案例3 – 综合CHP 和医院备用电力 [4]

由英国Octagon Healthcare 建造的Norfolk 和Norwich医院需要具有成本效益的热电联产 (CHP) 和备用发电组件。此外，必须进行关税质量计量，以使CHP 符合气候变化征税“优质CHP”计划的资格。

未采用通常的地下室设备房，而是建立了一个独立的能源中心，以便更好地获得服务和供应。CHP 系统原动机是Cat G3516 稀燃燃气发动机，从发动机排气、夹套水和机油冷却器回路中回收热量，以提供1314 kW功率。在重新进入锅炉之前，它用于加热回流的中压热水，因此CHP 充当铅锅炉。当热需求低时，多余的热量被送至远端散热器。直接连接到发动机的Cat SR4发电机提供50 Hz 的400 V 电压。这为控制面板内的同步断路器供电，然后通过升压变压器连接到医院的高压线路。整个系统显示在图形概览上；只需轻触屏幕即可让操作员与系统进行交互。

备用发电系统包括四个2250 kVA (1800 kW) Cat 3616B柴油发电机组，用于防止公用设施故障。发电机以“n+1”配置工作，以便在一组不可用时继续全面覆盖医院电力需求；例如由于停电时的维修。发电机通过HV 配电板连接到医院供暖和通风电力系统。与CHP 系统一样，主控制面板提供系统的图形概览。一旦服务被认为恢复正常，将完全自动地恢复到市电。通过与公用设施供电断开连接，该系统每月进行一次测试。

案例4 – 垃圾填埋场应用[5]

垃圾填埋气体能源是解决环境问题的理想解决方案：它将滋扰废物变成具有实际用途和经济价值的产品。它是北美发电组合中一个重要且不断增长的组成部分。预计到2025 年，城市固体废物和垃圾填埋气体的产量将增加到约310 亿千瓦时 [6]。虽然美国在这一类别中处于领先地位，但填埋气体在全球范围内均有供应，如下图所示 [7]。

垃圾填埋气体 (LFG) 是有机废物在垃圾填埋场中分解而自然产生的。LFG 由约50%的甲烷、约50%的二氧化碳和少量的非甲烷有机化合物组成。在大多数城市固体废物填埋场，甲烷和二氧化碳在气体收集和控制系统或公用设施火炬中被破坏。然而，为了使用LFG 作为替代燃料，需使用一系列井和真空系统从垃圾填埋场提取气体。管道被深深插入垃圾填埋场，为垃圾填埋气体提供释放点。然后在管道中施加轻微的真空，以将气体吸入管道并通过管道到达中心点，在那里可以对其进行加工和处理以用于发电，从而取代对传统化石燃料的需求。以下是来自世界各地的一些例子，说明垃圾填埋场配置中LFG 如何通过发动机发电机组 (见图4) 产生电力。

加拿大不列颠哥伦比亚省维多利亚市的Hartland 垃圾填埋场

垃圾填埋场接收来自大约40 万人口的城市固体废物。在发电系统上线之前，垃圾填埋气体已经燃烧。位于阿尔伯塔省卡尔加里的独立电力生产商Maxim Power公司安装了填埋气体能源系统 (见图6)。正在向BCHydro 出售作为该公司绿色电力计划的电力输出 (连续运行功率为1.6 兆瓦) 。

中国香港新界东南垃圾填埋场

该填埋场由绿谷垃圾填埋有限公司运营，于1997 年安装了两台Cat G3516 垃圾填埋发电机组。每台机组的额定功率为970 kW，为垃圾填埋场基础设施和现场污水处理厂提供1.9 MW 的连续功率 (见图7)。这些机组与当地公用设施并行运行，将多余的电力输出到电网。发电机组配有超大型散热器，以补偿热带的高温和高湿。

除了将这种粪便分解产生的甲烷和二氧化碳释放到大气中之外，还可以对甲烷进行提取，并在农场中的沼气池、加热器或其他气体消耗装置 (包括燃气发动机)中燃烧。除了畜牧场外，其他农业经营也为沼气生产提供了机会。

例如，生产淀粉的木薯加工厂在中国、印度和印度尼西亚很常见，可能利用沼气作为电力。通过利用沼气资源，这些工厂不仅可以避免购买重质燃料油和电力的成本，还可以回收宝贵的土地，否则这些土地将被用于净化工厂的废水，并且几乎消除了由大规模有机物分解造成的气味和虫害问题。

作为这种DG 应用的一个例子，让我们考虑一下泰国罗勇的Nong Rai 农场。该农场与CP 集团合作，CP 集团是泰国最大的食品供应商之一，并为30,000 多头生猪提供饲养供应。Nong Rai 农场消耗大约200 kW 的功率用于鼓风机、干燥系统和与其运行相关的其他辅助需求。由猪产生的粪便通过管道输送到沼气池 (见图8)，在沼气池中产生沼气，用于为发电机组提供燃料，从而为Nong Rai 农场的所有电力需求提供足够的电力。

案例5 – 沼气应用[8]

沼气是通过有机废物的自然厌氧分解或发酵产生的，例如粪肥、城市固体废物、可生物降解的废物或厌氧环境中的任何其他可生物降解的原料。沼气主要由甲烷 (50-80%) 和二氧化碳 (20-50%) 组成。可以从几乎任何来源提取沼气以用于商业用途。例如，一些畜牧场或大型饲养场使用泻湖储存牲畜产生的粪便。

甲烷一旦释放到大气中，就会在大气中存留大约15 年。它是一种温室气体，估计全球变暖潜能值为21。这意味着甲烷排放对全球变暖的估计影响相当于二氧化碳影响的21 倍。实施使用CMM 而不是将其排放到大气中的方法将有助于缓解全球变暖，提高煤矿安全性和生产率，并带来收入及节约成本。

目前有多种用于缓解CMM 的方法，包括往复式燃气发动机、燃气轮机、工业锅炉和熔炉以及化学处理。其他技术如催化系统和燃料电池也正在开发中。接下来介绍这种DG 应用类型的两个示例，其中CMM 被隔离并且用作往复式燃气发动机发电机组的替代燃料。这是一种成熟且经过验证的技术，可有效减缓温室气体排放。

案例6 – 煤矿甲烷 (CMM) 应用[9]

甲烷 (CH4) 向环境中的人为释放及其全球变暖潜力继续引起全球关注。甲烷可以通过天然存在的来源释放到大气中：垃圾填埋场分解、农业、天然气和石油开采系统以及煤炭开采活动。大约8%的人为甲烷排放来自煤矿[10]。

在全球范围内，煤矿每年排放约4 亿公吨或280 亿立方米的二氧化碳当量。这个数量相当于消耗了8.18 亿桶石油或6400 万辆乘用车的二氧化碳排放量。1994 年至2005 年间，美国的排放量减少了20%以上，这在很大程度上是由于煤炭开采业的废气回收利用率提高了。中国在煤矿甲烷方面处于全球首位，每年排放的二氧化碳约为140 亿立方米，2004 年的测量结果估算出当年排放近2 亿公吨。除美国和中国外，其他主要排放国包括乌克兰、澳大利亚、俄罗斯和印度。

澳大利亚的Appin 和Tower 煤层能源项目

Appin 和Tower 项目 (见图9) 是世界上最大的煤层气能源系统之一，也是世界上最大的发动机发电机组之一。Appin 和Tower 项目每天从澳大利亚新南威尔士州的两个独立矿场消耗600,000 立方米的煤层气。Appin 和Tower 项目使用90 多台Cat G3516 稀燃发电机组，每台发电机组可产生1,030 kW 的连续功率，在必要时补充天然气。截至2008 年夏天，大多数机组已完成超过80,000 小时的运行。

中国山西省晋城市四合煤矿

在中国山西省晋城市四合煤矿，60 台CAT G3520C 发电机组采用低能耗燃料组件利用的CMM 运行 (见图10)。CAT G3520C 在标准工作条件下以1500 转/分的速度运行，连续额定值为1,966 EKW。开放式燃烧室设计允许其使用仅5 至35 KPA (0.7 PSI 至5 PSI) 的低压气体供应运行。低增压压力要求降低了通常在低能量燃料环境中产生的燃料处理系统的安装成本。

完全投入使用后，六十台发电机组将产生超过108 MW 的电力。此外，废气将被回收并用于驱动蒸汽轮机，以产生额外的12 MW 电力。最终的生产目标是总共120 MW 的夹套水热量回收，用于热水生产。该项目是世界上同类项目中规模最大的项目。