一、節(jié)能的需要
1、進入21 世紀(jì)以來，隨著工業(yè)的發(fā)展、機電設(shè)備的不斷更新，工業(yè)用電的大幅度增加，能源緊缺以及各地工業(yè)用電的限制日益突顯。據(jù)統(tǒng)計，全國80%省份的工廠都受到工業(yè)限電，錯開高峰用電生產(chǎn)的困擾。而目前大部分北方城市都有現(xiàn)成的天然氣，同時西氣東輸二線的開展，無疑使南方城市天然氣資源也變的更具規(guī)模，而作為雙燃料發(fā)電機組燃料之一的天然氣需要的附加成本較低，只需要簡單處理即可滿足發(fā)電機組的工作需要。我公司開發(fā)雙燃料發(fā)電機組，利用天然氣資源代替大部分柴油作為發(fā)電機組的燃料，可有效降低成本、獲取更大經(jīng)濟效益。
2、市場需要的中大功率雙燃料發(fā)電機組在國內(nèi)開發(fā)和應(yīng)用較少，但從能源需求的情況來看，雙燃料發(fā)電機組存在一個巨大的潛在的市場�？紤]設(shè)備維修和更新需求以及國際油價持續(xù)走高等因素，雙燃料發(fā)電機組必定成為新一代主流發(fā)電設(shè)備，并且擁有較低的改造成本以及較大的節(jié)能優(yōu)勢。同時避開了氣源不豐富以及氣源緊張的威脅，雙燃料模式擁有純柴油模式以及雙燃料模式。
二、雙燃料發(fā)電機組的優(yōu)點
1、可以節(jié)省大量的柴油消耗，有效降低成本。雙燃料發(fā)電機組在雙燃料工作狀態(tài)時，額定功率與純柴油工作狀態(tài)下相當(dāng)，其動力性與原柴油機相同。在高負(fù)荷工況時，天然氣替代率可達到70%。
2、無天然氣時，完全可以轉(zhuǎn)換到純柴油工作模式。
3、通過降低廢氣排放量，改變大氣質(zhì)量，維護自然生態(tài)，改善人們
的生活環(huán)境。
三、雙燃料發(fā)動機的配置情況
1、結(jié)構(gòu)開發(fā)
該系統(tǒng)由天然氣供氣系統(tǒng)，柴油供油系統(tǒng)及電子控制系統(tǒng)三部分組成。
a. 天然氣供氣系統(tǒng)
天然氣供氣系統(tǒng)采用氣缸外進氣道預(yù)混合供氣方式，如圖所示。發(fā)電機組的天然氣供應(yīng)一般而言都是低壓供氣（壓力通常為2-5bar）。減壓器將壓力降低到工作壓力（0.5bar—0.2bar），由流量調(diào)節(jié)閥控制氣體進入發(fā)動機的氣量�？諝饨�(jīng)過空氣過濾器之后，和天然氣在混合器里開始混合，一起經(jīng)過增壓器，中冷器最后到達進氣歧管，分配進入氣缸燃燒。
b. 柴油供油系統(tǒng)
將原柴油供油系統(tǒng)完全保留，將原高壓油泵的調(diào)速器手柄通過一連桿和電控執(zhí)行器相連接，柴油量的調(diào)節(jié)是靠ECU 控制電控執(zhí)行器的位移/角度來實現(xiàn)的。電控執(zhí)行器上同時安裝有位移/角度傳感器，可以實現(xiàn)對油泵齒條位移的閉環(huán)控制。
c. 電子控制系統(tǒng)
電控系統(tǒng)主要包括電控單元ECU，傳感器，執(zhí)行器及線束等。通過電控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)工況判斷（啟動，怠速，額定轉(zhuǎn)速，超速等），工作模式選擇（純柴油模式，雙燃料模式）及兩種模式下的電子調(diào)速，MAP 修正（天然氣氣量，柴油油量，替代率），在線匹配控制參數(shù)和故障診斷等功能。
四、柴油-天然氣雙燃料系統(tǒng)原理
1）天然氣由管道天然氣或者高壓氣瓶組減壓后（由20MPa 降低到0.1MPa）進入電磁閥，然后經(jīng)低壓調(diào)壓閥再次減壓（0～0.5kPa）、穩(wěn)壓后通過燃氣控制閥蝶門進入混合器，在混合器內(nèi)天然氣與空氣按一定比例混合，混合氣經(jīng)增壓中冷后進入進氣總管，最后到達各氣缸內(nèi)。當(dāng)發(fā)動機出現(xiàn)故障或發(fā)動機熄火時，電磁閥自動切斷天然氣的供給。柴油由原發(fā)動機供油系統(tǒng)噴入氣缸，其供給量由高壓油泵上的機械調(diào)速器自動調(diào)整。由于天然氣參與做功，在相同的負(fù)荷下，調(diào)速器會自動減少柴油的供給量�；旌掀鞑捎梦那鹄锖砉芑旌戏绞�，天然氣的進入量會對空氣的進入量進行一定程度的自動跟蹤，與減壓閥系統(tǒng)共同作用，保證發(fā)動機在各個工況獲得最佳的空燃比，改善發(fā)動機的燃燒過程。
2）燃氣控制系統(tǒng)基本原理
雙燃料發(fā)動機燃氣控制系統(tǒng)采用進口雙燃料控制器，控制器采集發(fā)動機進氣管的壓力和溫度信號，通過這兩個信號計算出發(fā)動機的負(fù)荷信號，在控制器內(nèi)部存儲根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號決定的燃氣調(diào)節(jié)閥MAP 圖參數(shù)，并不斷向執(zhí)行器發(fā)出指令，控制天然氣的流通面積。發(fā)動機運行過程當(dāng)中，燃氣調(diào)節(jié)閥的開度實時地由轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號決定，使發(fā)動機始終處于最佳工作狀態(tài)。
圖1.
圖1.柴油天然氣雙燃料系統(tǒng)基本原理圖
如圖所示，系統(tǒng)是設(shè)計用于改造現(xiàn)有的機械調(diào)速器單機工作的柴油發(fā)動機，通過增加氣體燃料供應(yīng)系統(tǒng)，同時對柴油的油量進行控制，升級為雙燃料系統(tǒng)。通過燃料選擇開關(guān)，可以進行柴油或雙燃料工作模式的切換�？梢詮牟裼湍Ｊ睫D(zhuǎn)換到雙燃料模式，或者從雙燃料模式轉(zhuǎn)換到柴油模式。后者是可以自動進行切換。當(dāng)工作在柴油模式時候，雙燃料控制單元關(guān)閉天然氣控制，切換到僅用柴油工作，此時，與原柴油機一樣進行工作。當(dāng)工作在雙燃料模式時候，柴油被限制在某一固定油量（通常為滿負(fù)荷的20%-30%左右），剩余的動力需求用天然氣來滿足。
五、安全可靠性
1）采用進口控制器,控制可靠、精確，使系統(tǒng)實時處于最優(yōu)狀態(tài)；
2）當(dāng)發(fā)動機出現(xiàn)燃氣供應(yīng)故障時，電磁閥會自動切斷天然氣的供給發(fā)動機自動切換到純柴油工作狀態(tài);
3）在同等負(fù)荷下，雙燃料模式比純柴油模式下的缸溫普遍要低20～30℃，而排溫基本相同，柴油機原有配置的散熱水箱即可達到冷卻效果。
六、泰州市太發(fā)新能源科技有限公司開發(fā)的雙燃料發(fā)電機組
其能實現(xiàn)的基本指標(biāo)為：
1、柴油替代率：50%～70%
2、動力上可保持原柴油發(fā)電機組的水平
3、操作過程跟柴油發(fā)電機組基本相同
4、改裝簡單、成本低、投資回收周期短
七、雙燃料發(fā)電機組模式的經(jīng)濟分析
以下我們以一臺功率為300KW的雙燃料為例，來簡單介紹下雙燃料發(fā)電機組的經(jīng)濟性。我們按發(fā)電機組最經(jīng)濟的運行功率（80%額定功率）240ＫＷ來計算。我們可以得出使用雙燃料發(fā)電機組每天可以節(jié)約的費用。
現(xiàn)目前浙江地區(qū)，柴油價格為7.6元/升;天然氣價格為3.4元/m³。據(jù)統(tǒng)計柴油發(fā)電機組使用1L柴油可發(fā)電3.3度。
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發(fā)電機組功率 |
300KW |
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發(fā)電機組實際發(fā)電功率 |
240KW |
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發(fā)電機組使用柴油時基本參數(shù) |
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每天使用時間 |
10h |
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發(fā)電機組每天消耗柴油L |
727 |
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發(fā)電機組燃料費用 |
5525元 |
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發(fā)電機組使用雙燃料時基本參數(shù) |
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燃料比例 |
30%柴油、70%天然氣 |
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每天柴油消耗 |
218L |
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每天天然氣消耗 |
509m³ |
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發(fā)電機組燃料費用 |
3387 |
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綜合經(jīng)濟效益 |
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發(fā)電機組每發(fā)電1度可節(jié)約費用 |
0.89 |
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每天可節(jié)約燃料費用 |
2136元 |
八、結(jié)論
與單一的柴油發(fā)電機相比，雙燃料發(fā)電機組排放指標(biāo)明顯優(yōu)化，氮氧化物、碳氫化合物和顆粒等有害物質(zhì)均有所降低，排煙情況大幅度改善，具有良好的社會效益。雙燃料發(fā)動機作為節(jié)能環(huán)保的綠色動力，不僅可以替代柴油機以滿足鉆機、移動電站，工業(yè)生產(chǎn)，居民區(qū)等市場對發(fā)電機的需要，降低成本，而且符合國家可持續(xù)發(fā)展的要求。
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