便携式高效微型燃气涡轮发电系统是利用微型燃气轮机直接驱动发电机以输出电能的高效发电系统,可作为便携式移动电源、微小型装备动力、电动汽车增程等而广泛用于单兵发电、野战电源、应急抢险救灾、太阳能光热发电、微小型无人装备以及新能源汽车等领域。北京航空航天大学高超声速强预冷空天动力技术团队完成了便携式高效微型燃气涡轮发电系统研制,并开展了工程样机试验验证。
本项目提出了基于回热高效气动热力循环的燃气发生器-超高速发电机同轴紧凑布局的高效微型燃气涡轮发电系统方案,并成功突破超高速电机、高效微小尺寸叶轮机、轻质回热器、高效电能综合管理系统等关键技术,完成了6~9kW级高效微型燃气涡轮发电系统BH-MTG6研制,系统具有紧凑、轻质、高效、高可靠性、高寿命、低振动、低噪音、低排放、燃料消耗量低、燃料多元化等诸多优势,综合性能指标国际领先。
目前,6~9kW量级的高效微型燃气涡轮发电系统在国内外尚属空白,国内尚未有其他单位开展相关研究,国外系统也处于研制阶段,未出现成熟产品。本项目利用微型燃气涡轮发动机直接驱动超高速永磁同步电机,避免了复杂的减速传动机构,具有结构简单、体积小、重量轻、零部件数量少、可靠性高、寿命长的特点;同时根据使用需求可以在系统中增加回热单元,增加回热单元后使得整个系统还具备较高的热电转化效率和较低燃料消耗量;与已有采用活塞式发动机作为动力的小型发电系统均相比,本项目还具有振动小、噪音低、燃料多元化等诸多显著优势。
本系统采用模块化设计,根据使用需求可选择安装或不安装回热单元,以便满足不同使用场景对重量和油耗的要求。不安装回热单元时,与国外在研型号相比,在重量相当时,本系统功率增加40%,油耗降低30%。在增加回热单元后,重量增加不超过2kg,油耗降低约53%,且与已有相同功率的内燃式发电机相比,本系统的体积和重量仅为内燃式发电机的1/6,而寿命则是其6倍;同时本系统的燃料适用性强,可采用柴油、航煤、天然气、丁烷多种工质作为燃料,可以根据用电设备特点,配置不同容量的储电单元,实现高效电能综合管理。
本项目由北京航空航天大学高超声速强预冷空天动力技术团队核心人员主持研发,专业涉及燃气涡轮发电系统涉及的全部技术领域。
邹正平,博士,北京航空航天大学长聘教授,博士生导师。吸气式高超声速动力系统及叶轮机气体动力学领域专家。曾获国家级科技奖项2项、省部级科技奖项3项。负责本项目总体设计。
刘火星,博士,北京航空航天大学发动机研究院副院长、研究员,博士生导师。吸气式动力系统、叶轮机气体动力学、实验测试领域专家。曾获国家级科技奖项2项、省部级科技奖项3项。负责本项目总体试验。
张荣春,博士,北京航空航天大学副研究员,博士生导师。航空发动机和新型动力装置燃烧系统及气、液两相燃烧学领域专家。曾获国家级科技奖项1项、省部级科技奖项2项。负责本项目燃烧系统设计及试验。
严明,博士,北京航空航天大学副教授,硕士生导师。航空发动机压气机气动设计专家。曾获国家级科技奖项2项。负责本项目叶轮机设计及及试验。
付超,博士,北京航空航天大学助理研究员,硕士生导师。紧凑快速强换热领域专家。曾获国家级科技奖项1项。负责本项目高速电机、回热器设计及试验,燃机整机结构设计及样机试验。
评价单位:“科创中国”双碳产业科技服务团 (中国工程热物理学会)
评价时间:2022-12-08
综合评价
该成果是一项燃气轮机领域完全自主研发的尖端产品,兼顾便携性和使用经济性,具有显著的综合性能优势,可有效解决目前便携式微型发电系统、微小型无人装备动力系统以及新能源汽车增程器等领域的技术痛点,成果技术创新性很强,且技术成熟,投资回报比较可靠,目标市场处于成长市场,目前在国内外相同功率量级的微型燃气涡轮发电系统尚属空白,未出现成熟产品,具有广阔的市场前景。
总体而言,该项目技术思路方向很好,未来市场空间大,有利于当前政策要求,转化成熟度很高,值得支持推广。建议强化相应产品开发,加大产业链开发力度。
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