微型燃气轮机走向商业化

摘要：对MTG（Microturbine-generator）--微型燃气轮机发电机的发展作一个简要的回顾，介绍MTG的主要特点，并列出几个有代表性产品的技术参数，供国内同行参考。
关键词：回热循环；燃气轮机
中图分类号：TK479 .11 文献标识码：D 文章编号：1009一2889（2000）04一0013一04

1 回热器与高速发电机的发展为微型燃气轮机带来了生机

长期以来，几十至几百kW的小型发电机组市场，一直由内燃发电机组占领，燃气轮机几乎没有立足之地。原因是小功率燃气轮机单循环的效率比较低，无法与内燃机相匹敌。而且，小功率燃气轮机转速高，通常需要采用齿轮减速器降速后与发电机相连，笨重的减速器和低速发电机，把燃气轮机结构轻巧的特点给抵消了。人们早就认识到可以采用回热循环来提高效率，但是常规回热器的体积与重量比燃气轮机本身还要大，而紧凑式的回热器制造成本很高，所以，除了个别燃气轮机（如KG3）有带回热器的衍生型外，回热循环的地面应用始终打不开局面。随着美英联合开发舰用回热中冷燃气轮机的成功进展，板翅式回热器在工艺及制造成本方面的突破，高速发电机从军用走向民用，地面用的带回热器的小功率燃气轮机重新引起人们的重视。
MTG大都采用回热循环。通常它由透平、压气机、燃烧室、回热器、发电机及电子控制部分组成，从压气机出来的高压空气先在回热器内接受透平排气的预热，然后进入燃烧室与燃料混合、燃烧。大多数MTG由燃气轮机直接驱动内置式高速发电机，发电机与压气机、透平同轴，转速在50000～120000rpm之间。一些单轴MTG设计，发电机发出高频交流电，转换成高压直流电后，再转换为60Hz 480V的交流电。

2 分布式发电市场前景看好

MTG运动部件少，结构简单紧凑，因而其可靠性好、制造成本与维护成本低。为了进入市场，制造商给自己定下的最低指标是： 大学排名
· 运动部件寿命40000小时；
· 热耗12000至16000Btu／kWh（12660至16880kJ／kwh）；
· 污染物排放小于9ppm；
· 安装与维护简单，而且便宜。
MTG的潜在市场是很大的，只要它具有相当的竞争力。采用增压器技术生产MTG，成本可以大大降低，特别是用铸造技术代替机械切削工艺，经济性尤其显著。MTG适合用于分布式发电，使电站更靠近用户。分布式发电与中心电站相比，可靠性更好。制造商们相信，一旦达到适当的批量，MTG有能力与中心发电厂相匹敌。对终端用户来说，与其它小型发电装置相比，MTG是一种更好的环保型发电装置。
可以设想，MTG将是未来公用事业的基本构成之一。将来与中心电厂平行运行的是许许多多小型发电装置。就像计算机似的，在大型机周围有着大量的微型机和局域网在同时运行。

3 开发与应用情况

目前，开发微型透平的厂商主要集中在北美，欧洲有瑞典和英国。
Capstone-Capstone公司90年代初开始开发微型透平发电机元件，1994年研制成24kW样机，1996年生产了37台样机供现场试验。该发动机为单轴结构，空气轴承支撑，转速为96000转／分。整个发动机安置在一个圆柱形的排气壳内，10米外的噪音60dB，用天然气燃料时，氧化氮排放为9ppm，一氧化碳排放为25ppm。1997年30kW样机进行现场试验，此后又推出60kW发电机组和45kW车用机组，几年后将生产125～250kw机组。Capstone估计微型透平安装成本不超过15000美元（每kW500美元）。发电成本每kWh4.5～5美分。

图1 Capstone 30 kWe微型透平

Capstone公司宣称，它已与Meidensha和Sumitomo两家日本公司达成协议，在日本销售Capstone的微型透平，并成套为电热联产装置。两家日本公司还负责售后服务，在日本建立一个维修网。Capstone还将许可证转让给日本的Takuma公司，Takuma除了进行系统集成和分销外，还将Capstone 330微型透平成套为电热联产装置，名为Takuma TCP30，用燃气轮机排气生产热水。