[发明专利]一种基于SiC器件的燃气发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气发电系统，特别是涉及一种基于SiC器件的燃气发电 系统，属于热力发动机技术领域。

背景技术

能源是经济社会发展的重要制约因素，随着人类社会的发展，能源利用总 量不断增长，一次能源的价格也在不断攀升，同时由于环境污染，持续电力供 应紧张，大型电力系统不能灵活跟踪负荷变化导致设备投资浪费，大型互联电 网大面积停电事故频繁发生，以及人们对可持续发展的迫切需求，传统以燃煤 大型电站为主的电源结构和相应的电网结构将难以满足我国未来发展需求。燃 气轮机是21世纪动力设备的核心，由于在航天航空等领域长期发展的积累，所 形成的微型燃气轮机是目前技术最成熟、最具有商业潜力的分布式发电装置， 它具有重量轻体积小、建造运行成本具有竞争力、发电效率高污染少、运行维 护简单等优点。

以天然气、煤层气或沼气等为常用燃料，燃气轮机、内燃机和微型燃气轮 机等为基本核心的发电系统是目前广泛应用的一种分布式发电方式，内燃机单 机容量通常在1～2MW以下，由于它的初投资较低，在过去的10多年中销售量 要大于燃气轮机，因环保的制约，燃天然气(及沼气)的内燃机比柴油机发展得更 快些，现代的高效内燃机的效率可接近40％，采用热电联产或者冷热电联产方 式发电系统的余热利用效率也可达40％～50％，因此总效率可达80％～90％，燃 气轮机是应用极其广泛的原动机，单机容量大、高效(可达35％～38％)且安装迅 速，世界上己安装成千上万台，一般按容量划分：大于20MW的属于重型燃气 轮机发电系统，1000kw～2000kw的属于小型燃气轮机发电系统，而小于1000kw 的则为微型燃气轮机发电系统，因燃气轮机发电机组起停快速，发达国家往往 将它们作为调峰、调频机组，在整个电力产业中保持着8％～12％的比例，根据 预测，到2020年我国天然气发电的装机容量将达到6000万kw，微型燃气轮机 因结构简单而得到越来越多的应用，它的容量一般在100kw～200kw以下，燃 气轮机有单轴、双轴等多种结构，它通常采用永磁可变速发电机以减轻重量， 并产生频率很高的交流电，再通过整流和逆变转换成50Hz的工频交流电并入电 网，燃气轮机的效率可达30％左右。

随着清洁能源发电技术的不断发展和人们环保意识的日益增强，燃气发电 技术得到了快速的发展。常规简单循环的燃气发电系统主要包括压气机、燃烧 室和透平膨胀机三个部分，其基本原理是：空气经过压气机压缩到一定的气压 后，进入燃烧室与喷入的燃料混合燃烧，形成高温燃气后进入透平膨胀机做功， 推动透平转子带着压气机一起旋转，并带动发电机做功，输出电能。目前现有 技术中的燃气轮机的尾气具有较高的温度，直接排入大气，造成很大的热能损 失，降低机组的热效率。

SiC作为一种具有广阔发展潜力的宽禁带新型半导体材料，具有大禁带宽 度、高击穿电场、高饱和电子漂移速率、高热导率和高键合能等优异的物理特 性，SiC电力电子器件在减小通态损耗和开关损耗、提高系统效率的同时也使器 件在高温、高功率、高压、高频、高湿度以及抗辐射等等恶劣环境中的应用更 为可靠，这也是传统的Si基器件无法实现的，高压碳化硅(SiC)器件能够承受 高于600V或更高的电压，而现有的燃气发电系统中，均未有关于SiC器件的使 用。

针对以上问题，基于SiC器件的燃气发电系统日益受到各个国家的重视。

发明内容

本发明的主要目的是为了解决目前现有技术中燃气发电系统存在的上述问 题，提供一种基于SiC器件的燃气发电系统。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种基于SiC器件的燃气发电系统，包括一空滤器、一发电机、一燃烧室 透平、一离心式压气机、一回热器、一燃烧室和一永磁发电机，所述空滤器与 所述发电机之间设有一气体分析仪和一第一流量检测仪，所述发电机、所述燃 烧室透平与所述离心式压气机之间同轴连接，所述燃烧室透平与所述回热器、 所述燃烧室、所述永磁发电机之间连接，所述永磁发电机还与一SiC器件连接， 所述燃烧室与一温度监测仪、一温度控制器连接，所述SiC器件包括多个场效 应管Q，多个所述场效应管Q均为碳化硅SiC金属-氧化层-半导体-场效晶体管， 所述SiC器件还包括多个二极管D，多个所述二极管D均为SiC续流二极管， 所述二极管D与所述场效应管Q之间均通过光耦合器连接，并构成驱动电路。