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

2024-11-17 04:49:40 admin

0 引言

颜巴赫是颜巴用世界领先的燃气发电机组制造商，近六十年来，赫快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速启式天数据众多场景。燃气类型涵盖了天然气、动型沼气、往复垃圾填埋气、然气煤层气、发电石油伴生气、机组及垃圾热解气、中心木质气、颜巴用钢铁工业尾气（高炉气、赫快转炉气、速启式天数据焦炉气等）、动型铁合金尾气，往复以及氢气等。然气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。