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史炜:航改型燃机在分布式能源系统中的应用

2020-09-23 14:38:31 中国能源网

编者按:2020年9月17~18日,以“塑造新模式•激活新动能”为主题的“第十六届中国分布式能源国际论坛暨2020综合能源展览会”在山东济南召开,本次论坛由中国能源网主办,中国能源研究会分布式能源专业委员会、水发能源集团有限公司联合主办。会上,华电通用轻型燃机设备有限公司技术部经理史炜发表了“航改型燃机在分布式能源系统中的应用”的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

尊敬的各位来宾,各位专家,大家上午好。

我来自华电通用轻型燃机设备有限公司的史炜,也很荣幸大会能给我们这样一个平台,在这边进行关于分布式能源的交流。从昨天到今天,包括我们前面几位同仁,也都介绍各个功率段的一些设备,包括他们的一些应用的场景做了一个广泛的介绍。其实我这边今天要分享的主题是关于航改型燃机在分布式能源系统中的应用。

在我今天分享的过程当中,可能我分享的内容也稍微做了一些调整。

关于分布式能源基本概念,我就不再多说了,因为在座的都是专家,我们无非是对于这个能源的一个提及利用,从规模上来讲可以分为楼宇式包括区域式。

因为本身进入中国市场比较晚,好多朋友有一种误解,说你们是不是把旧的航空发动机改造,然后用在发电或者驱动上面,是一个比较大的误解。首先它的技术本身当然是来源于航空发动机,但是它在这个生产的过程当中,它和航空发动机可能是同一个工厂,不同的生产线,造出来的也都是新机,并不是旧的报废的航空发动机。从天上到地下必须要做一些改变,比如前端风扇,包括增加进气导叶,支撑系统等等。所谓的航改型燃气轮机,另外一个命名区别于重型燃气轮机,它的得名主要就来源于它的体积小,重量轻。大家可以想象一下,如果是很重的一个疙瘩挂在飞机下面也飞不起来。

分为GE系列,普惠FTE系列,罗罗RB211系列。

原型机大家都可以看到,波音空客,通过改造得来的航改型燃气轮机。主要是引进了LM2500以及LM6000,从这个功率带来讲,主要负责的大概在20兆瓦到60兆瓦之间,这个功率段区域性分布式能源运用当中非常适用的功率段。

首先它的启动非常的快速,负荷调节非常的灵活。这个主要得益于它的多轴设计,因为重型原机大多数都是多轴的设计,多轴设计意味着它的轴性更加的灵活,效率更高。包括我们对重型燃机来讲有一个最低运行负荷的限制,但是我们航改型燃气轮机自由的调节,没有这个方面的限制。其次我们说航改型燃气轮机可以无限次启停,启停不损伤寿命,前面可能也有同行提到了关于重型燃机来讲,在多次启停下面,包括在分标准公众号运行下面,可能都会对它的寿命产生影响,但是对于航改型燃气轮机来讲,采用了大量航空的材料,包括采用了薄壁中空的结构,所以使得它在多次启停上面没有任何寿命的限制。实实在在的运行生命,可能随着启停次数增多,寿命会大大的减少。

还有一点,我刚才也提到体积非常小,重量非常轻,跟同级别的航改型燃气轮机相比,大约在三到五分之一。

大家可以看到,这个燃机仓,发电机包括控制仓是放在三个拖车上面,只要用一个车头就可以方便的把整个机组进行一个移动,可以进行快速的配置,也被誉为我们说轮子上的发电站。它主要的应用场景是在一些场景救灾,包括在一些电网欠发达的地区,布置调控用电等等,因为它的配置是非常快速的,基本上在两周之内就可以实现发电。

对于LM、TM这个系列当中的一些应用,它的其实用途也是非常的广泛。其实我们大家可能在国内知道的比较多的M2500,在西气东输的增压上面用的比较多,包括像美国的也是用的2500的原型机。对于分布式能源来讲,整个需求的变化也非常大,其实这么一些特点,也决定了其实航改型燃机是非常适合应用于我们说这个分布式能源系统的。

这个是主要的一些性能参数,我这边就不着重讲了,主要提一点,大家可以看到M6000这块燃机,单机循环效率可以达到42%,对于同级别的重型燃机来讲,一般的效率也就是在38%左右,所以说这几个点差距是非常大的。

这是非常典型的,在我们华电新装,在上海的闵行区,我们公司也就在能源站的旁边,也是来自于工业区燃煤锅炉改造。在改造的过程当中,最早说2017是上了两台LM6000,随着负荷的不断增加,还有三期另外的两台2055+G4,目前运行小时基本上在8200小时左右。

这个是华润常州的一个项目,也是燃煤锅炉的改造,也是工业园区,目前配置了两台6000,通过不同的配置,很好的满足蒸汽负荷的变化。

这是美国纽约Pouch热电,首先LM6000的占地非常小,我们也可以说它对环境是非常有效的,你看一墙之隔旁边就是购物中心,就是居民区,对于我们能源站来讲是非常环保的,从环保,噪音,各个方面来讲都是符合我们说分布式能源站的需求。

这个是我们LM6000的成套机组的主要的一些设备,都是一个集成化,模块化的一个布置。

下面是我重点要今天跟大家分享的内容。其实我们说这个分布式能源,并不仅仅是天然气,而且大家昨天也好,今天也好都提到了,对于光伏、风电等等这些可再生能源,在分布式能源中的比重增加,其实对这个电网稳定性提出了非常大的挑战。因为风电也好,光电也好它的波动性非常大。在我们国家来讲,电力辅助服务的市场也比较晚,昨天今天大家也提到市场化的交易。我们国家目前也出台了一些方案等等,来健全和完善我们这个电力辅助服务的这一块的市场交易,这个电力辅助服务主要包括可以启动,包括调峰,调频,以及旋转备用等等这样的一些功能。

对于能够提供电力辅助服务的这一些机组或者说厂家来讲,政府是会有补贴的。

这个是一个非常典型的案例,这个是美国的加州电网,这张图又被叫做鸭子图,大家可以看到这个形状非常像一个鸭子,这是原来2014年加州电网对于净负荷的预测,实际的电网需求扣除风电和光伏发电所发的功率。大家可以看到这个鸭子的肚子基本上是中午到下午的时间段,这个时间段正好是光伏和风电资源非常丰富的阶段。在这个阶段大家可以看到,随着时间从2012年到2020年,鸭子肚子越来越大,这意味着风电和光伏的时间段不断地增加,对其他发电的需求比较小。大家看到到了傍晚的时候,也就是在鸭子头的位置,这个头越投越高,因为大家在傍晚的时候,大家下班回家了等等,这个时候用电的需求在不断地增加。但是这个时候光伏和风电的资源不断地削减,这个时候非常大的爬坡率,需要人员,需要发电系统进行填补,这个是我们说在风电和光伏这些可再生能源的占比不断增加的情况下,会给我们的电网稳定性特别更大的挑战。

对于航改型燃气轮机,在电网稳定性,包括电力辅助服务的需求的匹配度是非常高的。在启动,调峰,互补等等,都可以平衡可再生能源的间歇性和波动性,以及各类的电网辅助服务。可以达到30兆瓦每分钟,跟同级别的重型燃机来比的话,基本上是8到10倍的差距,它的启动也非常快,5分钟就可以达到满负荷,这些启停等等这样一些特点,非常适用于我们说的对于电网稳定性的一个补充。

对于黑启动来讲,大家知道,在大面积停电等等这样的情况下,需要黑启动的电源点把这个激活,对外部的资源需求是非常小的,最小的2500的话,只需要200多千瓦的这么一个功率输入就可以把整个机组给带起来,从而激活我们说作为电网的黑启动服务电,激活整个电网。

我前面也提到,对于现代化的电网来讲,分布式能源系统当中,不仅仅是天然气的分布式能源,还有和可再生能源的一个互相的结合。下面我们来看一些案例,这个是M6000风电互补的项目,这是在美国,对风电厂的波动进行了补偿,大家可以看到右边图当中,黑色的曲线是风电的波动,红色和绿色的曲线是预期的电力输出和燃机实际的电力输出,很好的匹配和补偿了风电厂的波动。

这是另外一个LM6000的,混合系统的概念,它是结合了电池储能,以及燃气轮机以及控制系统。

这个控制系统大家可以看左边这张图的话,这就是一个功率输出的适宜,在电网需要快速输出及时响应的时候,储能可以快速的放电,前面一分多钟可以由储能系统进行供电,储能电池的系统供电越来越少,反过来达到满负荷之后,也可以给电池系统进行充电,这个是在世界首例的美国南加州执行的一个项目,包括说将来我们说燃机在烧氢气能源的技术有了突破之后,大家也可以想象到气峰,气荒多余的用地,用氢带来燃气轮机,可以带来100%的清洁能源的使用。

对于华电通用来讲,简单介绍一下,是中国华电集团和美国GE的一家合资公司,既不是代理商,对于我们这个合资公司来讲,华电集团是51%的控股方。我们是GE全球第三家航改型燃气轮机装备公司,目前休斯敦工厂关停,我们也是中国唯一的一家关于航改型燃气轮机机组的研发、生产、销售服务的综合基地。

我们主要有三大业务板块,LM业务,TM业务。目前LM业务,包括发电集团内,发电集团外的项目,还有马来西亚的几台机组。TM我们去年也是实现了在巴哈马,用于灾后重建。第三块就是备件以及服务这块。

虽然我们成立时间不长,我们是2012年成立的,但是我们一直致力于本地化的发展,通过销售的本地化,我们目前其实在国内机组的保有量是最大的,也可以给大家提供学习、交流、考察等等各种各样的机会。

关于生产的本地化,我们可以给本地的客户提供更灵活的交期,以及生产进度更易控制,包括零部件的本地化可以很大的降低成本。

关于服务的本地化,我们目前是建立了将近30人的服务团队,而且都是国内的工程师,我们公司也有全球唯一的一位具备燃烧调整资质的工程师,之前是一位,现在可能会有两位,因为有一位快要拿到这个证书了。

我们可以实现没有语言的识别化,包括没有时差,所有的服务都可以在本地进行完成。

另外一块就是对数字化这块,我们现在也是不断地在建立数字化的服务方案,包括一站式的服务平台,包括远程诊断的中心,包括将来能够实现仿真剂的培训,也可以给我们国内的用户,带来多种多样服务的方式以及更迅捷,更快速的服务。我今天的分享就到这里,谢谢各位。




责任编辑: 张磊

标签: 航改型燃机

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