微型热电联产在游泳池项目中的应用研究（二）_石油与能源动力论
位于美国底特律的stm动力公司经过20年的努力，在传统斯特林发动机的基础上，结合先进技术成果，成功地研制了新一代外燃机。
外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，因它是在1816年为苏格兰的r.斯特林所发明，故又称斯特林发动机。新型外燃机气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换，避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效律、低噪音、低污染和低运行成本。stm4-120型25kw级机组的发电效率为29.6%，高于同容量的内燃机和燃气轮机。设备也可以直接插在380v三相交流电插座上并入用户电网运行。
stm外型照片
stm外燃机性能
| 发电输出功率 | kw | 25 |
| 效率 | % | 29.6 |
| 供热功率 | kw | 44 |
| 供热效率 | % | 52.1 |
| 燃料消耗量 | mj | 304.05 |
| 功率输出总量 | kw | 69 |
| 热电总效率 | % | 81.7 |
| 转速 | rpm | 1800 |
| 尺寸（长/宽/高） | cm | 201/76/107 |
| 大修周期 | hrs | 50000 |
| 设备寿命 | 年/hrs | 20/150000 |
| 氮氧化物 | ppm | 8 |
| 噪音 | 分贝 | 68 |
stm4-120外燃机内部结构破面图
经济性能：
将微型燃气发电设备应用在游泳池中，大家最关心的问题是经济上有没有好处，能不能节约能源费用。进行经济性研究的基本前提条件如下。
基本条件
| 电价 | 元/kwh | 0.660 |
| 热价 | 元/kwh | 0.214 |
| 燃气价 | 元/m3 | 1.80 |
| 燃机造价 | 元 | 980,577 |
| 利用时间 | hrs/年 | 4576 |
1、 微型燃气轮机：微燃机在游泳池中应用的主要投资是设备造价，其他方面只需要利用现有系统即可。影响设备造价的因素很多，由于设备小可以布置在现有天然气锅炉房内，也可以放置在水泵间等地方，或者布置在室外。如果能够从天然气高压调压站接气，压力只要超过5.5公斤，就可以减少天然气压缩机的投资；如果是学校或研究单位，可以申请减免进口税。
tg80全额设备价格
| 微型燃气轮机（回热） | 英镑 | 50,000.00 |
| 燃气压缩机 | 英镑 | 4,000.00 |
| 备件 | 英镑 | 2,000.00 |
| 合计 | 英镑 | 56,000.00 |
| 美元 | 81,200.00 | |
| 人民币 | 672,336.00 | |
| 进口税率 | % | 9.4 |
| 增值税率 | % | 17 |
| 税后 | 人民币 | 860,576.63 |
| 运输安装调试 | 人民币 | 120,000.00 |
| 合计 | 人民币 | 980,576.63 |
微型燃气轮机今年的造价加进口税和运输安装费用，预计造价最高在100万人民币之内。该设备每年还会逐步大幅度降低，预计今年将下降到800美元/kw，今年将降至700美元，如果在中国组装生产，造价将下降到500美元以下。设备大修周期为3万小时，总寿命20年，因此造价对成本的影响不大。影响最大的因素是天然气成本，1268号文件《关于发展热电联产的规定》中要求城市燃气部门对热电联产项目的气价给予优惠。北京燃气集团公司已经召集了相关会议，准备对热电联产项目给予优惠气价，冬季5个月1.8元/立方米，夏季7个月气价为1.4元/立方米。
热电联产项目天然气应用价格
| 冬季气价 | 元/m3 | 1.8 |
| 冬季周期 | 月 | 5 |
| 夏季气价 | 元/m3 | 1.4 |
| 夏季周期 | 月 | 7 |
| 应用气价 | 元/m3 | 1.5667 |
微燃机经济性分析
| 序号 | 项目 | 单位 | 回热循环 | 单循环 | 直燃机-购电 |
| 1 | 单机发电出力 | kw | 75.90 | 72.94 | |
| 2 | 发电效率 | % | 26 | 12.86 | |
| 3 | 发电效率 | % | 5.65 | 6.30 | |
| 4 | 单机供暖功率 | kw | 150 | 425 | 425 |
| 5 | 供暖效率 | % | 51.38 | 74.91 | 87 |
| 6 | 单机燃料消耗量 | kwh | 292 | 567 | 488.51 |
| 7 | 天然气耗量 | m3/hrs | 30.13 | 58.56 | 50.42 |
| 8 | 设备单机造价 | 元/unit | 980,576.63 | 980,576.63 | |
| 9 | 天然气价格 | 元/m3 | 1.57 | 1.57 | 1.8 |
| 10 | 燃料成本 | 元/hrs | 47.20 | 91.74 | 90.75 |
| 11 | 电价 | 元/kwh | 0.66 | 0.66 | |
| 12 | 发电收入 | 元/hrs | 50.09 | 48.14 | |
| 13 | 热价 | 元/kw | 0.2135 | 0.2135 | 0.2135 |
| 14 | 热收入 | 元/hrs | 32.03 | 90.75 | 90.75 |
| 15 | 运行费用支出 | 元/hrs | 3.42 | 3.28 | |
| 16 | 设备折旧周期 | hrs | 90000 | 90000 | |
| 17 | 折旧费 | 元/hrs | 9.81 | 9.81 | |
| 18 | 总收入 | 元/hrs | 82.12 | 138.89 | 90.75 |
| 19 | 总支出 | 元/hrs | 60.42 | 95.02 | 90.75 |
| 20 | 毛利润 | 元/hrs | 21.70 | 43.87 | 0.00 |
| 21 | 设备偿还时间 | hrs | 45185 | 22353 | |
| 22 | 预计年设备利用小时 | hrs | 4576 | 4576 | |
| 23 | 微燃机偿还周期 | 年 | 9.87 | 4.88 | |
| 24 | 节约开支 | 元/年 | 99,306.48 | 200,743.05 | - |
微型燃气轮机尽管造价比较高，每年平均可以节约10-20万元人民币，完全可以消除由于能源费用带来的亏损问题。但是，就设备利用而言，供热量越大，效率越高，经济性越好，所以最好由燃气热电联产设备担任供热的基本负荷。
tg80 工况变化与设备投资回收关系分析
| 回热率 | % | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| 发电机出力 | kw | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 |
| 输出电力 | kw | 75.90 | 75.65 | 75.39 | 75.16 | 74.93 | 74.64 | 74.35 | 74.03 | 73.70 | 73.32 | 72.94 |
| 燃气压缩机用电 | kw | 4.1 | 4.36 | 4.61 | 4.84 | 5.07 | 5.36 | 5.65 | 5.98 | 6.3 | 6.68 | 7.06 |
| 发电效率 | % | 23.04 | 21.69 | 20.34 | 19.37 | 18.40 | 17.38 | 16.36 | 15.46 | 14.56 | 13.71 | 12.86 |
| 排烟温度 | oc | 278 | 315 | 352 | 389 | 426 | 455 | 484 | 516 | 547 | 581 | 615 |
| 余热回收量 | kw | 150.00 | 183.00 | 216.00 | 246.50 | 277.00 | 300.00 | 323.00 | 347.50 | 372.00 | 398.50 | 425.00 |
| 供热效率 | % | 45.53 | 52.28 | 58.28 | 63.37 | 68.01 | 69.62 | 71.07 | 72.33 | 73.47 | 74.23 | 74.91 |
| 热电综合出力 | kw | 225.90 | 258.65 | 291.39 | 321.66 | 351.93 | 374.64 | 397.35 | 421.53 | 445.70 | 471.82 | 497.94 |
| 热电综合效率 | % | 68.57 | 73.98 | 78.63 | 82.74 | 86.40 | 87.00 | 87.42 | 87.79 | 88.02 | 87.93 | 87.76 |
| 燃料消耗量 | mj/hrs | 1186 | 1260 | 1334 | 1400 | 1466 | 1551 | 1636 | 1730 | 1823 | 1933 | 2043 |
| 天然气耗量 | m3/hrs | 34 | 36.13 | 38.25 | 40.15 | 42.04 | 44.48 | 46.91 | 49.59 | 52.26 | 55.41 | 58.56 |
| 发电收入 | 元/hrs | 50.09 | 49.93 | 49.76 | 49.61 | 49.45 | 49.26 | 49.07 | 48.86 | 48.64 | 48.39 | 48.14 |
| 供热收入 | 元/hrs | 32.03 | 39.08 | 46.12 | 52.63 | 59.15 | 64.06 | 68.97 | 74.20 | 79.43 | 85.09 | 90.75 |
| 燃料成本 | 元/hrs | 53.27 | 56.60 | 59.93 | 62.89 | 65.86 | 69.68 | 73.49 | 77.68 | 81.87 | 86.81 | 91.74 |
| 运营成本 | 元/hrs | 3.42 | 3.40 | 3.39 | 3.38 | 3.37 | 3.36 | 3.35 | 3.33 | 3.32 | 3.30 | 3.28 |
| 小时收益 | 元/hrs | 25.44 | 29.00 | 32.56 | 35.96 | 39.37 | 40.28 | 41.20 | 42.04 | 42.88 | 43.37 | 43.86 |
| 设备回收周期 | hrs | 38544 | 33812 | 30115 | 27266 | 24909 | 24342 | 23799 | 23324 | 22866 | 22608 | 22356 |
| 设备回收周期 | 年 | 8.42 | 7.39 | 6.58 | 5.96 | 5.44 | 5.32 | 5.20 | 5.10 | 5.00 | 4.94 | 4.89 |
2、 燃气外燃机：外燃机体积更小，应用更为简便易行。stm的价格每年都会大幅度下降，今年国际价格为1000美元/kw，今年预计下降到800美元，今年估计将会下降到500美元。stm公司在今年在中国生产这一设备，价格下降余地将会更大。
stm适用于大型游泳池的淋浴水加温系统，或者小型游泳池的池水加温。可以2-4台以上联合使用，提高调节灵活性。由于发电效率高，大修周期更长，经济性更突出。
外燃机全额设备价格
| 燃气外燃机今年价格 | 美元 | 25,000.00 |
| 人民币 | 207,000.00 | |
| 进口税率 | % | 9.4 |
| 增值税率 | % | 17 |
| 税后 | 人民币 | 264,955.86 |
| 运输安装调试 | 人民币 | 20,000.00 |
| 合计 | 人民币 | 284,955.86 |
外燃机经济性分析
| 项目 | 单位 | stm外燃机 | 燃气锅炉 |
| 造价 | 元 | 284,956 | |
| 发电输出功率 | kw | 25 | 0 |
| 发电效率 | % | 29.6 | |
| 供热功率 | kw | 44 | 44 |
| 供热效率 | % | 52.1 | 85 |
| 热电综合效率 | % | 81.7 | 85 |
| 电价 | 元/kwh | 0.66 | |
| 电收入 | 元/hrs | 16.5 | |
| 热价 | 元/kwh | 0.2186 | 0.2186 |
| 热水加热费 | 元/hrs | 9.62 | 9.62 |
| 单位维护费 | 元/kwh | 0.045 | |
| 维护成本 | 元/hrs | 1.125 | |
| 燃耗 | kwh | 84.46 | 51.76 |
| 小时天然气消耗 | m3 | 8.72 | 5.34 |
| 天然气价格 | 元/ m3 | 1.567 | 1.800 |
| 天然气费用 | 元/hrs | 13.66 | 9.62 |
| 折旧周期 | hrs | 100,000 | |
| 折旧费 | 元/hrs | 2.85 | |
| 收入 | 元/hrs | 26.12 | 9.6162 |
| 支出 | 元/hrs | 17.63 | 9.6162 |
| 收益 | 元/hrs | 8.49 | 0.00 |
| 年设备利用时间 | hrs | 4576 | |
| 投资回收周期 | 7.34 | ||
| 节约开支 | 元/年 | 38,830.52 | |
研究结论：
将游泳池项目采用微型燃气热电联产可以大幅度节约能源费用，经济效益明显。采用燃气热电联产环境效益也非常突出，微燃机的氮氧化物排放25ppm，外燃机8ppm，而燃气锅炉在150ppm以上。使用微型燃气热电联产需要一个社会化的服务系统，对安全运行提供保障和技术支持。目前，北京群鹰公司和北京燃气集团正在筹建这类公司，为客户提供运行服务。国外已经有不少体育中心和游泳池采用了这一技术，经济效益良好。
上述两种设备都不能完全满足游泳池的全部需求，可以采用部分太阳能热水器和利用游泳池排水中余温的水源热泵来生产和回收热能，对不足部分进行补充。同时，采用蓄热技术，使能源需求与供应实现平衡。
作者通讯地址：北京西城区宣武门西大街甲129号金隅大厦15a11 邮政编码：100031
电话：（010）66416688转8377 传真：（010）86631052
网址：www.china5e.com 电子信箱：falconh@public3.bta.net.cn