝置，名為T(mén)akuma TCP30，用燃?xì)廨啓C(jī)排氣生產(chǎn)熱水。
美國(guó)丹佛附近的一個(gè)油田，正準(zhǔn)備安裝一套能源回收裝置，利用Captsone微型透平將未經(jīng)處理的井口廢氣轉(zhuǎn)化為電。
Ingersoll一Rand能源系統(tǒng)公司現(xiàn)在獨(dú)立生產(chǎn)和銷售PowerWorks系列微型透平。
PowerWorks系列的功率范圍是30～200kW。這一項(xiàng)目始于80年代初，是由NREC的能源系統(tǒng)業(yè)務(wù)部主持開(kāi)發(fā)的，并得到南加州煤氣公司、紐約煤氣集團(tuán)及煤氣研究所（GRI）的支持和合作。他們以增壓器元件為基礎(chǔ)，使燃?xì)廨啓C(jī)的價(jià)格能與活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相匹敵。他們采用純徑流、雙軸結(jié)構(gòu)，動(dòng)力透平軸與燃?xì)獍l(fā)生器軸互相垂直布置。壓氣機(jī)壓比3：1。動(dòng)力透平驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)（通過(guò)減速器）或Rl34a制冷劑壓縮機(jī)，后者用于制冷系統(tǒng)。燃燒室為單管、貧預(yù)混結(jié)構(gòu)，用天然氣作燃料時(shí)NO。排放低于5ppm，滿足南加州苛刻的排放標(biāo)準(zhǔn)。PowerWorks裝置配備NREC逆流、板翅式回?zé)崞鳎�以提高效率。燃燒室與回?zé)崞魇荖REC的專利設(shè)計(jì)。NREC在回?zé)崞骷夹g(shù)方面有新的突破，應(yīng)用于20kW～20MW的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上，回?zé)岫瓤蛇_(dá)90％。常規(guī)板翅式回?zé)崞魃铣霈F(xiàn)的疲勞問(wèn)題已經(jīng)克服，初成本和壽命周期成本都具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。據(jù)稱，他們是唯一解決了回?zé)崞餍孤﹩?wèn)題的公司。1999年投入小批量生產(chǎn)。PowerWorks可加裝余熱鍋爐組成電熱聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，提供200（的熱水或蒸汽。機(jī)組電效率超過(guò)30％，熱電總效率超過(guò)80％。
powerWorks應(yīng)用于住宅發(fā)電、采暖／通風(fēng)／空調(diào)、制冷等領(lǐng)域。NREC將市場(chǎng)瞄準(zhǔn)煤氣與電力部門(mén)、分布式電熱聯(lián)產(chǎn)用戶，并將與能源服務(wù)公司（ESCOs）分享市場(chǎng)�？照{(diào)與制冷方面的市場(chǎng)將通過(guò)與美國(guó)、日本及歐洲的HVAC OEMs達(dá)成銷售與配套協(xié)議來(lái)開(kāi)拓。
AlliedSignal公司1998年底開(kāi)始生產(chǎn)75kWe微型透平發(fā)電機(jī)。叫做TurbOGenerator，1999年開(kāi)始批量生產(chǎn)，成本預(yù)計(jì)在22500到30000美元之間（每kw300～400美元）。他們力求開(kāi)發(fā)三種類型的微型透平發(fā)電機(jī)，分別應(yīng)用于家庭、商業(yè)和工業(yè)。

AlliedSignal 75 kW樣機(jī)參數(shù)如下：

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