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摘要:我国高层建筑的日益增多,人们对电力的要求逐步增高。近年来电梯突然停电的事件时有发生,导致乘客被堵在电梯内,十分危险;医院在做大型手术时如果发生突然停电,人的生命就会受到极大威胁,这时应急电源(柴油发电机组)能起到极大的辅助作用。
关键词:电力发展;柴油发电机组;前景;
一、探讨供电方式,再现柴油发电机组吸引力
我国电力发展的主要特点是:增长快;以火力发电为主,其中的燃煤发电占火力发电(装机与发电量)的90%以上,燃煤发电技术较落后;水电资源开发利用率低;核电事业只能算刚刚起步;其它的发电技术在探索、发展中。柴油发电机组同各种发电方式之间的成功性联合要比其间可能产生的竞争性对抗明显得多,柴油发电机组作为各种电力系统的应急(备用)电源是必要的,作为某些发电系统(例如风力发电系统)的辅助供电成分也是十分重要的。
1.水力发电,我国水能蕴藏量为6.76亿kW,西南地区约占70%,可开发水能资源为3.78亿kW,西南地区约占67%。水电总装机容量达4900万kW,占可开发容量的13%,从已建电站容量占可开发容量比例看,西南地区不足5%(为最低)。
2.火力发电。我国电力一直以火力发电为主,目前约占总装机容量的70%和总发电量的80%,燃煤发电在火电中占90%以上。燃煤发电有下列主要型式:(1)蒸汽轮机发电,煤在锅炉中燃烧产生蒸汽,驱动蒸汽轮机带动发电机发电。其历史已近百年,单机容量达百万千瓦,蒸汽压力300大气压,温度630℃,最高热效率约40%(估计可能的最高热效率43%)。(2)燃气轮机发电。增压流化床燃气-蒸汽联合循环(PFBCCC)技术:煤燃烧产生的高温燃气经除尘处理后驱动燃气轮机带动发电机发电(用增压流化床锅炉燃烧煤,加白云石以脱硫;床温一般为870~880℃,防流化床煤层结焦,使NOx不易形成)。估计最高供电效率42%。可望21世纪20年代达产业化。整体煤气化燃气-蒸汽联合循环(IGCC)技术:煤及石灰石在气化炉中气化(经除尘、净化)后进入燃气轮机燃烧驱动燃气轮机带动发电机发电;尾气进入热回收蒸汽发生器(余热锅炉)产生蒸汽驱动蒸汽轮机带动发电机发电。供电效率可达43%,进一步提高燃气初温与增大机组容量可达48%。可望在21世纪成为燃煤电站的主要方式之一。(3)燃煤磁流体发电,磁流体发电是利用高温导电燃气与磁场相互作用将热能直接转换为电能的新型发电方式。燃煤磁流体发电-蒸汽联合循环方式:采用煤与预热的富氧空气在排渣燃烧室中燃烧产生高温(约3000℃)燃气,再加入少量(约1%)的钾盐作为电离种子提高燃气电导率,高温导电燃气经膨胀加速后进入发电通道,与超导磁体提供的强磁场相互作用将热能直接转换成电能,所发出的直流电经逆变换流系统接入电网;其尾气(约2200℃)进入余热锅炉产生蒸汽,再带动汽轮发电机发电(4)燃煤燃料电池近年来发展起来的熔融碳酸盐型和固体氧化物燃料电池有可能用煤作为初始燃料,从而成为高效、低污染燃煤发电新方式,当前其容量已达数千千瓦(示范电厂),可望成为有前景的燃煤电站。
3.燃料电池。燃料电池是1种只要连续供给化学原料就能发生化学反应将化学能直接转化成电能的发电装置至今已有许多新型燃料电池的研究获得成功,
4.核电站。核电站有热中子反应堆(热堆)裂变核电站、快中子增殖反应堆(快堆)裂变核电站和聚变堆核电站(核聚变电站)。热堆电站用铀235为燃料。快堆电站用钚239为燃料,金属钠为冷却剂在反应堆内循环被加热,其热量经热交换器由二次钠回路中的钠带至蒸汽发生器产生蒸汽,驱动常规的汽轮发电机发电。钚239核比铀235核裂变放出的中子多,除维持裂变反应外,多余的中子被铀238(堆芯周围一层不能做燃料的铀)吸收生成(比用掉的还多的)新的钚239,实现燃料增殖。核聚变电站用氘、氚、锂为燃料。实现受控核聚变要将一定密度的原料加热到几亿度的高温。
5.太阳能发电。一般的太阳能发电方式目前有槽式和塔式2种。槽式系统采用抛物线槽型镜面集热器将阳光聚焦到位于焦点的中心管上,使管内的工质(油)加热至350~390℃,油循环经热交换器产生蒸汽,驱动汽轮发电机发电。塔式系统采用双轴跟踪的定日镜阵列,将太阳能聚集到高塔顶部的集能器上产生蒸汽,驱动汽轮发电机发电。作为利用太阳能的换能方式还有所谓“光伏发电”,即采用半导体光伏电池直接将太阳辐射能转换成电能。太阳能资源丰富,广泛存在,可自由索取,是可依赖的初级能源,其应用与发展对我国能源结构有重要意义,作为不需要燃料、无污染的太阳能发电技术已经受到人们的赏识。然而,它的功率密度低(约1kW/m2),随季节、昼夜与天气而变化,要解决转化技术、聚能、贮能、跟踪控制等诸多技术问题。正因为如此,它配用柴油发电机组通常是必要的和可行的。
6.风力发电。这是近年来发展最快的可再生能源发电方式。全世界联网风力发电机组总容量已近10000MW,美国加州的3个大型风电场总装机容量达1600MW,单台机组最大容量达750kW,寿命最长约30a,投资水平一般为1000美元/kW(低于核电投资),发电成本约5美分/kWh。瑞典、丹麦、德国、荷兰、英国、澳大利亚、日本等国风电技术发展迅速,全世界已兴起了风电发展高潮。
7.其它。为避免使用燃料和对环境污染,人们在不断地寻找着新能源,例如海浪发电:以色列人谢穆埃尔•奥瓦迪亚发明了利用海浪发电新技术。利用海浪的冲击运动、海浪的速度和高度以及海下激流等运动形式产生的水压力,驱动涡轮机运转发电。发电过程中不用燃料和无污染,电价便宜(每kWh电价2美分,其它为9美分)。这项技术已在82个国家进行了专利注册。这些方式对柴油发电机组的前景不会造成威胁。
二、柴油发电机组的优点
柴油发电机组是一种技术密集型的产品,目前大部分舰船电站、移动电站及各种应急电站都由柴油发电机组组成。随着国民经济的发展,柴油发电机组需要量逐年增长,且对其功能、技术性能的要求也越来越高。柴油发电机组应用得如此广泛,是因为它具备了其它发电机组所不具备的突出优点:(1)热效率高,燃油消耗率低,某些机组的热效率高达45%,而燃油消耗率为190g/(kW•h),甚至更低;(2)运行费用低,可使用多种燃料,对燃油品质要求低,适于燃用粘度较高的重油,而重油的价格远低于轻柴油;(3)可靠性较高,发电出力稳定,通常发电功率按额定功率的90%运行;(4)负荷适应能力强,机组负荷在50%~100%变化时燃油消耗率变化较小,因此调峰时经济性好,适应的负荷变动范围大;(5)机组起动迅速,并能很快达到全功率,柴油机的起动一般只需几秒钟,在应急状态下可在1min内带全负荷,在正常状态下(15~30)min达到全负荷;(6)单机容量较小,运行操作技术较简单,便于一般运行人员掌握。维护简单,保养方便,所需操作人员少,在备用期间的保养量小;(7)对匹配高增压、中速柴油机的发电机组而言,其结构紧凑(单位体积功率大);(8)易于实现自动化,振动、噪声等能得到有效控制。由此可见,在移动电站中柴油发电机组的应用前景良好。
总之,采用柴油发电机组可减少电力储备需要量,并可在制造过程中和环境条件允许的情况下充分利用燃料、气源,是一种经济合理的供电方式。
参考文献:
[1]李海燕,王永红,浅谈从电力发展看柴油发电机组的前景.2016.
[2]张宏伟,刘青云,赵桂英,等,探讨柴油发电机组的需求现状及发展趋势分析.2017.