燃气内燃机在分布式能源领域的应用_2016 - V3_PRINTOUT

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Irving Langmuir荣获诺贝尔化学奖， 1973年
Ivar Giaever于荣获诺贝尔物理学奖）
• 1892 由托马斯爱迪生创立
GE…全球数字化工业公司
• 业务集团遍布全球140多个国家
• 全球超过300,000 员工
GE分布式能源方案关注于效率，燃料类型及灵活的应用
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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12,500 MW • 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
IC 2: 112 kW (4.2%)
2415 kW 273 kW (10.3%)
Cooling
Loss
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天然气分布式能源广泛适用于能源密集型设施
• 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
市政场所、设施 • 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 天然气分布式能源站 • 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
最先进的往复式燃气内燃机制造水平！
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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
HW (80/95C): 602 kW (22.7%) EXG (to 120C): 605 kW EXG (to 170C): 519 kW (19.5%)
Total effi. 85.5%
COP hw =0.7 COP exg=1.4
Cold: 1208 kW (45.5%)
CHP 1x JMS320
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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 1997 研发出世界上 3兆瓦级别最 小缸径燃气发 动机J620 2007 研发出世界上第一台 24缸燃气发动机—— 4兆瓦的J624
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%
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
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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
• 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
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
• • • • •
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！
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燃气内燃机技术发展方向 — 高效低排
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。
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GE颜巴赫往复式内燃机介绍
“我发现世界的需要，然后着手去发明。”
——托马斯·爱迪生
© 2014 General Electric Company - All rights reserved
电力输出:
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•
Jenbacher Type
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Jenbacher Type
•
6
Jenbacher Type
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526 - 1,063 kW (50 Hz), 633 - 1,059 kW (60 Hz)
•
电力输出: 1,639 - 4,491 kW (50 Hz) 1,622 - 4,335 kW (60 Hz) V12, V16, V20 and V24 cylinder
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
CHP 的工作原理
热源来自往内燃机:
传统集中式电源 可再生电源
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”
“12年纽约大停电”
绿色低碳 不可控（调峰） 地域条件限制 (?)占地较大 (?)上网
（IHS Y2014: 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）
工业生产制造商、医院、 学校、数据中心、商业地 产和楼宇
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往复式内燃机在天然气分布式能源应用中的优势
• • • • • • • • • 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
Pressure-Volume diagram
Temperature-Entropy diagram
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燃气内燃机的类别
• 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 ~ 1000 r/min)、高速(>1000 r/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
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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
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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
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
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。
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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
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燃气发电机基础知识及发展趋势
燃气内燃机工作原理 – Otto Cycle ( 4-stroke cycle)
1. 进气行程(intake stroke) ：燃料与空气的混合气体通过进气门注入气缸。
2. 压缩行程(compression stroke) ：混合气体被压缩。 3. 做功行程(power stroke) ：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(exhaust stroke) ：燃烧过的废气通过一个或者多个排气门排出气缸。
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。
弹性设计联接
弹性减震部件
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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
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，宜广泛利用可再生源和低热值废气等非化石燃料，从而扩大燃料适应
燃气内燃机在分布式能源的应用
2016.3
Imagination at at work work. Imagination
内容提要
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
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绿色低碳发展需要 “高效低碳+稳定可靠”的能源
超过 at work Imagination
15,000台GE机车
在全世界飞驰
GE分布式能源：多样及差异化的产品组合
工业燃机 50-80 MW