第6章 天然气、燃气发电与控制技术.

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1 第6章 天然气、燃气发电与控制技术

2 机械工业出版社

3 本章主要内容 6.1 天然气水合物的形成与物化性质 6.2 天然气的综合利用和发展前景 6.3 小型燃气轮机发电机组
6.4 微型燃气机发电机组 6.5 燃气发电机组的电能变换与控制 6.6 燃气机组的并网运行与控制策略 6.7 燃气机组的经济技术性评价 机械工业出版社

4 6.1 天然气水合物的形成与物化性质 6.1.1 天然气水合物 天然气：指地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的可燃性气体 。
天然气水合物：是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧。 组成成分：CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可 形成单种或多种天然气水合物 机械工业出版社

5 纯净的天然气水合物 4/16/2008 天然气水合物样品 机械工业出版社

6 6.1.2 天然气水合物的形成 1、麦索雅哈河—普拉德霍湾—马更歇三角洲—青藏高原全球陆地气水合物形成带
陆地上，适合天然气水合物形成的温度和压力条件的地理环境是高纬度永久冻结层（包括永冻区浅海地带）。 2、北冰洋—大西洋—太平洋—印度洋全球海洋天然气水合物形成带 海洋底下是天然气水合物形成的最佳场所，海洋总面积的90%具有形成气水合物的温压条件。 机械工业出版社

7 海洋天然气水合物的形成机理 夹杂着白色颗粒状“可燃冰”的海底沉积物 机械工业出版社

8 6.1.3 天然气水合物的物化性质 1、天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色等轴状、层状、小针状结晶体或分散状。 存在方式：
（1）占据大的岩石粒间孔隙； （2）以球粒状散布于细粒岩石中； （3）以固体形式填充在裂缝中； （4）大固态水合物伴随少量沉积物。 机械工业出版社

9 2、气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性： （1）相同的组合状态的变化——流体转化为固体；
（2）均属放热过程，并产生很大的热效应； （3）结冰或形成水合物时水体积均增大； （4）水中溶有盐时，二者相平衡温度降低，只有淡水才能转化为冰或 水合物； （5）冰与气水合物的密度都不大于水，含水合物层和冻结层密度都小 于同类的水层； （6）含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层； （7）含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含水层。 机械工业出版社

10 结构H型 :六方晶体结构，较大的“笼子”甚至可以容纳直径超过异丁烷（i－C4）的分子
3、天然气水合物的结构: 结构 I 型 :立方晶体结构，仅能容纳甲烷（C1）、乙烷这两种小分子的烃以及N2、CO2、H2S等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成CH4·5.75H2O的几何格架 结构 II 型 :菱形晶体结构 ,除包容C1、C2等小分子外，较大的“笼子”（水合物晶体中水分子间的空穴）还可容纳丙烷（C3）及异丁烷（i－C4）等烃类 结构H型 :六方晶体结构，较大的“笼子”甚至可以容纳直径超过异丁烷（i－C4）的分子 分子结构 机械工业出版社

11 墨西哥巴什山三种气水合物伴生气体 样品 C1 C2 C3 i－C4 n－C4 i－C5 n－C5 水合物(H) 21.2 9.5 7.5
2.5 17.5 41.1 0.8 排放气体 88.0 8.0 2.1 0.3 1.2 0.4 ＜0.1 2.2 0.5 1.1 0.6 水合物(I) 71.8 3.4 18.8 5.7 ND 水合物(II) 73.9 4.9 16.3 4.6 0.2 ND：未检测到 机械工业出版社

12 6.2 天然气的综合利用和发展前景 相对 观点 6.2.1 天然气的综合利用 目前，关于我国天然气的利用有两种截然相反的观点 :
按照世界能源 利用的发展趋 势，天然气应 当主要用于发 电 中国的情况特殊，天然气应当主要用于非电力行业，尽量少用于纯发电 相对 观点 机械工业出版社

13 造成上述问题的主要原因： 1、天然气在中国是一种稀缺资源 1998 2010 2020 1998 2010 2020 机械工业出版社

14 我国天然气的使用结构(2000年) 机械工业出版社

15 2、中国能否创造一条高效利用天然气的独特道路
3、电力与天然气应统筹安排合理利用 4、分布式能源供给体系发展长期滞后 机械工业出版社

16 6.2.2 天然气发电的环境价值 1、环境价值不容忽视。 2、环境价值交易。 3、增进社会福利。 4、增强竞争力。 机械工业出版社

17 图6-1 2010年世界各地发电用气占世界天然气消费比例预测
6.2.3 天然气的发展前景 图 年世界各地发电用气占世界天然气消费比例预测 机械工业出版社

18 20世纪70年代，天然气的开发及研究进入第一个高潮；
1、天然气利用技术的研究历程 20世纪70年代，天然气的开发及研究进入第一个高潮； 20世纪90年代，各国政府、跨国石油公司、大型能源用户、学术研究机构又掀起了新一轮研究天然气的热潮； 21世纪，天然气在世界能源结构中的比例将超过石油，成为世界第一大能源，21世纪是天然气世纪。 机械工业出版社

19 2、世界天然气储量与消费现状 世界天然气探明储量及特点 世界天然气探明储量发展变化及特点 世界天然气消费 世界天然气的产量 机械工业出版社

20 3、世界天然气的发展前景 世界天然气供给前景 机械工业出版社

21 世界天然气需求趋势 机械工业出版社

22 世界天然气贸易前景 机械工业出版社

23 世界天然气价格展望 机械工业出版社

24 机械工业出版社

25 4、中国天然气的利用前景 西气东输 机械工业出版社

26 广东LNG项目 机械工业出版社

27 6.3 小型燃气轮机发电机组 6.3.1 小型燃气轮机原理及用途 燃气轮机按功率分为： 大型燃机(100MW以上)
微型燃机(小于300kW) 机械工业出版社

28 燃气轮机又可分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机。
轻型燃气轮机为航空发动机的转型产品，如LM6000PC和FT8燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。 重型燃气轮机为工业型燃机，如GT26和PG6561B等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电冷联产。 轻型燃气轮机 重型燃气轮机 机械工业出版社

29 燃气轮机由燃烧室、压气机、轮机装置组成 燃气轮机优点： 效率高、功率大、体积小、 投资省、运行成本低、寿命 周期较长等。
主要用于发电、交通和工业 动力。 图6-2 燃气轮机工作原理 机械工业出版社

30 6.3.2 小型燃气轮机发电的主要形式 1、简单循环发电 由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统
优点：装机快、起停灵活，多用于电网调峰和交通、工业动力系统。 美国GE公司的LM6000PC轻型燃气轮机是目前效率较高的开式循环系统， 其发电效率为43%。 我国QD70轻型燃气轮机 机械工业出版社

31 2、前置循环热电联产或发电 组成：由燃气轮机、发电机与余热锅炉共同组成的循环系统。
工作原理：它将燃气轮机作功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收， 转换为蒸汽或热水加以利用。 应用：热电联产，也有将余热锅炉的蒸汽回注燃气轮机提高燃气轮机出 力和效率。 改进：为提高供热的灵活性，大多数前置循环热电联产机组采用余热锅 炉回补燃烧技术，补燃时的总效率超过90%。 机械工业出版社

32 前置循环热电联产工艺示意图 机械工业出版社

33 3、联合循环发电或热电联产 组成：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机（抽 汽式或背压式）共同组成的循环系统。
工作原理：它将燃气轮机作功后排出的高温废烟气通过余热锅炉回收转 换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电，或将部分发电作功 后的废气用于供热。 应用：主要用于发电和热电联产。ABB公司的GT26－1产品作为高效率发 电的代表性联合循环系统，发电效率达到58.5%。 机械工业出版社

34 4、整体化循环 组成：由煤气发生炉、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机共同组成的循 环系统，也称为IGCC。
优点：主要解决使用低廉的固体化石燃料代替燃气轮机使用的气体、 液体燃料，提高煤炭利用效率，降低污染物排放。 作用：可作为城市煤气、电力、集中供热和集中制冷、以及建材、化 工原料综合供应系统。目前，GE公司使用MS7001F技术组成的整 体循环系统，发电效率可达到42%。 机械工业出版社

35 5、核燃联合循环 组成：由燃气轮机、余热锅炉和核反应堆、蒸汽轮机共同组成的发电循 环系统。
工作原理：通过燃气轮机排出的烟气再为热核反应堆输出蒸汽。 应用：主要是为了提高核反应堆蒸汽的温度、压力，提高蒸汽轮机效 率，降低蒸汽轮机部分的工程造价。 机械工业出版社

36 6、燃机辅助循环 工作原理: 在以煤、油等为燃料的后置循环发电汽轮机组中，使用小型燃气 轮机作为电站辅助循环系统，为锅炉预热、鼓风，改善燃烧，提高 效率，并将动力直接用于驱动给水泵。1947年美国第一台工业用途 的燃气轮机就是采用该种方式参与发电循环系统的。 机械工业出版社

37 7、燃气烟气联合循环 组成：由燃气轮机和烟气轮机组成的循环系统。 工作原理：利用燃气轮机排放烟气中的剩余压力和热力进一步推动烟气 轮机发电。
特点：该系统与燃气蒸汽联合循环系统比较可完全不用水，但烟气轮机 造价较高，还未能广泛使用。 机械工业出版社

38 8、燃气热泵联合循环 组成：由燃气轮机和烟气热泵，燃气轮机、烟气轮机和烟气热泵，或燃
气轮机、余热锅炉、蒸汽热泵，以及燃气轮机、余热锅炉、蒸汽 轮机和蒸汽（烟气）热泵组成的能源利用系统。 工作原理：该系统在燃气轮机、烟气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备 完成能量利用循环后，进一步利用热泵对烟气、蒸汽、热水 和冷却水中的余热进行深度回收利用，或用动力直接推动热 泵。 机械工业出版社

39 应用：这一工艺可用作热电联产、热电冷联产、热冷联产、电冷联产、 直接供热或直接制冷利用。
特点：该系统热效率极高，如果用于直接供热，热效率可达150%，是未 来能源利用的主要趋势之一。 机械工业出版社

40 9、燃料电池――燃气轮机联合循环 组成：由燃料电池和燃气涡轮机结合在一起的发电设备。
工作原理：电池以天然气为燃料，能放出高温高压的废气流，燃气涡轮 机则用燃料电池产生的热废气流产生电力。 特点：污染少； 只要有天然气和空气存在，燃料电池就能工作； 发电效率高达55%，燃煤发电效率35%，燃气涡轮机发电效率50%。 机械工业出版社

41 根据国际实际应用经验，发展热电联产特别是小型燃气轮机热电冷联 产，是合理利用天然气资源的最佳途径和最有效手段。
优势：提高能源利用效率，有效改善环境； 提高天然气的储采比； 降低开采、输送成本； 实现全系统优化； 降低气价、提高用户的市场竞争能力。 机械工业出版社

42 小型燃气轮机热电冷联产的方式极为多样，小型燃气轮机热电联产是全世界新能源开发与利用的趋势。
从我国西气东输沿线的能源设施布局看，主要是发展单机3～15MW、全厂总装机小于30MW、蒸汽供应能力200吨之内的小型燃气轮机热电冷联产项目，以现有区域、企业自备热电厂改造为主。 小型燃气轮机热电冷联产的方式极为多样，小型燃气轮机热电联产是全世界新能源开发与利用的趋势。 机械工业出版社

43 6.3.3 小型燃气轮机发电机组应用前景 小型燃气轮机正在进行三大技术革命： 第一是回热利用技术——提高发电效率；
第二是永磁发电机与大功率晶体管可控变频技术——保障并网的安全可靠，提高自动化控制能力，降低生产成本； 第三是直接与余热溴化锂空调联合循环技术――省略了锅炉、化学水系统等设备，大大方便了用户。 机械工业出版社

44 燃气轮机联合循环具有它独特的如下优点： 发电效率高； 环保好； 运行方式灵活； 耗水少： 占地少； 建设周期短。 机械工业出版社

45 燃机电厂建设新方向： 我国缺电的边疆、油气田等地区，需要建设燃机电厂； 50MW燃煤机组的关停、为符合转改燃机电厂者提供了出路；
因环保需要，将燃煤供热厂改造为燃机联合循环热电联供的热电厂； 解决天然气供需不平衡的矛盾； 东部沿海对引进气源的需求与利用； 燃机电厂走向世界； 建议采用TD循环技术、走核电与燃气轮机联合循环相结合的发电道路。 机械工业出版社

46 6.4 微型燃气机发电机组 微型燃气轮机发电是把飞机发动机的燃气轮机小型化，使用天然气 等做燃料，产生高温、高压气体，推进发电机发电。
技术特征：发电容量小，一般在30至80kW； 占地面积少，设备大小犹如一台电冰箱； 可以使用各种油、气作燃料； 构成“热电并用系统”，从而提高能源综合利用效率； 废气排出少，对环境污染程度较轻； 适合于企业、医院、学校乃至家庭等分散使用。 机械工业出版社

47 美国的卡普斯顿(CAPSTONE)公司已经制造出65kW级微型燃气轮机 发电装置，发电效率达到26% ，年产量1万台。
卡普斯顿燃气轮机 机械工业出版社

48 英国宝曼（BOWMAN）公司生产的80KW的燃气轮机
BPS微型燃机的主要性能 单级径向压缩机 低排放环型燃烧器 单级径向透平 压比4：1 双润滑油系统轴承 英国宝曼（BOWMAN）公司生产的80KW的燃气轮机 机械工业出版社

49 小型燃气轮机发电技术有可能掀起“电源小型分散化”与“分 布式终端电源”的技术革新热，然而一些传统的大电力公司则对 此感到忧虑，因为这项技术的迅速发展和普及，会使大电力公司 面临竞争对手，迫使其降低价格。 机械工业出版社

50 6.4.1 微型燃气机的发展与现状 微型燃气轮机发电机涉及5种关键技术： 液体或气体燃料； 用于发电的透平交流发电机；
产生高效热能的热交换器； 将电能转换成低压电能供给不同用户的功率调节器； 为天然气燃料提供合适压力的燃气涡轮增压机。 机械工业出版社

51 微型燃气轮机的发展现状 开发生产厂商主要集中在：北美、瑞典、英国和日本。 具有代表性的厂家：英国的宝曼（BOWMAN）公司、美国的卡普斯通
（CAPSTONE）和霍尼韦尔（HONEYWELL）公司。 已商业化的容量为25～100kW，目前正在开发200～400kW的微型燃气轮机。 我国的现状：我国已经具备一定的研究和生产能力 。 我国的差距: 主要在整体工艺和个别材料方面； 其次，关键部件及其优化配置也是薄弱环节。 机械工业出版社

52 主要技术指标： 输出功率：7060KW/最大8000KW， 热效率31％，空气流量29Kg/s， 动力涡轮转速：8300r/min。
国产QD70燃气轮机 机械工业出版社

53 6.4.2微型燃机性能和优缺点 1、与往复式燃机相比，微型燃机具有以下优点： 结构紧凑、体积小、重量轻、是传统燃机体积的1/4；
使用多种燃料、排放低，尤其是使用天然气； 可多台组合运行，加上蓄热水柜，能够灵活、可靠地对不断变化中的热、电需求进行适时调节； 能通过电话线和远程计算机通信系统实现自动运行、无需人员值守，运行费用低； 燃气不用增压，可以直接从燃气高压管网取气，也可从低压管网送气； 机械工业出版社

54 直燃机可实现热电冷联产，也可通过生产热水，与热水空调组合运行； 投资低，用户端的能量利用效率高，设备运行效费比高；
环境效益极佳，氮氧化物的排放量仅为25mg／L，是燃气锅炉无法相 比的； 无振动、寿命长、运行成本低；设计简单、备用件少、生产成本低； 通过调节转速，即使不是满载负荷运转，效率也非常高。 机械工业出版社

55 2、与电站相比，微型燃气轮机具有以下优势 没有或很低的输配电损耗； 可避免或延缓增加输配电成本；
利用燃机产生的热烟气可进行高效率的热电联产； 适合多种热电比的变化，可使系统根据热或电的需求进行调节，从而增加设备利用率； 机械工业出版社

56 分布式能源供给系统，具有灵活、安全、清洁、高效的特点； 在成本增加很小的情况下实现增加装机容量，建设周期短、环保压力 小、土建和安装成本低。
用户可自行控制； 可进行遥控和监测区域电力质量和性能； 分布式能源供给系统，具有灵活、安全、清洁、高效的特点； 在成本增加很小的情况下实现增加装机容量，建设周期短、环保压力 小、土建和安装成本低。 机械工业出版社

57 3、主要缺点： 技术相对较新，甚至不成熟； 发电效率偏低，目前不超过30%；
高度依赖信息与电子技术，必须与因特网技术同步发展，依靠网络和无线通信技术获得远程监控与技术支持。 机械工业出版社

58 军队、学校、医院、机关、住宅等用户的备用电源； 新能源/环保项目（垃圾填埋/生物应用）等领域。
4、应用范畴： 分布式能源供给系统；移动电站； 不间断供电系统； 航空工业用地面电力机组； 军队、学校、医院、机关、住宅等用户的备用电源； 新能源/环保项目（垃圾填埋/生物应用）等领域。 机械工业出版社

59 6.4.3 微型燃气机发电机组工作原理 1、工作原理及机构示意图
一般的燃气轮机主要结构有三部分：压气机（空气压缩机）、燃烧室、透平 (动力涡轮)。 微型燃气轮机的核心技术包括：利用空气轴承保持一个整体化的高速转子在6～15万r/min状态下运行，驱动小型永磁式中频发电机发电。 机械工业出版社

60 图6-3 微燃机及其涡轮发电机结构 机械工业出版社

61 在回热系统中，透平（动力涡轮机）产生的烟气温度很高，通常被排入大气中或再加以回收利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。
2、回热系统 在回热系统中，透平（动力涡轮机）产生的烟气温度很高，通常被排入大气中或再加以回收利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。 微型燃机的余热可用于船舶、汽车动力，制冷、采暖，以及生产净水。通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品位的热能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。 为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。 机械工业出版社

62 6.5 燃气发电机组的电能变换与控制 各类电力电子变换电源的构成都离不开有源器件（电力电子器件、微电子器件）和无源器件（电容、电阻、电感和变压器），无源器件中的电感、变压器和电容器约占整机电源重量或体积的50%以上。 发展趋势： ——微燃机发电机组的中频化（1000Hz以上）、中压化（1000V以上） 提高发电机转子转速和输出电压的幅值； 降低输出电流、导线直径和发热。 机械工业出版社

63 6.5.1 微燃机控制与电源变换系统 图6-4 微型燃机控制与电力变换系统总体结构 机械工业出版社

64 启动 电动状态 向逆变器提供 直流电 在开机启动阶段工作原理图 机械工业出版社

65 工作阶段流程图 机械工业出版社

66 100kW三相AC/DC主变换器（整流器）：将三相500～1200Hz、400～900V变化的交流电压经整流变为540V直流电压。
1、电源变换与控制系统的构成与功能 100kW三相AC/DC主变换器（整流器）：将三相500～1200Hz、400～900V变化的交流电压经整流变为540V直流电压。 100kW 三相DC/AC 主变换器（逆变器）：将540V直流电压逆变为三相50Hz/400V恒频、恒压的工频交流电压。 3kW 三相DC/AC 变换器（逆变器）：将540V的直流电压逆变为三相0～50Hz/400V交流变频电源，驱动燃机增压器电动机，控制燃料增压器电动机作变频调速运行，燃机启动阶段由蓄电池供电。　 机械工业出版社

67 DC/DC双向（可逆）变换器：为蓄电池充电或放电提供双向变换通道， 并根据蓄电池的充电特性限制充放电电流。
100kW三相隔离变压器：具有滤波和隔离作用，同时减缓操作冲击； 利用变压器原副边绕组的感性特征，还可对输出电流低通滤波，使其 变为平滑的正弦波形；变压器副侧绕组通常Y接、带中心抽头，以便 构成三相四线的供电制式。 机械工业出版社

68 三相AC/DC主变换器：必须选用快速晶闸管；并且触发电路的同步信号必须快速跟踪发电机的电压频率，因此触发电路应具有频率锁相功能。
2、电源变换与控制系统的技术指标 三相AC/DC主变换器：必须选用快速晶闸管；并且触发电路的同步信号必须快速跟踪发电机的电压频率，因此触发电路应具有频率锁相功能。 三相DC/AC 主变换器： 启动时为发电机提供宽范围的变频电源，驱动发电机作电动运行，频率变化在0～500Hz范围内变化，使发电机实现平稳的软启动； 启动结束后，为负载提供50Hz/400V的三相四线制恒频恒压电源； 它的工作频率变化范围大，对控制电路PWM调制的动态特性要求高、控制较复杂。 机械工业出版社

69 系统采用微机协调控制和故障诊断：预测可能发生的故障，及时显示、 报警，提高系统的可靠性。
主要技术经济指标：额定功率为100kW；输出的交流电压有效值为 400V/三相四线制；稳态输出电压调整率≤±1％；瞬态输出电压调整 率－15%～+20%；启动时电压稳定时间≤1.5s；电压波动率≤0.8%； 线电压正弦波形总畸变率≤3%；输出额定频率50Hz；稳态输出频率调 整率≤3％；瞬态输出频率调整率≤±7％；启动时频率稳定时间≤5s； 频率波动率≤1.0％。 机械工业出版社

70 3、典型单元电路组成及工作原理 图 kW三相AC/DC变换器 机械工业出版社

71 图 kW三相DC/AC变换器 机械工业出版社

72 图6-7 3kW三相DC/AC变换器 机械工业出版社

73 图6-8 蓄电池充放电DC/DC可逆变换器 机械工业出版社

74 蓄电池　在启动过程中，蓄电池为燃机的启动提供驱动电源，为压缩机提供所需动力电源；在正常工作状态下、当负载突变时，蓄电池为输出逆变器提供稳定的电压，起到电力缓冲器的作用。
铅酸蓄电池 镍镉蓄电池 机械工业出版社

75 6.5.2 微燃发电机组电网供电及控制 1、电网供电 电网主接线 发电机组电气控制屏 2、其他控制
热工自动化：控制范围为单循环燃气轮机发电机组、天然气增压站消防水系统、天然气预处理等辅助工艺的监视和控制，另外在设计上留有以后采用联合循环的余地。 控制方式分类：集中控制与分散控制。 燃气轮机和电站控制：包含有转速与温度保护和控制、升速和减速控制、进气阀控制、入口进气导叶控制、可动静叶片控制、燃气轮机性能监控、启动顺序控制、失速报警和停机保护等 。 机械工业出版社

76 6.6 燃气机组的并网运行与控制策略 6.6.1 直――交变换低频并网逆变技术 1、基本电路与拓扑结构
图6-9 直－交变换低频环节并网逆变器电路结构 机械工业出版社

77 a)推挽式 b）推挽正激式 图6-10 直―交变换低频环节并网逆变器拓扑 机械工业出版社

78 c）半桥式 d）全桥式 图6-10 直―交变换低频环节并网逆变器拓扑 机械工业出版社

79 2、燃气机组的低频环节并网逆变技术 图6-11 燃气机组的低频环节并网逆变系统 机械工业出版社

80 6.6.2 直－交/交－直－交三级变换高频环节并网逆变技术
1、电路结构与拓扑 图6-12 直－交/交－直－交变换的高频环节并网逆变器电路结构 机械工业出版社

81 直－交/交－直－交变换的高频环节并网逆变器拓扑
(a)、(b)、(c)、(d) 适用于低压输入场合 a)单管正激式 b)并联交错单管正激式 c)推挽式 d)推挽正激式 机械工业出版社

82 (e)、(f)、(g)、(h) 适用于高压输入场合
机械工业出版社

83 2、高频环节并网逆变器稳态工作原理 高频逆变器采用大功率晶体管GTR（Vm1～Vm4）作桥臂开关器件，其缓冲电容为C1～C4；极性反转逆变桥采用晶闸管（VT1～VT4）构成并网换流逆变器。 图6-14 全桥式三级变换高频环节并网逆变器 机械工业出版社

84 从Vm2、Vm3导通到Vm1、Vm4导通的换流过程等效电路
机械工业出版社

85 6.6.3 燃气机组高频环节并网逆变的控制策略 1、参数设计
根据燃气机组工作的稳态原理及等效换流过程，确定滤波电感电流iLf在导通与关断时期内变化的大小及其平均值。 具体的参数设计如下： 设开关频率fS>>fL电网电压频率,电网有功功率为PL、电网电压有效值 为UL，则在一个开关周期TS内，电网电压可看成恒定。在DTS期间，滤波 电感电流增大iLf ，其上升量为 (5－1) 机械工业出版社

86 在(1－D)TS期间，滤波电感电流iLf减小，其下降量为
(5－2) 电网电流有效值为 (5－3) 极性反转逆变桥直流侧电压Ud02的平均值是： (5－4) 电感电流iLf的平均值是： (5－5) 设并网逆变器的效率为η，则直流电源电流为： (5－6) 机械工业出版社

87 极性反转逆变桥功率晶闸管开关器件VT1～VT4的平均值、有效值电流应力和峰值电压应力分别为：
(5－7) (5－8) (5－9) 全波整流桥超快恢复二极管VDr1～VDr4的平均电流值、有效电流值和峰值电压应力分别为： (5－10) (5－11) (5－12) 机械工业出版社

88 2、控制策略 高频环节并网逆变器控制的对象是电感电流 图6-16 燃气机组高频环节并网逆变器控制方案 机械工业出版社

89 6.7 燃气机组的经济技术性评价 6.7.1 燃气机组的经济性比较分析
从中国利用天然气的现实情况出发，创造一条高效利用天然气的独特 道路是——不建过渡性的大型燃气电厂，走直接置换小煤热电，小油电， 燃煤锅炉、燃煤窑炉和民用燃气的道路。 微型燃气机组发电系统有必要发展和推广；微燃机组发电不一定非要 使用优质、清洁的天然气作为燃料，可以大力发展生物质沼气、气化煤 等新能源。 机械工业出版社

90 表6-3 宝曼微燃机Bowman TG80 CHP 经济性比较分析
设备 % TG80回热循环 前置循环 燃气锅炉(比较) 系统供热出力 kW(th) 150 420 小时标准供暖量 W/m2•hr 50 设备供暖面积 m2  3000 8400 年采暖周期 days  131 hrs  3144 热价 0.178 设备小时热收入 元/a  26.72 74.81 折算热水价格 元/t 16.84 16.96 设备利用小时 6500 年热收入 元 173，664  486，260  燃机发电效率  26  14 发电净出力（含压损） kW(e) 76.2  72.9 0  电价 元/kWh  0.395 0.395  机械工业出版社

91 续上表6-3 机械工业出版社 年电收入 元/a 195，644 187，171 － 总毛收入 元/a 369，308 673，430
－  总毛收入 元/a  369，308  673，430 486，260 燃料消耗量 MJ/hr  1109  2058  1680  天然气耗量 m3/hr  31.8  59 48.17 燃料价格 元/m3 1.4 小时燃料费 元/hrs 44.52  82.60 67.44 年燃料费 289，380 536，900 438，382  千瓦运行费  元/kWh 0.05 运行维护费 24，765.00 23，692.50  收益 元  55，162.62  112，837.79  47，877.90  总造价 元/unit 413，008  557，760  250，000 设备投资回收周期 年 7.49 4.94 10.93 机械工业出版社

92 表6-4 Bowman 微燃机投资回收比较 机械工业出版社 用户 居民大楼 商业建筑 宾馆饭店 LPG用户 电价（元/kWh） 0.395
0.52 0.64 热价（元/m2/a) 28 35 供热量（w/m3） 50 58 燃气价 1.4元/m3 1.7元/m3 1.8元/m3 2.2元/kg 投资回收年限/a 4.94 9.78 7.38 5.25 机械工业出版社

93 6.7.2 燃气机组的经济技术可行性评价 燃气发电机组是新一代分布式电源的代表，它具有如下先进技术特征：
运动部件少、结构简单紧凑、重量轻（是传统燃机的1/4）； 可用多种燃料、燃料消耗率低、排放低，尤其是使用天然气； 低振动、低噪音、寿命长、运行成本低； 设计简单、备用件少、生产成本低； 通过调节转速，即使不是满负荷运转，效率也非常高； 可远程监控和故障诊断； 即可独立又可多台分布集成扩容等。 机械工业出版社

94 MS6001B燃气轮发电机组 机械工业出版社