生物燃料市场前景范例(3篇)
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生物燃料市场前景范文
一次能源与二次能源
煤炭、石油、天然气以及核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等,这类能源直接取自自然界,没有经过加工转换,所以被称为一次能源。由一次能源加工转换以后得到的能源产品称为二次能源,如电力、蒸汽、汽油、柴油、乙醇、氢气等。二次能源又可分为“过程性能源。和“含能体能源。两大类。当今应用最广泛的过程性能源是电能;应用最广泛的含能体能源是汽油和柴油。由于电能尚不能大量地直接贮存,因此汽车、轮船、飞机等机动性强的耗能动力设备就无法直接使用,只能采用汽油、柴油这一类含能体能源。然而,生产它们几乎完全依靠化石燃料。随着化石燃料耗量的日益增加,终有一天这些资源将要枯竭,这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的新的含能体能源。
氢能是被人们谈论最多的二次能源,同时也是零排放的清洁能源。然而,由于一系列技术难题,最主要的是氢气的贮存和运输问题,其能源前景在近20~30年内仅是可望而不可及的。在中国最重要的近30年时间里,迫切需要的是一种技术成熟,经济性好,既可大规模运用,排污又较小,环境可以承受的燃料。二甲醚(简称DME)正好符合这一要求。
脱颖而出的二甲醴
二甲醚是一种无色、无毒,常温常压下为气态的化合物,到目前为止它的生产量不大,主要是用于气雾剂。二甲醚作为环境友好的燃料只是近几年才提出的,但却立即得到全世界能源界的广泛关注。二甲醚物理性能和液化石油气相似,常温时在较低压力(5个大气压)下呈液态,易于贮存与运输。现有的液化石油气的基础设施完全可以用于二甲醚,用油槽、油罐车及低压管道作长途运输也非常方便。
二甲醚燃料的制取可以煤、天然气、煤层气,生物质等为原料产生合成气一氧化碳和氢气,然后常规通过二步法先制得甲醇,进一步脱水制成二甲醚。新工艺是由合成气一步法高效制备二甲醚,可显著降低二甲醚的生产成本。
我国能源的特征是“富煤、少油、有气”。可以设想,将我国丰富的煤炭资源,特别是高硫煤,转化为清洁的二甲醚燃料,或是作为民用燃料,或是替代柴油、汽油作为汽车燃料,或是用于发电。到那时,城市马路上跑的几乎是对环境没有污染的公共汽车、轿车和卡车,居民家中的灶具、热水器用的是罐装或管道运输来的二甲醚,供暖锅炉和建筑中央空调使用的也是清洁燃料二甲醚,那该是多么诱人的前景啊!大规模生产和高效利用二甲醚,将形成一个新的二甲醚能源经济。二甲醚作为一种新型二次能源具有巨大的发展潜力,将成为我国能源经济的主要支柱之一。
清洁汽车的未来食谱
作为汽车燃料替代柴油,是目前二甲醚工业应用的主要领域。柴油机循环(压燃式)比汽油机循环(火花点燃式)的热效率要高7~9个百分点。但是,随着近年来环保标准的不断提高,柴油机因污染大而逐渐被淘汰。由于二甲醚有较高的十六烷值,具有优良的压缩性,非常适合于压燃式发动机,因此是柴油的理想替代品。使用二甲醚作为汽车燃料,发动机的功率可提高10%~15%,热效率可提高2%~3%,噪音可降低10%~15%,而且氮氧化物、一氧化碳等污染物的排放量也很低。汽车尾气无需催化、转化处理,即可达到高标准的欧洲Ⅲ排放标准。
生物燃料市场前景范文
【关键词】微型燃气轮机柴油发电机军民两用市场应用前景
1引言
微型燃气轮机(简称微燃机)是一类新型热机,作为一种清洁高效、低成本、高可靠的供能系统,得到了高度关注和迅速发展。相比于传统柴油发电机,微燃机可以提供快速起动、清洁、安静与高效的电力,并且体积小、重量轻而又便于移动,机动性好,除了用于军用车辆的辅机电站外,带有回热器的高效微燃机发电机组还可用于分布式发电、冷热电联供、车辆混合动力装置等领域,因此市场前景非常广阔。本文从微燃机的研究现状出发,通过对比分析微燃机与传统柴油机的技术特点,从军民两用市场展望了微燃机在我国的应用前景。
2微燃机研究现状
微燃机是指单机容量在25~500kW的燃气轮机装置[1],是近几十年来迅速发展的技术密集型高科技产品,国务院的《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006-2022》中将基于化石能源的微小型燃气轮机及新型热力循环的能源转换技术列入先进能源技术中的前沿技术。
早在20世纪40~60年代,功率为数百kW的燃气轮机就已发展和应用了,当时称为小型或小功率燃气轮机,用于发电和驱动。60年代以后,美国为满足军事装备上的需要,坚持研发军用车辆、航天飞机上使用的微型燃气轮机发电装置。到90年代初,紧凑的板翅式回热器在制造工艺和低成本方面的突破为微型燃气轮机带来生机。与此同时,伴随着高速发电机从军用走向民用,出现了不用减速齿轮,将高速交流发电机与微型燃气轮机同轴,设计成为一体的先进的新型微型燃气轮机[2]。此外,微燃机自身技术的进步,整体制作工艺的成熟,低排放燃烧器和空气轴承的使用,极大地推动了微燃机发电技术的发展。地面用带回热器的微燃机重新引起人们的重视,得到了迅速的发展。
我国政府对发展微燃机也相当重视,科技部也多次研讨论证。在“九五”期间,北京理工大学和装甲兵装备技术研究所开展了对基于微燃机发电机组的研究,成功设计了一台带有动力涡轮的双轴微燃机发电机组[3]。“十五”期间,由哈尔滨东安集团公司和中科院工程物理研究所、西安交通大学等单位组成的联合体承担了国家863计划重大专项“100kW级微型燃气轮机研制”课题,开展了微燃机发电系统的设计与研发工作,计划推出具有自主知识产权的国产微燃机发电机组。目前已经完成了100kW微型燃气轮机验证机的设计、制造和整机测试工作[4]。由沈阳工业大学、南京航空航天大学和浙江大学共同承担的国家重点自然科学基金项目“微型燃气轮机――高速发电机分布式发电与能量转换系统研究”也已正式启动[5]。此外,上海理工大学、上海交通大学,已经建设以微型燃气轮机为核心的能源岛供能系统实验研究基地[6]。这些表明,我国也正在积极致力于独立研制开发以微燃机为核心机的发电系统。
目前,北京、上海、广州已有一批采用微型燃气轮机的分布式热、电、冷工程投入运行,取得明显的经济效益、环保效益和社会效益。所采用的均为国外产品。国际上主要的微燃机发电系统制造厂商已经开始抢占中国市场。但是由于我国分布式电源市场巨大且尚不成熟,只要能够尽快在关键技术上实现突破,国产微型燃气轮机发电系统仍有很大的市场空间。
3微燃机与柴油发电机的分析对比
燃气轮机是旋转式机械,它取得机械能是通过叶轮的旋转获得,而叶轮取得动能又是依赖于高温,高压燃气的转换。柴油发电机就不同了,它是往复式机械,它取得机械能是因为有一套功率输出的活塞,连杆在汽缸中作往复运动。而促使它们作往复运动的是由于汽缸中的高压空气因喷入燃油燃烧而爆发高压燃烧气体所致。故而两者在机械能产生的方式上的完全不相同的。
目前微燃机与柴油发电机、燃气轮机存在一定的竞争关系,而由于应用领域、功率范围的不同,微燃机目前的核心竞争对手是柴油发电机;与微燃机相比,柴油发电机主要有以下不足:1)噪声大,排放不够清洁,氮氧化物与一氧化碳的排放指标高;2)一般每400h~750h要更换机油、火花塞,且每次大修的工作量较大,维护成本比较高。
而微燃机相对柴油发电机存在以下技术优势和技术劣势,见表1。
目前,微燃机的购买成本高于柴油发电机,低负荷时的热效率还低于同等功率的柴油发电机,但在整个发电成本中相对维修费用并不重要,随着技术的进步,其购买成本将接近于柴油机发电机。
未来微燃机将凭借环保、多燃料(特别是天然气清洁能源)在小功率范围内的多个应用领域挤占一部分市场份额,从技术发展趋势来看微燃机将面对成熟柴油发电机的激烈竞争。
4微燃机在民用市场的发展
微燃机伴随着世界范围内分布式能源建设中的冷热电联产的兴起和发展起来,其用途逐渐扩展到安全备用电源领域,其典型的应用有五种方式:CCHP、CHP、SP、BG、OG。
CCHP:CombinedCooling,Heating&Power冷热电联产。用于分布式电源的冷热电联产,楼宇冷热电联产较为典型(BHCP);CHP:CombinedHeatandPower热电联产。用于分布式能源的热电联产;SP:SecurePower安全备用电源。广泛应用用于工业、商业、军事的安全备用、独立、移动电源;BG:ResourceRecovery:Biogas生物质气和沼气利用。用于沼气等生物质气的利用,能源的回收利用;OG:ResourceRecovery:OilandGas石油伴生气。用于石油开采行业,利用石油伴生气进行发电,用于陆地、海洋钻进平台和油田。
经济效益因素是用户选择发电设备的重要因素,传统柴油发电机组的价格占有绝对优势,以康明斯30kW等级的柴油机组为例,市场售价4.2万元人民币,500~1000小时进行一次维护,维护价格在300~800元人民币之间,保修期10年,因此进入民用传统柴油机市场难度极大。可以预计在未来相当长的时间里,柴油发电机将在该领域占有绝对的垄断地位。
从设备安装成本来看,微燃机处于劣势,但从运行成本来看,微燃机具备优势,尤其是应用于CHP领域,如图1分析。
在独立式发电领域(备用电源与独立供电)以柴油发电机为主流设备,微燃机适用功率范围一般,成本较高,不仅要努力打破成熟柴油机的市场领先地位,还面临燃料电池的后续替代威胁。微型燃气轮机在这个领域不具备突出的竞争优势。
综合来看,微燃机在同类设备中处于夹层状态。微燃机未来凭借环保、多燃料(特别是天然气清洁能源)的优势将抢占一部分市场份额。
从目前国内微燃机的销售来看具有以下三个特定:重点销售项目为各类CHP/CCHP/BCHP项目;以中国的重点城市为主(广州、北京、上海);主要的项目需求功率范围在60~250kW之间。
5微燃机在军用市场的发展
快节奏和突然性是现代战争的特点之一,军用电站的快速机动能力已成为攻、防作战中的普遍要求,也是提高高技术条件下作战效能的重要内容。为适应现代战争的要求,武器装备的机动性越来越高,自行武器系统的大量出现,电站与主装备一体化武器系统,如“辛迫林”雷达、4―25自行高炮系统、P56火控系统等逐步增加,要求电站的体积和质量尽可能要小,尤其是自行武器装备总体布置上的困难,提供安装电站的空间和质量受到严格的限制。在此情况下,对小型燃气轮机、转子发动机等为动力的轻小型电站的需求十分迫切,急待解决。
目前,我军多采用柴油发电机作为电站动力源,柴油机发电系统优点为一次成本低,但体积大、寿命低、噪声大、长期工作和维护成本高,使用燃料单一,很难满足独立发电和小型化等军事需求。微燃机作为军用动力具有重要的军事价值,它不但可应用在小型独立动力或电源方面,而且在军用运载工具方面超过现在的常规柴油机组或蓄电池柴油机组,具有重要的军事前途。
军用燃气轮机电站应用领域包括:(1)分体式雷达系统的便携供电设备;(2)坦克辅机和军用飞机等大型军用设备的辅助动力装置;(3)野战军地面指挥系统移动供电设备;(4)舰艇用的应急供电系统;(5)移动式导弹发射系统的地面供电设备(如美爱国者导弹发电设备);(6)军用飞机维修保障的应急供电设备;(7)军用后勤冷、热、电联供系统。
作为高性能、强战术代表的国际新一代军用微型燃气轮机移动电站正向下面几个方面发展:(1)具有精确稳定的供电能力,并能够实现快速供电;(2)耐极限环境,特别是低温高海拔等极限条件;(3)小型化,体积小,重量轻,并实现低噪音;(4)能够使用多种燃料,方便原料供应;(5)开放式的标准接口,能快速联接供电和受电双方。可以实现多机并联扩容;也可以与火控系统的蓄电池、二次电源等协同供电实现多元并联;(6)可实现实时的远程监控、远程控制功能,让前方现场与后台指挥融为一体。
此外,国外军事专家认为在新的21世纪中军用运载工具需求新型动力,它应具有高的功率密度和低的燃料消耗率,以大幅度减少补给链,使运载工具有强大的运输能力,实现部队的快速部署和调动。同时认为,近期内用高能蓄电池与常规发动机组成的混合动力将用于运载工具中。显然,由于微型燃气轮机体积小、重量轻,以及今后功率的增大和效率的进一步提高,使之用于混合动力中将比用柴油发电机更具生命力。因此,微燃机在军事领域中的应用前途广阔。
6政策及建议
从国家层面,需要制定产业发展政策,加大对微燃机产业发展的长期稳定投入,要有适当的产业保护政策,推进微燃机国产化和自主化。构建以企业为主体、产学研用相结合的技术创新体系;然后要通过建设示范工程,加快微燃机产品研发和技术成果验证和推广应用,最后以市场为依托,走专用设计技术与改造并举的发展道路,采用军民结合的方式,拓宽市场,将创新技术向微型燃气轮机民用领域应用推广,制定我国微型燃气轮机产品衍生策略,努力找准技术途径、产品与市场定位,做到海陆兼容,聚焦核心产品(功率范围60~250kW),以赢得中国微型燃气轮机发展新空间。
7结语
微燃机对提高武器系统的机动性有着十分重要的意义,以天然气为燃料、以微燃机为核心的冷热电三联产的微燃机分布式能源系统,在国内分布式能源项目中也得到了广泛应用。军用技术和民用技术从来就不是独立发展的,先进的燃气轮机技术是21世纪能源动力系统中的核心关键技术,对于我国相关领域如能源、电力、航空、航天、军事等国民经济和国防建设中的高新技术发展和移植有重大作用。
参考文献:
[1]袁春,陈彬兵,陈兆海等.微型燃气轮机技术[M].机械工业出版社,2012.
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[5]张涛.高速电机功率转换系统滤波技术的研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2008.
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生物燃料市场前景范文篇3
[关键词]燃气机热电联供
一、背景
在我国,人们对能源的利用和发展与环保关系的认识是逐步深入的。我国长期以来实行以燃煤发电为主的能源政策,八十年代之前,极低的生产力水平使环保未得到重视。到八十年代末,经济的高速发展带来了日趋严重的大气污染,使人们不得不开始重视对环境污染的治理,其中一项举措就是发展热电联供,取消分散锅炉房,减少烟尘对大气的污染,热电厂在发电的同时向周围工厂和生活设施供热,环境污染状况有所改善。但由于以煤为燃料,锅炉烟气含有大量的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx),仍对大气造成污染,加上受蒸汽供热半径的限制,很多热电厂都位于城市或城郊,城市的空气状况会因此变差。特别是在我国北方城市,冬季浓雾弥漫,引起多种呼吸道疾病,对人民生活和身体健康产生严重危害。同时燃煤小热电还有高能耗的缺点,在九十年代后期,政府开始将目光投向天然气这种清洁能源。天然气的热值高,约为36000~40000kJ/Nm3,且燃烧后对环境污染小,是所有燃料中单位热值CO2排放量最低的,且NOx的排放率也很低,可以满足一般电厂的废气排放标准,因而将成为继煤和石油后的主要能源。
目前国内燃煤热电厂集中供热与分散的锅炉房相比,具有节约能源、占地少、改善环境的优点,但也存在一些弊端,随着市场经济的发展,其弊端越来越明显。首先是投入大、费用高,城市热网的建设需要大量资金,要建设供热系统管路,因而供热成本很高。在计划经济体制下,建设运行费用由政府负担,其经济效益差的一面没有反映出来,而在如今的市场经济下,由于供热收费欠费引起的问题越来越多,国家也不堪重负。其次是由于计量不规范,热控水平不高,以至热网管理落后,供热各环节浪费太大,尤其是公共建筑在无人时也持续供热,节能变成了浪费。同时原有城市规划对热网考虑不够,使增建的热网管道影响城市美观,同时敷设时需要部分建筑物拆迁等。另外城市中的热电厂增加了市内污染物的排放,使局部环境恶化。因此有必要借鉴发达国家的经验,如一些国家采用分散供热的模式,工业企业自备热电站和分散的小型热电站相现结合的方式,分别满足工业和居民的热需求。在这种情况下,燃用天然气的燃气机成为人们选择的主要供热发电设备之一。
早在1894年已有了以天然气为燃料的发动机,经过不断发展和完善,形成了可燃用多种燃料(包括垃圾填埋场产生的填埋气)的燃气机和燃天然气-轻柴油的双燃料柴油机。为了更好地节约能源,还充分利用废热供热或再次发电,实行热电联供,大大增加了经济性。从效率上来说,单机输出功率50MW以下的热机以柴油机和燃气机为最高,发电效率可达40%以上,热电联供效率更高达80%;单机功率大于50MW时,燃气-蒸汽联合循环机组的效率较高。有鉴于此,目前国际上燃气机及双燃料柴油机应用很广。
二、燃气机机型介绍
目前世界上比较有代表性的燃气机制造企业有总部设在瑞士的W?RTSIL?NSD公司的燃气机,其功率范围在1000~5500kW、德国MANB&W公司的双燃料柴油机,其功率范围在2400~16200kW,还有奥地利JENBACHER公司的70~2700kW燃气机。下面对这几种机组分别作一简单介绍。
1.W?RTSIL?NSD公司的燃气机
瓦锡兰恩斯迪集团公司是世界最大的中速柴油机及燃气机设备制造公司,该公司有燃天然气的燃气机(2100kW~5500kW),也有燃气-轻柴油双燃料机组(4300kW~15800kW)。这里主要介绍它的燃气机。
影响内燃机NOx生成的主要因素是温度和空气-燃料比,较低的温度和较高的空气-燃料比可降低NOx的排放。瓦锡兰的燃气机采用稀薄燃烧控制技术,较高的空气-燃料比使气缸中与燃料的混合的空气量多于燃烧所需要的量,并且混合均匀,这不仅大大降低NOx的排放,而且提高了机组的燃烧效率。稀薄的混合物点火和燃烧是通过预燃室实现的,预燃室内采用火花塞点火,为主燃烧室的燃烧提供了能量。
自动控制监测系统WECS8000为分布在整个发动机的微型信息处理器,并划分为不同功能,包括主控制块(MCU)、传感放大和分散控制块(SMU/DCU)、气缸控制块(CCU)、空气燃料控制系统。其中主控制块为系统的核心,负责速度、负荷的控制、吸气点火系统及机组起停和保安报警,调节空气-燃料比。
以34SG为例,其主要参数如下:
气缸数:12,16,18
缸径:340mm
冲程:350mm
单缸功率:293/305kW
转速:720/750r/min
活塞平均速度:8.4/8.75m/s
平均有效压力:14-16bar
频率:60/50Hz
热耗率:8790kJ/kWh
2.德国MANB&W公司的双燃料柴油机
燃气-轻柴油双燃料系统是采用直接或间接喷射少量柴油燃料进入燃烧区,以相当高的点火能量引发天然气、空气混合物的燃烧。由天然气输送管网来的燃料气体通过独立的进气阀喷射进入各独立的气缸外侧空气中,天然气的喷射与进气阀的开度同步,天然气与空气混合物在气缸中被压缩,由于混合均匀,防止了局部燃烧高温,同时由于较大的过剩空气量,大大减少NOx的生成。
点火所需的能量来自于预燃室的点火喷嘴,引燃燃料通过小型喷射泵喷入预燃室,柴油在缺乏空气的初始条件下进行预混燃烧,然后进入主燃烧室,燃气、空气混合气稀薄燃烧,降低了燃烧循环的温度,避免产生氮氧化物。所需的引燃燃料量只占柴油机总燃料消耗量的1%。燃油喷射系统在运行中始终处于备用状态,一旦供气中断,机组可立即切换至燃轻柴油运行,保证机组连续安全运行。
机组控制系统包括了双燃料运行中所有控制、调节和监控,以及燃气控制和负荷控制。燃气控制包括机械式主节流阀、过滤器、双联燃气阀、冷凝液排放装置和气动燃气调压阀。
目前该公司推出的主导机型为32/40DG机,其功率范围为2400kW~7200kW,主要技术参数如下:
气缸数:6,7,8,9,12,14,16,18
缸径:320mm
冲程:400mm
单缸功率(甲烷值80-100):385/400kW
转速:720/750r/min
活塞平均速度:9.6/10m/s
平均有效压力:19.9bar
频率:60/50Hz
油耗率:8460kJ/kWh
这类双燃料机主要用于连续发电,运行方式以燃天然气为主,轻柴油作为备用燃料,大大提高了电厂运行的可靠性。
3.奥地利JENBACHER公司的燃气机
JENBACHER公司是较早专门研制燃气机的公司,它的燃气机有六大系列十几种型号,缸数从6至20缸,缸径116至190mm,可燃用高热值的天然气,也可燃用低热值的污水、污泥沼气、垃圾填埋气,还有煤层气、化工厂及工业生产中的可燃气体等。燃气机为该公司的主导产品,广泛运用于世界各地。它的LeanNOx控制系统可稀释混合燃气,结合带保护的电火花点火系统,自动调节燃气机使之能高效燃烧所有燃气,达到低排放量,保证NOx排放低于500mg/Nm3,CO排放低于650mg/Nm3。
以JMS616GS-N.L机型为例,其参数如下:
气缸数:16
缸径:190mm
冲程:220mm
输出电功率:1942kW
转速:1500r/min
活塞平均速度:11m/s
热耗率:8930kJ/kWh
三、利用燃气机热电联供
燃气机的余热有三个来源,燃气机的高温烟气、高温缸体及增压空气冷却水和油冷却水。其中最主要的是燃气机的排气,因其温度一般在400~500℃,含大量余热,通过在烟道上加装热交换器可将余热转换为蒸汽或热水。高温缸体及增压空气冷却水温度为90~95℃,油冷却水温度为70℃左右,均可通过热交换器供热水。
燃气机的余热有多种用途,主要有三类:再发电、供热、制冷。而从具体形式来说,可以根据用户需要,形成多种组合。如余热锅炉产生的蒸汽可用来带动汽轮机发电,或直接供热用户,作为生产工艺过程中的干燥、燃烧空气干燥等,也可以通过吸收式冷却器制冷,供工厂或居民住宅;温度不同的高温缸体及增压空气冷却水和油冷却水,通过热交换器串联后供用户热水,作为工艺用热、地区用热、也可在余热锅炉蒸汽发电时加热汽机凝结水。
燃天然气的燃气发电机组热和电的输出情况见下表(以瓦锡兰机组为例):
机型电力输出
(MW)蒸汽流量
(t/h)蒸汽输出
(MW)热水流量
(t/h)热水输出
(MW)
12V25SG2.11.81.1161.1
16V25SG2.82.41.5211.5
16V28SG4.02.62.0201.4
18V28SG4.52.81.8221.5
16V34SG4.883.02.2271.9
18V34SG5.53.42.5312.1
注:供蒸汽参数为8bar,170℃;供热水参数为:85℃;进水温度:25℃。
四、燃气机电站的特点
1.效率高
燃气机机组效率在40%以上,如以合理的热电联供方式运行时,热效率可达80%以上,节能效果明显。
2.污染小
污染物的排放大大低于燃煤及燃油电厂,无需高烟囱,可建于城市中心。同时采用隔音效果好的室内布置,无噪声污染。
3.工业水量少
机组冷却水采用闭式循环,不需大量冷却水,对水源要求不高,有少量工业水即可。
4.运行灵活,费用低
热电联供的燃气机电站可满足分散供热要求,不需铺设大量供热管网,节约了运行管理费用。电站一般布置两台以上机组,以适应不同热负荷及电负荷要求,运行更加灵活方便。
5.安装简便,维修方便
由于燃气机非高速旋转机械,且采用了底板弹簧隔振装置,对设备基础要求较低,安装较为容易。维修工作可在现场完成。
6.与燃气轮机相辅相成
燃气机的应用并不排斥燃气轮机,因其单机功率多在1~15MW,而燃气轮机的主导机型在20MW以上,并且趋势是发展大功率机组,二者并不冲突,各有市场,相辅相成。
五、前景
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