夏积恩
中国联合工程有限公司, 浙江 杭州, 310052
摘 要：本文介绍了分布式能源站的定义，内燃机的优缺点。从排放标准、综合效率、热电比、机组规模等比较了燃气轮机和内燃机的选择。热电比大、机组规模大、排放要求高的项目适合于采用燃气轮机配置；运行方式灵活、热电比低、机组规模小的项目适用于采用内燃机配置。根据具体工程的特点采用不同的燃气发电装置，以便获得更好的经济效益和社会效益。
1.分布式能源的定义
分布式能源是一种建在用户端的能效高、节能、环保的能源供应方式，目前许多发达国家已可以将分布式能源综合利用效率提高到70-90%以上，大大超过传统用能方式的效率。我国对“分布式能源”的定义为：（1）利用天然气为燃料（2）通过冷热电分布式能源等方式实现能源的梯级利用（3）综合能源利用效率在70%以上（4）在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式。
热电联产系统的核心设备是燃气发电装置，目前主要有燃气轮机和内燃机两大类型。燃气轮机又分为重型燃气轮机和轻型燃气轮机，燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机又可组成联合循环。由于全球经济和科学技术的高速发展，国际上主要的燃气发电装置的制造公司近十年来不断兼并、合资、转型，同时新产品又相继上市。因此，热电联产建设过程中必须充分注意到这一点，根据工程的特点采用不同的燃气发电装置，以便获得更好的经济效益和社会效益。
2.内燃机的优缺点
内燃机的优点是：
1） 高效率，燃气内燃机的效率明显高于燃气轮机，如图2-1所示。
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2）采用先进的稀薄燃烧发动机的燃气内燃机在环境温度40℃内均不会由于气温升高有任何功率下降。
3）单台机组可以在100～50%负荷变化范围内稳定运行如图2-2所示。
4）几乎不受启停次数的影响，频繁的启停只会影响到少数部件，多台机组并行时，可以按照需要任意启停任何一台或多台机组，从而保证在机组维护期间不间断运行。
5）内燃机的自耗电低，燃气进气压力低于燃气轮机，启动时间短于燃气轮机，大修周期长于燃气轮机。
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6）建设周期短，内燃机三联供项目建设周期一般在1年以内；
7）运行机动灵活，燃机电厂运行机动灵活，启动快速方便，既可承担基本负荷电厂，又可承担调峰电厂和应急电源。燃机从启动到满负荷只需10-16min，联合循环从启动到满负荷约1h，启动快速灵活；
8）操作便利，内燃机设备成套性强，设备运行可靠，维护工作量少；
9）耗水量少，内燃机发电冷却用水仅为同容量冷凝式发电机组的10%左右；
内燃机的缺点是：
1）功率较小，目前最大功率只能做到10MW；
2）烟气氮化物排放浓度高于燃气轮机；
3）排烟温度低于燃气轮机；
4）噪声高于燃气轮机。
3.燃气轮机和内燃机的比较
1）排放标准问题
由于燃烧方式的不同，燃气内燃机氮氧化物排放量高于燃气轮机。根据《火电厂大气污染物排放标准 GB13223-2011》中对氮氧化物排放的相关规定：以天然气为原料的燃气轮机机组氮氧化物NOx的排放标准为50mg/Nm3，目前市场上成熟的燃气轮机机组配置的低氮燃烧器均可达到该标准。而内燃机则不能按该标准要求，如GE公司比较有代表性的颜巴赫天然气内燃机发电机组，标准氮氧化物排放量为500mg/Nm3。而且由于排烟量较小，后期很难建设附加的脱硝处理系统。
2）热电综合效率
两种系统的热电综合效率相差不大，燃气轮机余热利用效率高于内燃机的余热回收利用率，而且余热品质高于内燃机。燃气轮机的余热为其排气热量，可达500℃以上。内燃机的余热分为缸套水和排气余热两部分，缸套水温不超过100℃，燃烧排气温度约380℃～500℃。对于余热产生的蒸汽供热为主，兼顾发电效益的机组，内燃机联合循环不具有效率优势。
3）热电比
燃气内燃机热电比小，在1左右；燃气轮机的热电比较大，一般为2~3。所以，仅从能源利用的角度出发，在热电比大的场所应选用燃气轮机型联供系统，满足用户的冷热量需求；对热电比小的场所选用内燃机型联供系统，满足用户较多的电力需求。
4）机组规模及选型
内燃机单机容量低，如采用内燃机联合循环配置，则需配置的机组数量多于燃气轮机配置，占地面积及投资维护等均受到影响。
4.总结
本文从排放标准、综合效率、热电比、机组规模等比较了分布式能源站燃气轮机和内燃机的选择。热电比大、机组规模大、排放要求高的项目适合于采用燃气轮机配置；运行方式灵活、热电比低、机组规模小的项目适用于采用内燃机配置。根据具体工程的特点采用不同的燃气发电装置，以便获得更好的经济效益和社会效益。