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颜巴赫快速启动型往复式天然气发电机组及其在数据中心的应用

2024-10-11 15:11:09 中国能源网
0 引言

颜巴赫是世界领先的燃气发电机组制造商,近六十年来,颜巴赫往复式燃气发电机组已经成功地应用在遍布世界的众多场景。燃气类型涵盖了天然气、沼气、垃圾填埋气、煤层气、石油伴生气、垃圾热解气、木质气、钢铁工业尾气(高炉气、转炉气、焦炉气等)、铁合金尾气,以及氢气等。应用类型包括各种工商业用户、数据中心、农业温室、独立发电厂、微电网等。
 
1 标准往复式燃气发电机组的启动条件、过程和时间

往复式燃气发电机组启动前需要进行预热,使缸套水温度达到一定数值,通常为55°C以上。机组本体自带有电加热器和循环泵,可以迅速加热缸套水。用户也可以设置成自动保持模式,在机组不运行时也可以间歇性的进行预热,从而始终保持水温在设定值,使机组随时能够快速启动。机组接到启动指令后关闭预热装置,电动马达开始启动运转,当到达指定转速时,燃气阀打开,发动机点火并开始运行。通常,在孤岛模式下,机组可以在40-100%负荷率之间长期运行,而在较低的负荷率下建议短时间运行,低于20%负荷率则一般不建议运行,避免造成机组的维护保养间隔缩短等问题。标准的往复式燃气发电机组从启动到满载的时间一般为3-5分钟,而特殊设计的快速启动型发电机组可以做到不超过45秒,以满足特定用户的使用需求。
 

 
图1 往复式燃气发电机组的启动和停机过程曲线

2 颜巴赫快速启动型往复式燃气发电机组的启动时间和加载性能

颜巴赫J620快速启动型机组能够在45秒内为数据中心或其他用户实现满功率供电。机组具备一次性加载100%负荷的能力,但为了满足特定用户对于加载时的电压和频率波动幅度的要求,通常应按照一定的单步加载量限制值进行加载,既能满足负荷的波动,也满足生产设备对电能质量的需求。颜巴赫机组性能完全满足ISO8528-5中 G2和G3标准下对电力质量的要求,远优于很多同类型发电设备。
 

 
图2 颜巴赫快速启动型发电机组的加载步骤和时间示例

机组快速启动的前提是进行间歇性的预热和预润滑,从而实现快速启动以及具备快速加载能力。

 
3 颜巴赫快速启动型往复式燃气发电机组的设计特点
 
颜巴赫快速启动发电机组基于成熟的颜巴赫6系列平台开发,专为数据中心和其他需要快速启动电源的特定需求开发,主要采用如下先进技术:
 
1)先进的DIANE XT4(Dialogue Network, 4th edition)发动机控制系统,包含能够处理多变量的,基于模型的控制算法,以达到快速启动以及期望的动态响应特性。
 
2)PBCS(pressure based control system)——基于压力的控制系统,能够监测每个气缸的压力,实时调整并优化控制。
 
3)进气口直喷系统,能够实现单缸独立控制燃气注入量,优化单缸燃烧性能。
 
4)涡轮增压器加尾气阀门,能够保持涡轮增压器不超出速度极限。
 
5)负载箱以及控制系统(选配),能够在孤岛备用条件下加大动态响应范围。
 
6)尾气处理设施(选配),能够满足世界各地越来越严苛的排放限值。
 
相比于传统以柴油机作为备用发电机组,颜巴赫快速启动型燃气发电机组具备以下优势或相当的能力:
 
1)具备接近于柴油机的紧急启动特性和加载性能。
 
2)使用可靠的管道燃气供应,无需就地储存燃料。
 
3)无需电网,与柴油机具有相当的黑启动和孤岛运行能力。
 
4)相比于柴油机,减少了相当于大约90%的NOx 和25% 的CO2排放。

 
图3  颜巴赫集装箱式燃气发电机组的典型布置
 
4 颜巴赫快速启动型往复式燃气发电机组在数据中心的应用
 
数据中心的能源使用量一直在迅速增长,而且随着人工智能的迅猛发展这一趋势更加明显。数据中心运营商需要排放更低且能够快速启动的天然气发电机组,为数据中心运营提供所需的电力和制冷(通过溴化锂冷水机组)。
 
颜巴赫快速启动型往复式天然气发电机组具有启动45秒内实现满功率输出的优异性能,能够作为电网的备用电源,在电网失电时快速提供稳定可靠的电能。借助UPS等其他附属电气设备,可以做到不间断供电。在北美,该机组已经成功应用于多个大型数据中心。
 

 
图4  颜巴赫快速启动型往复式天然气发电机组在数据中心的应用场景
 
5 总结
 
颜巴赫快速启动型往复式燃气发电机组提供了一种既能减少排放,又能满足启动时间和加载能力的全新燃气发电解决方案。该机组不仅在数据中心有着广泛的需求,在其他需要快速响应和清洁能源的领域同样拥有广阔的市场空间。颜巴赫凭借其在燃气发电领域深厚的技术积累,始终紧跟行业应用需求,为用户提供专业可靠的高性能产品和解决方案。
 



责任编辑: 江晓蓓

标签:颜巴赫