来自发电机组的废气被氮氧化物 (NOx)、一氧化碳 (CO) 和未燃烧的碳氢化合物 (CnHm) 洗涤。选择性催化还原 (SCR) 和氧化催化剂系统在将这些气体释放到大气中之前 将它们转化为纯CO2。而75%的CO2 通过管网重新作为 有机肥料引入种植蔬菜的根部结构中。二氧化碳流有助 于将作物重量提高20%。整个系统的简单财务回报约为 三年半。

低强度热电联产

热电联产不仅限于可最大限度提高电力和热量产量 的高度工程化的系统：简单且精心设计的热回收可 以提高许多电力项目的经济性，只需要适度的额外 投资。几乎所有需要大约1,000 或更多年运行小时 数的应用都提供了经济热回收的潜力。唯一的要求 是回收的热量值超过热量回收和控制机制的附加成 本。

发动机冷却回路的热量回收非常简单：根据发动机 夹套水温度，壳管式或板框式热交换器可产生82° 到99° C (180° 到210° F) 的水。这些水可用于包括空 间或生活用水加热、轻型生产过程加热、锅炉冷凝 水或补给水预热，以及空调、工艺冷却和干燥剂除 湿等用途。

在每种情况下，重新获得的热量取代了燃料或公共 电力的一些成本。如果回收的热量在峰值电力负载 期间支持能量需求，则总需求和因此所需的费用也 减少。

低强度、有限工况热电联产的例子包括：

• 商业楼宇 - 办公楼可以在工作时间内经济有效地 运行发电机组，从而避免了公共设施的最高使 用时间率。如果从夹套水热交换器回收的热量 可以部分抵消空间加热、水加热或除湿的燃料 成本，则投资回报就会提高。
• 轻工业 - 拥有现场发电机组的小型或中型制造商可 在发动机冷却系统回路中安装热交换器，配以具有 恒温控制的分流阀，以调节流向设备内负载的流量， 从而经济地满足变化的热水需求。
• 服务业 - 酒店可方便地将热量回收用于家庭热水、 洗衣店、厨房或游泳池加热器。在夏季，回收的热 量可以为吸收式制冷机或干燥剂除湿机提供空调功 能。
• 食品加工 - 食品生产商可以回收废气和夹套水的 热量，以产生低压蒸汽，用于轻工艺负荷，如烹 饪或发酵面团，或生产热水进行清洁和消毒。根 据热负荷的大小和特性，即使热需求是周期性的 或季节性的，这种系统在单班或多班服务中也可 以具有成本效益。

发动机技术非常适合热电联产

燃气发动机技术的进步对于热电联产的进步至关重要。 从本质上讲，燃气发动机可以很好地用作隔离或并网 的现场电源。它们具有高功率密度和低单位功率初始 成本，并且安装快速、简单。燃料和运营成本具有竞 争力；排放清洁；在世界各地拥有大量训练有素的合 格技术人员，随时为您提供服务。

基本的发动机技术非常可靠，正常运行时间可达98%， 包括所有维护和维修。发动机可轻松处理全部或部分 负载，可承受各种高度和环境条件，并可快速联机。 最新的发动机在比传统单元小50% 的空间内产生高功 率输出，可轻松安装在小型发动机室或集装箱发电厂 中。

燃气发动机非常适合在热电联产服务中采用精炼天 然气和丙烷以及具有可变热值和纯度的燃料运行。 垃圾填埋气体、农业沼气和废水处理厂沼气可能产 生含有腐蚀性化合物的废气，要求废气热交换器采 用不锈钢表面，但液体冷却回路的热量回收系统不 需要特殊修改。其他特殊气体，如焦炉煤气和煤矿 甲烷，也是可行的热电联产燃料。

最新的发动机在全球多种应用中得到了验证，采用 各种基于数字微处理器的监控技术，包括：

• 基于增压空气密度的空/燃比控制，无论空气温 度和湿度如何变化，在所有环境和负载条件下 将NOx 排放保持在最严格的可用容差范围内
• 基于全电子管理 (TEM) 系统的空燃比控制，优 化发电机组性能，测量每个气缸的温度并调节 燃烧，以最小化燃料消耗和发动机排放，并防 止爆震。
• 控制系统策略可配置为控制除发动机本身以外 的功能，如散热器电机、断路器和系统，甚至 是一套完整的热电联产设备
• 爆震检测通过各个气缸的自动控制功能实现， 从而在发生爆震时延迟正时

这些发动机的进气系统设计能够实现高效气流并最大 限度地减少增压空气热量，增加气缸的空气/燃料充注， 以获得最佳性能。开放式气缸设计和低压燃油系统 (0.35-35 kPa (0.5 to 5 psi)) 消除了对燃料压缩撬装体的 需求，以及撬装体的后续成本和持续的运营费用。发 动机技术的其他进步包括：

• 优化的空气和废气流 - 进气和排气系统均经过调 校，可实现高效的层流。一种名为脉冲能量高 级回收管路 (PEARL) 的技术使用流量优化的排气 管，将恒定的排气质量流输送到涡轮增压器。 每个PEARL 模块抽空两个气缸的排气。排气流 量定时，以使涡轮增压器在发动机的整个工作 负荷范围内保持最佳速度运转。精确的点火正 时，燃料质量变化时由气缸自动调节，增强整 个过程。
• 米勒循环 - 燃烧循环中的这种调节本身将燃料效 率提高了约一个百分点。米勒循环不同于更传统 的奥托循环，因为进气门不是在活塞到达下止 点时关闭，而通常是在下止点之前10 到15° 位置关闭 (在进气门提前关闭的版本中)。在进气 门关闭的情况下活塞继续向下时，空燃混合物膨 胀并冷却，从而增加爆震余量。这使得压缩比达 到更高的14:1 或15:1，而奥托循环的压缩比仅为 11:1 或12:1，从而提高了燃油效率。
• 高能点火 - 预燃烧室火花塞技术通过优化的火花塞 几何形状得到改进。这些火花塞允许空气和燃料通 过小孔进入，并且在点火时通过相同的孔喷出火焰。 高能点火与预燃烧室火花塞技术相结合，使发动机 能够以非常稀薄的燃料混合物运行，而不会有稀燃 失火的风险，从而在极长的寿命期内保持高功率输 出和低排放。

定制方案

近年来，成品发动机的替代方案已经出现，采用为应用 类型定制的单个发电机组的形式。在这种模式中，用户 不是根据公布的额定值和价格表购买发动机和附件包， 而是提供预备使用的燃料的样本，描述环境条件和海拔 高度，并指定应用类型和关键运行目标 (例如，最高燃 油经济性、最低排放、大负载能力等)。然后，制造商 会采用定制方式设计符合这些标准的燃气发动机发电机 组系统。

定制的范围相当大：例如，应用工程师可以选择各种压 缩比、针对特定燃料类型设计的活塞、不同的涡轮增压 器和喷嘴环配置，以及现场特定的空气系统操作和发动 机正时图。定制机组在发动机技术方面取得了进一步发 展，扩大了发动机控制的极限，并达到了效率的新高度 ——单个发电机组的电效率高达44%，热电联产或三联 产业务的总设备效率高达90%。优点包括：

降低维护成本

这些技术进步的优点之一是有助于在维护间隔方面创 造新的典范。火花塞更换和换油的间隔时间相同，为 4,000 小时，即大约连续运行6 个月，是传统技术预期 间隔的两倍多。经过大约8 个小时的计划停机维护后， 发动机将为接下来运行六个月做好准备。气缸盖大修 间隔大约为32,000 小时，总成大修间隔大约为 64,000 小时 (含有污染物或杂质的燃料可能需要较短的 间隔)。

通过降低机油消耗进一步降低运营成本：发动机技术创 新已将机油消耗降低了一半，对于额定功率为2 MW 的 20 缸发动机发电机组而言，每年可节省1890 升 (500 美 制加仑)，约每年一万美元。

经济决策

每个热电联产项目都归结为经济学问题：节约能源成本 以及发电带来的收入能否为设备投资提供足够的回报？ 一般来说，在以下方面前景最有利：

• 公用电力成本相对较高
• 燃油价格相对较低
• 系统将以高电力和热负荷系数运行
• 在某一天实现电力和热负荷重合
• 现场要求高可靠性和电能质量
• 热电联产系统可以兼作备用电源

低成本“机会燃料” (如厌氧消化池或垃圾填埋 气体) 的可用性通常会提高经济效益。对能源自 给自足的废水处理厂而言，沼气燃料热电联产是 满足其不断增长的需求的关键因素。

在探索项目设计方案时，发动机燃油效率只是众多考 虑因素之一。例如，排量因素——发电机实际实现的 总理论输出的百分比可能远远超过燃料节省。此外， 如果高效率的代价是从更频繁的维护或发动机灵敏度 到燃料可变性或质量导致停机时间增加，或者如果在 更高的环境温度下性能下降，那么项目经济性就会受 到影响。在某些情况下，其他发动机特性 (如低排放 或对大负载的快速响应) 也可能比燃油经济性更重要。

检查可行性

对于大多数热电联产项目的开发，需要专业的知识来 确定如何最好地在现场部署设备并评估项目经济性。 因此，在进行全面可行性研究之前，首先要检查致命 的缺陷——物理或成本障碍会使项目变得不切实际。 例如：

• 是否无法获得空气质量许可证或者代价高昂？
• 是否难以确保持有排放冷却水或冷凝水的排污 许可证？
• 现场的可用空间是否太小，无法容纳发动机和 热回收设备？
• 天然气服务是否需要进行成本高昂的升级以提 供必要的燃料？
• 设施的电力基础设施是否不足以分配所产生的 电力？
• 如果项目成功要求将产生的多余电能输出到电 网，那么当地的公用事业政策是否会排除此类 销售？

如果可以向本地公用事业公司输出电力，那么 电力购买价格是否太低而无法实现盈利运营？

如果其中一个或多个问题的答案为否，那么您需要考虑 解决问题对项目经济性的影响以及该决议对项目可行性 的影响。

如果没有明显的阻碍，那么下一步就是高度关注项目经 济性。这涉及估算和叠加每千瓦时的组件成本和节省的 费用 (或收入) 以获得净收益。本地发电设备经销商可以 是合理的、基于经验估计的良好来源。主要成本组成部 分是：

• 燃料 – 通常是最大的一项，占项目运营成本的 60%到80% (除非有“机会燃料”可用)
• 资本回收 – 设备投资的本金和利息
• 运营和维护 – 日常运营、定期保养和维修的人 员配置、组件和供应

从这些成本的总和中扣除热信用额，就是可回收热量 的经济价值。这通常通过查看用更高效的系统替换现 有热力系统的每千瓦时成本来完成。如果由此产生的 每千瓦时的总净成本明显低于电力的零售价格，包括 需求费用，那么该项目可能值得通过工程研究进一步 调查。

在分析中，必须详细了解公用电力成本，包括高峰期 和非高峰期的电价，高峰期和非高峰期的需求费用， 待机费用和任何非可用性罚款，以及当地公用事业或 政府实体现有或未决的热电联产奖励措施。

理想情况下，项目应与当地公用事业公司建立合作关 系。例如，能够降低用户总体能源成本同时帮助公用 事业公司限制其电网峰值需求的项目可以实现双赢， 甚至可能从提高经济回报的公用事业激励中获益。

热电联产系统的另一个好处是它可以作为备用电源 (尽 管不适用于关乎生命安全的电力负载，例如可用于需 要柴油待机和现场燃料储存的医院操作室)。在当今关 注排放的环境中，天然气燃料备用发电机的需求正在 快速增长。安装这种系统用于并联热电联产并长时间 或连续运行，能够在提供电力安全性的同时产生收益。

选择合作伙伴

很少有组织拥有内部专业知识来规划和实施热电联产项 目。设备供应商和顾问可以通过设计、融资、建设、运 营和维护为项目规划提供重要支持。

合适的项目合作伙伴应该对热电联产有深刻的认识，并 且有完成盈利项目的记录。快速的服务响应时间、及时 的备件交付以及高效的维修和大修服务至关重要——基 于本地的服务和技术支持可帮助确保项目得到正确运行 和维护，从而防止意外停机，优化收入和节约成本。

理想的合作伙伴为每个项目阶段提供单一来源支持，包 括设计、构建和运营项目的交钥匙能力。一个有吸引力 的选择是，与设备供应商签订一份完整的多年维护和服 务合同。这样能够确保周到的配件供应、维护和维修服 务，通常能够以固定的、可预测的月费或年费保证合同 规定的正常运行时间。

融资是任何热电联产项目的重要组成部分。有多种选 择，包括整个项目的建设和定期债务融资——发电系 统、热回收设备、电气开关设备以及控制装置、辅助 设备和建筑物。

最佳时机

很少有市场条件对现场燃气动力热电联产更有利的情 况。工业和商业设施、机构、公用事业公司、食品加 工设施和其他大型电力用户和生产商应该利用当今的 燃气发动机技术探索热电联产的经济可能性。