1.热量和能源

如果用户有热量需求，那么使用同样的能源产生热量和电能，微型燃气轮机可以提高全面的效率。例如，一个洗衣店需要热水和电，微型燃气轮机可以全部提供。很多的微型燃气轮机带有一个热恢复锅炉，可以把水加热到200℉（94℃）。

另外一个例子是依靠天然气加热的热水游泳池。用微型燃气轮机取代天然气锅炉，可以使游泳池利用微型燃气轮机的热量，而其他的设备则可以利用微型燃气轮机发出的电能。

在这些例子中，建立了微型燃气轮机是否能在额定负荷的方式下全负荷运行的研究概念。以这种方式操作微型燃气轮机是最干净和最有效的，因为一些微型燃气轮机在部分负荷时，并不如全负荷燃烧得那么干净。

因为许多商业用户缺乏使用发电设备的经验，所以很多初次应用都是由各种政府机构补贴的示范性项目。最有可能的应用是采用一些可变的、满足人们渴望的需求方案，无论是从微型燃气轮机固有技术品质考虑，还是从其自身的应用可能性，均为最合适的。

在美国印第安那州安哥拉市有一个很好的微型燃气轮机示范应用项目（YM-CA），由美国NiSource能源技术公司实施。该项目采用一个热电联供系统（CHP）。通过该项目，将许多感兴趣的机构联系在一起，共同合作，展示了该技术的最初应用。这些机构包括政府部门、商业界、社会团体及大学等。

YMCA系统包括两台利用天然气发电的60kW微型燃气轮机和换热器。这个系统的副产物（热量）用来补充给家用、游泳池和疗养池的水，同样也会提供取暖功能。该系统还包括一个空气除湿装置。

YMCA系统可产生从夏季所需电量（总负荷的25％），直至冬季所需电量（占总负荷的70％）。YMCA期望能够将整个系统的能耗降低10％。另外，系统的备用性能将会提高YMCA电力系统的可靠性。这种备用性能会作为一个灾难减轻中心存在，这是对YMCA附加的好处。即使是在电力缺乏期间，这种保护使该设备能够为公众服务。

整个社会团体都有希望能从这个方案中直接获益。如果按计划发展，YMCA将会降低整体能耗，并且扩大它为社区提供的服务。这些服务包括将设备作为能源中心来使用。

2.处理废料和副产物甲烷

另外一个成功应用微型燃气轮机的领域，是对废料和副产物甲烷的处理。

甲烷排放主要来源于能源、废料处理、农业，以及工业生产过程。前三种方式分别占2000年美国总甲烷处理量的39％、28％、32％，大约是美国温室气体总量的9％。图6-2示出1990年以来美国甲烷排放。

当燃油、燃气进行反应时，不可避免地要产生一定体积的废气。主要气体排放物的来源是：

1）碳氢化合物的燃烧和排放。

2）燃料燃烧和柴油发电机产生的废气。

3）石油生产中，压缩机给用户输出燃气时产生的废气。

在石油生产中，有一种闪光装置是保证安全的报警装置。这个闪光装置就像一个导航灯，这样大量的废气可以转移到它那里去，然后被迅速安全地燃烧后排放掉。因为操作的原因，这个过程可能会发生在维修过程或者是开、关机过程中。在装置提供相关气体时，闪光灯的数量保持在需求的最小值，以便保证闪光灯一直亮着。

一些地方并不能产生足够的、能满足投资所需要的气体。在这些情况下，气体会被重新注入存储设备，以保持存储设备的压力，并且有些会被燃烧来保证石油的生产率。无论如何，多余的气体必须被烧掉，以保证石油的生产。

图6-2 美国甲烷排放

英国海面工作者协会（UKOOA）的数据显示，1998年，1886572t的天然气被英国海面钻探设备公司烧掉。根据天然气含有的能量和发电机的热效率来计算，这就是烧掉2193GW·h的能量。

燃气轮机的一个最初应用就是替代石油的资源利用，尤其是在一些偏远的、气候恶劣的，并且浪费天然气的地区，这里的微型燃气轮机是自动操作的。在微型燃气轮机之前，使用的是发动机。操作人员希望微型燃气轮机能够比往复式发动机需要的维护少，因为往复式发动机需要经常维护。

在加拿大的Albert，能源费用非常高，而天然气的费用几乎为零，因为在这里天然气被白白放掉了。这种极其巨大的费用差距，促进了微型燃气轮机的发展。虽然微型燃气轮机相对于综合的中心设备来说效率不高，但是“免费燃料”的情况导致了微型燃气轮机很快就被投放到Albert市场。因为能源的费用下降了，Albert的经济费用也下降了。

从这些经历中得到了很多的经验教训。这些应用的大部分是在偏远地区，所以任何差错都会导致在维护上的巨大花费。这个经验告诉微型燃气轮机生产商，应该将他们的机器做得更结实耐用，并且不会轻易出故障。另外，能源燃料的不一致性，给微型燃气轮机的组成结构带来了一些麻烦。

3.垃圾处理时的应用

和能源的再利用相似，掩埋垃圾可以产生沼气，提供免费的能源，然而所产生的甲烷能量含量，比用管道传送来的天然气的要低。以垃圾处理得到的沼气作为燃料的微型燃气轮机，必须能够依靠这种低能量的燃料运行。

在2002年11月，340多项垃圾掩埋生产沼气（LFG）工程在美国开始实行。美国环保署估计，进一步发展计划中另外还有500多个掩埋垃圾生产沼气的工程。目前在美国环保署的资料库里有10项包括微型燃气轮机的工程计划。涉及下面这些城市：亚力桑拉州摩拜市，加利福利亚州的博班市、亚美克市、蒙特利市、马丁尼斯市、伊利罗伊斯州的安提俄克市、印第安拉州的印第安纳波利斯市，以及威斯康辛州的巴纳布市等。典型的垃圾处理如图6-3。

图6-3 典型的垃圾处理

垃圾掩埋法产生沼气的技术和应用，是完全能够理解，因此只会有很小的技术风险。但是其他的因素会影响它的发展。第一个障碍是获得资金为一个垃圾处理生产沼气的工程投资。在一个财政项目中，通常的问题是与工程有关的风险。主要的风险就发生在投资和产生收益之前可能的能源缺乏。

一些垃圾处理的业主和操作者，还没有意识到利用垃圾处理产生沼气的潜力。这在那些没有成熟的垃圾处理沼气工厂或者垃圾管理工厂尤为突出。

同样，目前的重点在于垃圾的减少、重新利用和再循环上而不是垃圾掩埋。从垃圾掩埋法中抽取很多垃圾出去，产生沼气所需垃圾的数量就减少了。

掩埋垃圾产生沼气的技术已经很成熟了，它最大的潜力在于预示了垃圾掩埋法的燃气资源——一个可能存在技术不确定性的领域。很难预知垃圾掩埋法的材料会如何腐烂和会产生多少沼气。将来研究的重点在于垃圾掩埋法技术这一方面的改进上。未来非技术领域的发展需要促进搜集和使用垃圾掩埋产生沼气的环境效应。从长远来看，由于再循环和保存的增长，垃圾掩埋产生沼气资源可能会减少。通过更好的废物管理实践和促进垃圾掩埋产生沼气作为能源，来使现存的和潜在的资源最大化是十分重要的。

1996年，美国洛杉矶Lopez Canyon的垃圾掩埋场，因为能力已经完全发挥完毕而被关闭了，但是由于垃圾的分解，直到现在还在产生甲烷和有毒气体。这些气体不断扩散，导致了数以吨计的NO_x和其他的挥发物被排放到空气中。

现在，Lopez Canyon垃圾掩埋场使用以垃圾或者消化池气体运行的微型燃气轮机。首先垃圾气体被压缩到80lbf/ft²（3830Pa），接着冷却到4.4℃除湿，再将气体保持在－7.8℃，进一步的处理包括把硅氧烷的含量减少到5×10^－9。其他的气体成分在微型燃气轮机的燃烧室中被破坏。在这里使用了50台额定功率为30kW的Capstone C30微型燃气轮机，这是最大的微型燃气轮机装置。(www.daowen.com)

由此产生的另一个想法是使用微型燃气轮机把动物养殖的副产品转化成热和电。在美国加利福尼亚中心海岸附近的一个技术大学，使用一台C30微型燃气轮机和一台换热器把来自学生自己经营的农场产生的沼气，转化成低成本的动力和热量来增加沼气的价值。

污水处理设备也可以使用微型燃气轮机。因为使用微型燃气轮机排放出的热量及提供改良的运行，是污水处理的另一较为经济的应用。一些使用者已改变了以往优先使用的往复式内燃机放的做法，取而代之的是优先采用微型燃气轮机。使用微型燃气轮机有以下好处：

1）降低动力成本及峰电消耗。

2）提供热量来维持发酵所需的温度。

3）使用当地大量的沼气作为燃料。

4）降低沼气燃烧时产生的废气。

美国San Elijo电力公司（SEJPA）和MWH能源公司，率先安装了微型燃气轮机驱动的高转速污水处理设备。他们把这些装备安装在加利福尼亚州圣地亚哥市附近的San Elijo水处理厂。Capstone微型燃气轮机用污水淤泥所产生的沼气发电，功率达到90kW。另外的好处是微型燃气轮机的排气，通过换热器来加热工厂的淤泥处理设备，预计可以减少20％的污水处理厂动力消耗。

San Elijo的处理过程是发酵——使用微生物来分解固体废弃物并产生沼气。沼气的主要成分是甲烷。它是一种烈性的温室气体，它的破坏力是二氧化碳的20倍。为了燃烧甲烷，San Elijo安装了三台微型燃气轮机来提供动力和发酵所需的热量。

另一个装置是在美国加利福尼亚南部Temecula的一个污水处理工厂。它用了两台微型燃气轮机和一台换热器来提供动力和加热处理过程。

在美国缅因州，污水处理系统由净化设备、消毒设备和露天湖等组成。这个系统的主要的能耗用于通风系统。该通风系统使用了1471～5516W的浮动机械通风装置。该系统的单元设备可以与计数器很好地协调工作。该计数器是用来显示匹配咸水湖所需的氧气。尽管在工厂里能量储备是很有限的，但为附近的动力发电厂建造一条新的天然气管道，这为开发使用天然气作为替代燃料来降低能量成本提供了机会。

4.旅馆、汽车旅馆和民用住宅

在人们吃饭、睡觉和洗澡的建筑物里——旅馆、疗养院、保健中心、民用住宅等，这些地方需要热水，几乎都是采用天然气来加热水。使用天然气作为燃料的微型燃气轮机可提高燃料的效率。

在美国达科塔北部的法戈假日酒店，使用微型燃气轮机之前，主要依靠煤气锅炉来给酒店的200个房间提供热水。这个热水系统在住宿高峰期（例如开会或者举行运动会时）需要交重税。酒店还必须为顾客使用的洗衣店和厨房提供热水。Cass乡村电力集团公司为Fargo假日酒店找到了一种很有效的方法，优先考虑使用具有弹性的技术，来增加现有加热系统和能量使用模式。国家电力组织提供的财政资助保证了该项目的实施。

5.商业温室

微型燃气轮机可以为温室提供电能和热能。从微型燃气轮机排放出来的热量可以直接加热温室。因为微型燃气轮机是低排放的，它排放的气体是无污染的，不仅提供了热量而且还增加植物生长所需的二氧化碳，这样就可以不必购买额外的二氧化碳。

为了使Lisianthus茎的产量从170万t增加到190万t，英国Ron Geater的一家公司，在英国Suffolk疗养院安装了被认为是世界上第一个多机并网的多用途微型燃气轮机，既能提供电能也能提供热能，还可与电网并联。由Capstone微型燃气轮机驱动的四台先进的微型发电设备，为44515m²疗养院西侧16817m²玻璃覆盖的建筑物，提高120kW的电能和接近200kW的热能。

6.运动设备

游泳池使用微型燃气轮机加热和提供电能是很好的方法。用高品质的热能来加热水，电能用来驱动排水站和其他动力设备。

荷兰的天然气工厂Gasunie认为，Bosbad休闲设备很适合用微型燃气轮机。这个大型室内/室外游泳池以前使用一个中心锅炉加热。Gasunie提出了叠层系统：微型燃气轮机作为基本负荷单元，并和八个小型高效的锅炉来补充冬天所需的更多热量。微型燃气轮机的热量作为主要的目的，而它所产生的电能可以提供给负荷例如排水机和电灯，这样可以减少工厂总的能量花费。Gasunie与Geveke能量系统联手，制造了世界上效率最高的CHP。冬天当室内游泳池使用时，包含二级加热炉和换热器的冬季循环就会周期性地工作。在加热室内游泳池和建筑物本身时，据Gasunie测量，CHP的效率是87％。在夏天使用室外游泳池时，只使用微型燃气轮机所释放出的热量来加热水。在这个季节，能量的效率是96％。总之Bosbad设备在能量花费上减少了30％。另一个好处是环境排放上的，在全负荷的情况下，NO_x的排放少于3×10^－6。

7.学校

大的学校可以有效地利用微型燃气轮机产生的热能和电能，为校园区域内提供加热和制冷，包括向宿舍、教室和其他公共地方提供热能；这样可以提高微型燃气轮机经济性。其电能可以抵消部分电网的电力使用，并且长时间的投资和公共资金使这个工程顺利进行。一般来说，一个拥有技术团队和研究机会的分布式供电工厂，可以为研究生和本科生提供一个能量课程进一步研究和发展的机会。

在美国加利福尼亚南部，南海岸空气质量控制区域已经为一些大学提供了采用微型燃气轮机来满足中心工厂白天能量的需要。从微型燃气轮机组排放出的热量，被用来预热进入大的锅炉的水，而这个锅炉是为校园提供热水的。

8.制砖和需要大量热能的应用

制砖和其他需要高质量热量或者一般热量的应用，使用微型燃气轮机是很理想的。再者，这真的是因为高效率和高品质的热量可以提高产品质量和数量。

尽管还没有得到应用，但有很多潜在的应用微型燃气轮机制造商可以开展探索研究。这些潜在的应用包括食物加工过程、制陶业、动物饲料处理过程、废弃产品的烘干和金属制作。

很有趣的是这些和其他潜在应用，促进了微型燃气轮机和其他分布式供电技术的发展，拓展了新的应用。

9.展望未来

微型燃气轮机的未来，取决于微型燃气轮机制造商对此技术的全面提升能力。首先，它被归类于混合热-电联供的应用。如果制造商可以把能量效率提高到40％，那么微型燃气轮机就可以有更好的机会，从小的环境发展到更广阔的市场。

一旦进入了更加广阔的市场，微型燃气轮机就更需要量产化，以降低它的首次购买成本。美国能源部对于很多新的能源技术，包括微型燃气轮机的进步很重要。

美国能源部有很多项目，首先是重视微型燃气轮机的效率和成本。其中一个是先进的微型燃气轮机系统（ATMS）项目。项目的主要目标是高清洁和高效率：

1）高效率。燃料和电能的转化效率不低于40％。

2）优越的环保性能。设备的NO_x排放低于7×10^－6。

3）持久性。大修时间间隔是11000h，寿命最低为45000h。

4）经济性能。系统成本低于每千瓦500美元，具有使用多种燃料的能力，包括天然气、柴油、乙醇及其他气体和液体微生物燃料。