于永堂：分布式发电技术与应用的国际经验与实践

编者按：在“双碳”背景下分布式能源领域贯彻新发展理念，以“双碳背景下能源安全新思维——新型分布式综合能源保障”为主题的“第十八届中国分布式能源国际论坛”于2022年12月8日在北京采用线上的形式召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，卡特彼勒电力事业部资深行业经理于永堂做了主题为《分布式发电技术与应用的国际经验与实践》的报告。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

于永堂：谢谢主持人的介绍。

我向各位专家汇报一下我们的内容，一个是卡特彼勒公司的简介，还有分布式发电技术的经验分享，这个基于美国还有欧洲，英国，德国，亚洲，印度实际的经验做一下介绍，第三部分介绍一下卡特彼勒燃气发电机组，还有国际的案例。

卡特彼勒公司1925年成立的，马上100周年了，总部今年迁到的美国，我们知道卡特彼勒是最大的工程机械生产厂家，我们是非常先进的柴油，天然气的生产厂家，我们的板块三大业务，一个是工程机械基础建设业务，还有矿山机械资源化业务，我们卡特彼勒，包括燃气发电机组是电力系统，归属于能源和交通系统，同时能源交通系统还有石油、天然气业务，船机业务，工业发动机的业务。

这是我们整个具体的应用。我们分布式能源利用是非常广的，不管是公共事业部分，区域供热，数据中心，还有制造业都是应用的非常广泛的，同时随着时代的发展天然气的备用机组推向了市场。这个分布式能源我们可以拓展一下概念，这是国际经验的介绍，这是美国同事在北美做分布式能源演讲时候的一个案例，他用了最早100多年前的技术，体现出分布式能源自己能够满足很多的应用，我们天然气热电联产分布式的优点。

我们以前自己总结分布式能源的优点是什么，首先是应用模式灵活，可以单独并网，也可以孤岛模式运行，能源效率高，电效率，好的时候做到90%以上，可持续性好。它的排放特别的低，我们天然气的碳排放相比于火电发电在50%-60%，氮氧化物排放相对柴油降的非常大，这个数据不是完全的一致，有的数字高，有的数字低，基本说30%是没有问题的。经济性持续向好，能源效率高之后经济性会好，同时石油寿命长，我们整个三联供系统设计30年用起来没有问题，后来有一个案例我会单独做介绍。另外天然气热电联产，燃气种类比较多，我们说的沼气，还有别的，都是分布式的热电联产。

为什么叫热电联产的新生？也是针对当前时代的发展有一个降碳的需要，在早期的时候我们看到经济性比较好，综合能源效率高，现在热电联产赋予新的角色就是降碳，天然气发电机组的降碳降的非常显著，比煤电降的非常多。同时还有能源即服务，大家都提虚拟电厂，我们对于整个分布式能源可以作为整个能源即服务非常重要的一环，同时与微电网，与煤炭的耦合，作为微电网的一部分，作为储能的一部分也是非常重要的。

这个是针对英国、德国，特别在欧洲的时候我们电力储备功能，一个是燃气多样性，天然气也可以，特别是现在对于氢气的发展，风能，光能有能量用不完的时候可以电解制氢，但是当需要用电的时候天然气或者氢气发电作为电网的补充，这个概念在欧洲，特别是英国和德国，在英国过去的5年内上了非常多的天然气发电机组，这些都是小型的。另外我们针对当前这种模式推出来备用天然气发电机组，我们这个备用天然气发电机组可以100%加载，我们还有快速启动的技术适用市场的需要。

针对刚才短期项目储备，是储能的另一种说法，我们在当前有极端气候灾害的要求，这是2005年的时候，奥尔良飓风，出了很多断电，柴油的储备基本上一周，那个奥尔良飓风持续了很长时间，很多医院都停电了，但是天然气发电机一直供电，天然气的管道不受影响，天然气的管道设计的时候考虑了极端的气候条件，所以从那个时候有了天然气备用的概念。

还有排放的要求，我们在印度的同事说印度政府现在非常严格的限制柴油发电机的备用，天然气的备用市场是非常大的，因为不同国家有不同的限制。讲一下备用机组的应用，首先看一下这个图，这是风能和光能联合起来的，可再生能源的利用，但是我们都知道一个风能，一个光能每年的利用时间都是非常有限的，有的2000多小时，有的3000多小时，不管怎么说，这是欧洲一个电网的统计，上半部分相当于我的风电，光电是过剩的，下面蓝线的部分是欠缺的，可以看一下圆圈部分，风电和光电不是持续的，有很多不可预见性，往往有的时候缺电，有一个星期不会有风，这个时候有一个短期的储备，这个时候燃气机组可以很好的起到作用。以后有氢气在电力冗余的时候可以电解制氢，我昨天讲到基于3516H100%纯氢的储能概念。我们卡特彼勒对备用方面机组开发是非常全的，功率从375就有，我们一般大一点从500千瓦-2.6兆瓦，后面会有100%的天然气，这是卡特彼勒的强项，这是我们针对单独备用的市场做的一些开发，有好多设计理念完全不一样。做备用的时候效率不会太高，效率不是优先的考虑项。我们放一下G3620的加载录像。

（VCR）

这是我们备用天然气机组卡特彼勒是做的最好的，由于G系列的机组水泵，还有整个油泵都是机器自带的，非常适合备用电力系统，7.5秒启动，25秒加载，到2500，2600都是可以的。对于传统天然气分布我们讲这些，天然气不管备用，还有三联供的应用讲这些，后面讲一下我们整个对于刚才说的降碳的要求，卡特彼勒针对市场的需要推出了100%纯氢G3516H，同时针对当前的市场，今年发改委推出来20%掺氢的征求意见稿，我们卡特彼勒针对所有全线的天然气发动机组推出来适合25%掺氢升级模块，对新的发电机组订购的时候如果有掺氢需求可以告诉我们，我们可以社套25%掺氢的，对于旧的发电机组有需要掺氢的时候，卡特彼勒推出升级包，如果有需要，我们通过升级包实现原有的天然气机组实现掺氢运行需求。

这是我们针对100%纯氢的时候可以做到零碳，因为我们内燃机燃烧，可以做到碳排放为零，氮氧化物的排放还是有的，但是降到了原来的20%，还有我们刚才讲的G3516H它是1250千瓦，100%纯氢的时候转速的1500转，在1500转，50HZ里面效率最高，功率最大。我们卡特彼勒在整个全线产品对掺氢有非常多的经验，对小的机组可以掺到80%的氢气，欧洲现在一直在跑，我们有掺10%的，40%，最主要的是CG20/16，我们正常的天然气机组可以是4.5兆瓦，意大利的焦炉煤气是21兆瓦，烧焦虑煤气的时候还有氢气，它的功率比天然气降了，在3兆瓦，我们配备了7台CG20/16，基本上超过了20几年的运行经验，运行的特别好。

我们在氢的应用市场有特别多的经验，我下面对卡特彼勒燃气发电机组进行介绍，我们卡特彼勒发电机非常多，天然气，沼气，整个全线产品从2170千瓦-4.5兆瓦，近40个机型，我们后面有三个生产厂提供适应这么多的机型产品线。

我们有三个生产厂，G系列在美国，还有卡特彼勒的天津工厂，CG是德国的曼海姆。这是对3500H系列燃气发电机组，这个在美国和中国天津同步生产，特别是基于G3512H1500千瓦的可以接受订单了。对G3516H功率2500千瓦是同步进行的，分了三种机型，还有高效率，高响应，机器维度的，还有高燃气适应特性的，我们G系列的机组周期特别长，整个维护费用特别低，油耗在当前同功率范围消耗是最低的。

为什么我们整个维护成本是最低的？因为采取特殊的设计，为什么我们的机油油耗低，我们用了一个设计使我们的油耗大大降低，如果用卡特彼勒合成机油，我们油耗占30%，G3500H系列采用非常先进的气门间隙液压自动调节技术，使气门间隙调整做到一年调整两次，大大减少了停机时间。我刚才讲由于这个机组做了很多的先进设计，加大润滑油量，我们的运营成本在同功率范围内是最低的，机组紧凑，占地面积非常小。

刚才介绍的是我们G系列，后面介绍一下CG系列，在德国的曼海姆生产的，有三大产品，CG232系列，从400-1000千瓦，CG270B系列，从1兆瓦-2.3兆瓦，还有4.5兆瓦和4.3兆瓦的CG260/16，我们这些机器功率覆盖范围非常好，非常的广，400，600，800，1000，1200，大家知道我们曼海姆的工厂2015年卡特彼勒收购的，收购之后进行了大量的设计，毕竟是卡特彼勒买进来之后做了一些设计，特别是机油消耗采用了G3500的技术，使机油的消耗大大的降低，比竞争对手降的非常多，对于CG260/160.2克每度电，这是非常了不起的。

我重点说一下我们大的机组4.5的机组，我们是1000转的，使它的可靠性比我们竞争对手的可靠性大很多，同时这个机组大修时间8000小时，还有最重要的一点，整个CG20/16，我们提供了快速更换的模式，大家看到右下边有一个整合体，工厂安装完之后可以按照整体发到现场，可以用特殊的工具打开，打开之后新的新囊单元查进去，使我们大修时间大大的缩短，避免在大修的时候运回工厂，采用单独的气囊单元更换模式，使大修周期进行大大的缩短，同时费用大大的降低。

我们对整个燃气发电机组，我们知道燃气发电机组基本上24小时运转，一个星期7天不停的，这个时候不要考虑初期的购买成本，一定要考虑维护保养的成本，我们以前做过统计，对于2兆瓦的机组如果连续用10年，整个初始购买成本只占所有费用的1/10，后期很多都是维护费用，有可能买的便宜用的贵，大家知道卡特彼勒产品质量好，前期的时候价格高一点，维护的费用中可以节省出来，我们对整个燃气发电机组在选购的时候多做一些考量，从整体的寿命周期成本进行考虑。

这是我们后边的案例分享，在1980年装了3台，这是80年代的产品，一直用了30万小时，35年，在最初设计的时候12万，2021年通过两台2.5的和一台1.5的就可以满足需求。这是在加拿大科学中心，用了两台两兆瓦的G3516H的，2015年安装的，这个项目获得很多业界荣誉，大家有兴趣可以看到具体的介绍。

这个是在北京太合桥的两台4.5的天然气机组的介绍，它前期的时候没有电，整个数据中心没有电，靠两台机作为孤岛模式供电，年运行时间达到8500小时，整个运行特别的可靠稳定。

这是青岛机两台2.5的，这个可能大家都知道，在三联供市场是非常好的案例。如果有什么需要可以关注我们的微信公众号获得一些数据，谢谢大家。