深圳市质检站（518031）李浩军
同济大学燃气教研室（200092）冯良
上海第九设计院（200063） 陆萍
随着我国"西气东输"等天然气工程的实施，我国的能源结构将发生很大的变化，为了提高天然气的综合利用率，各地纷纷进行热电联产的试点，以期创出新路、积累经验。本文工团尝试对小型燃气发电及热电联产进行技术经济分析。
1 小型燃气发电技术
当前燃气发电及热电联产的技术可分为成熟技术和包括成熟技术的新兴技术，其中成熟技术有燃气轮机和燃气发动机
而新兴技术有微型涡轮机、燃料电池和其它著名的动力系统如斯特林引擎等。
一般来说，燃气轮机是25MW以上发电容量的首选技术，但是容量在1MW~10MW范围中，燃气轮机的绝对地位出现动摇。同时3.5MW以下容量上目前仍然是柴油和燃气往复式发动机占主导地位。 微型涡轮机和燃料电池等新兴技术主要利用于5MW以下。一般来讲，大型燃气轮机系统与高价的燃煤发电厂进行成本的竞争，而这些新型技术则不同，主要通过像低污染排放、低维护需求、低噪音等特征与其它投资成本较低的产品进行竞争，这里当然为也需要借助于人们对这些产品的品牌和对这些产品的想象力。
目前看来，这些成熟或新兴技术产品要获得认可，除了还需大量的资金投入到产品的改进上，同时还要对这些产品的定位、相互的技术竞争、分销渠道和提高新产品采纳率等方面投入资金。
1.1 燃气轮机
燃气轮机因简单、效率高和适合高温热回收，所以一般发电都采用燃气轮机技术。而大部分小型轮机发电设备采用简单循环的运行模式很 少有25MW以下的小型联合循环系统。燃气轮机在5MW以下因为规模原因，将会有相对较高的价格和较低的效率，因此小型燃气轮机应用的市场份额很少。
美国索拉公司（Solar）的水星50（Mercury50）是个例外，它利用热回收做到了在较低的压比下获得较高的效率，它的容量为4MW，具有40%的效率。显然它与同容量范围的简单循环的柴油和燃气发动机相比大大地提高了效率。
经过努力，燃气轮机近10年在废气排放方面出现了下降趋势。有一段时期，普遍采用蒸汽或水喷射减少轮机的传统扩散式燃烧器的污染排放。现在，许多制造厂商如Allison(Rolls~Royce),GE,和索拉公司采用低NOX燃烧器，可以使烟气中CO含量达到9×10-6~25×10_6以下，甚至达到5×10-6~15×10-6以下。
1．2 燃气发动机
站式发动机应用在过去几十年中，特别是在近10年中有了严格的增长。随着产品技术的不断步和严格的环境控制要求，往复式发动机必将继续作为一种低成本的原动机具有极强的竞争性
燃气发动机的用户增长是由于它在成本、效率、可靠性和废气排放方面有了长足的进步。主要表现在提高了相对输出率（kW/L），减少了与柴油发动机在输出功率及相对价格（§/kW）之间的差距。燃气发动机两种基本的废气排入控制方法，分别应用于化学计量比运行和贫气燃烧运行。化学计量比燃烧发动机使用三元催化污染控制系统来同时降低Nox、CO和未燃碳氢化合物。例如站式动力应用一般是在稳态工况下运行，若严格控制，可以使Nox排放控制在0.2g/kWh~0.42g/kWh.另一控制燃气发动机污染的主要方法是贫气燃烧，即使用大的过剩空气系统（超过50%~100%理论空气量），高过剩空气可以使Nox排放显著减少而同时使循环效率增加。
300KW以上站式贫燃发动机有许多不同的设计方法，例如大型燃气发动机常使用超高能量点火、预燃室、小火点火系统（使用1%能量）、柴油喷射等。贫燃燃气发动机的NOx在 0.4g/kWH~ 0. 94g/kWh.。燃气发动机经过严格维护，完全可以实现热电联产。国际上90年代以来在大力发展500kW以下的热电联产，尤其集中于5kW~75kW的系统，使用低成本的汽车发动机和快装系统来降低总装机成本。
1.3 微型涡轮机
微型涡轮机是输出功率在30kW~200kW的小型燃气轮机。当然为满足大负荷也可以组合装配在一起。微型涡轮机的大小适合应用于热电联产或只用动力的商用建筑物或轻工业市场。
1.4 燃料电池
不同于转换燃料的热做功最终变电的传统发电系统，燃料电池像一般电池那样利用电化学生产电力。它和从储备化学制品中提取电力的蓄电池不同，燃料电池生产电力是用氢燃料通入电池的阴极以及空气中氧通放阳极。氢燃料有各种来源，但是最便宜的是天然气的蒸汽重整，即提取燃料和蒸泊中氢的化学过程。由于进行电化学反应的电解质类型的不同，燃料电池可分为以下几种：磷酸燃料电池（PAFC）、溶解碳酸盐燃料电池（MOFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEM）。每种燃料电池都包含与众不同的技术，并具备各自的运行特点和发展阶段。PAEC现在处于早期商用市场开发阶段。200kW装置已经交付给120个以上的用户。SOFC和MCFC技术现在处于现场试验
同济大学燃气教研室（200092）冯良
上海第九设计院（200063） 陆萍
随着我国"西气东输"等天然气工程的实施，我国的能源结构将发生很大的变化，为了提高天然气的综合利用率，各地纷纷进行热电联产的试点，以期创出新路、积累经验。本文工团尝试对小型燃气发电及热电联产进行技术经济分析。
1 小型燃气发电技术
当前燃气发电及热电联产的技术可分为成熟技术和包括成熟技术的新兴技术，其中成熟技术有燃气轮机和燃气发动机
而新兴技术有微型涡轮机、燃料电池和其它著名的动力系统如斯特林引擎等。
一般来说，燃气轮机是25MW以上发电容量的首选技术，但是容量在1MW~10MW范围中，燃气轮机的绝对地位出现动摇。同时3.5MW以下容量上目前仍然是柴油和燃气往复式发动机占主导地位。 微型涡轮机和燃料电池等新兴技术主要利用于5MW以下。一般来讲，大型燃气轮机系统与高价的燃煤发电厂进行成本的竞争，而这些新型技术则不同，主要通过像低污染排放、低维护需求、低噪音等特征与其它投资成本较低的产品进行竞争，这里当然为也需要借助于人们对这些产品的品牌和对这些产品的想象力。
目前看来，这些成熟或新兴技术产品要获得认可，除了还需大量的资金投入到产品的改进上，同时还要对这些产品的定位、相互的技术竞争、分销渠道和提高新产品采纳率等方面投入资金。
1.1 燃气轮机
燃气轮机因简单、效率高和适合高温热回收，所以一般发电都采用燃气轮机技术。而大部分小型轮机发电设备采用简单循环的运行模式很 少有25MW以下的小型联合循环系统。燃气轮机在5MW以下因为规模原因，将会有相对较高的价格和较低的效率，因此小型燃气轮机应用的市场份额很少。
美国索拉公司（Solar）的水星50（Mercury50）是个例外，它利用热回收做到了在较低的压比下获得较高的效率，它的容量为4MW，具有40%的效率。显然它与同容量范围的简单循环的柴油和燃气发动机相比大大地提高了效率。
经过努力，燃气轮机近10年在废气排放方面出现了下降趋势。有一段时期，普遍采用蒸汽或水喷射减少轮机的传统扩散式燃烧器的污染排放。现在，许多制造厂商如Allison(Rolls~Royce),GE,和索拉公司采用低NOX燃烧器，可以使烟气中CO含量达到9×10-6~25×10_6以下，甚至达到5×10-6~15×10-6以下。
1．2 燃气发动机
站式发动机应用在过去几十年中，特别是在近10年中有了严格的增长。随着产品技术的不断步和严格的环境控制要求，往复式发动机必将继续作为一种低成本的原动机具有极强的竞争性
燃气发动机的用户增长是由于它在成本、效率、可靠性和废气排放方面有了长足的进步。主要表现在提高了相对输出率（kW/L），减少了与柴油发动机在输出功率及相对价格（§/kW）之间的差距。燃气发动机两种基本的废气排入控制方法，分别应用于化学计量比运行和贫气燃烧运行。化学计量比燃烧发动机使用三元催化污染控制系统来同时降低Nox、CO和未燃碳氢化合物。例如站式动力应用一般是在稳态工况下运行，若严格控制，可以使Nox排放控制在0.2g/kWh~0.42g/kWh.另一控制燃气发动机污染的主要方法是贫气燃烧，即使用大的过剩空气系统（超过50%~100%理论空气量），高过剩空气可以使Nox排放显著减少而同时使循环效率增加。
300KW以上站式贫燃发动机有许多不同的设计方法，例如大型燃气发动机常使用超高能量点火、预燃室、小火点火系统（使用1%能量）、柴油喷射等。贫燃燃气发动机的NOx在 0.4g/kWH~ 0. 94g/kWh.。燃气发动机经过严格维护，完全可以实现热电联产。国际上90年代以来在大力发展500kW以下的热电联产，尤其集中于5kW~75kW的系统，使用低成本的汽车发动机和快装系统来降低总装机成本。
1.3 微型涡轮机
微型涡轮机是输出功率在30kW~200kW的小型燃气轮机。当然为满足大负荷也可以组合装配在一起。微型涡轮机的大小适合应用于热电联产或只用动力的商用建筑物或轻工业市场。
1.4 燃料电池
不同于转换燃料的热做功最终变电的传统发电系统，燃料电池像一般电池那样利用电化学生产电力。它和从储备化学制品中提取电力的蓄电池不同，燃料电池生产电力是用氢燃料通入电池的阴极以及空气中氧通放阳极。氢燃料有各种来源，但是最便宜的是天然气的蒸汽重整，即提取燃料和蒸泊中氢的化学过程。由于进行电化学反应的电解质类型的不同，燃料电池可分为以下几种：磷酸燃料电池（PAFC）、溶解碳酸盐燃料电池（MOFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEM）。每种燃料电池都包含与众不同的技术，并具备各自的运行特点和发展阶段。PAEC现在处于早期商用市场开发阶段。200kW装置已经交付给120个以上的用户。SOFC和MCFC技术现在处于现场试验