Электростанции модульного типа средней мощности
Представляют собой машинные блоки больших размеров, могут быть в открытом исполнении или же ограничены защитным шумопоглощающим корпусом. Преимущественно используются в качестве основных или резервных источников электроэнергии для загородных жилищных кооперативов, офисных и небольших производственных и торговых центров, складов. Производительность таких электростанций довольно высока, а стоимость выработанной электроэнергии сопоставима с электричеством от городской сети.
Основные характеристики:
- Тип двигателя: V-образный карбюраторный или инжекторный двигатель с 6–16 цилиндрами, верхним расположением клапанов и водяным охлаждением.
- Тип генератора: асинхронный трехфазный бесколлекторный генератор с самовозбуждением.
- Выдаваемая мощность: до 1 МВт.
- Топливо: природный газ, биометан, пропан-бутан.
- Управление: цифровой контроллер, комбинированная многоуровневая защита, АВР, самодиагностика. Работа полностью автоматизирована.
- Выход на номинальную мощность: до одного часа.
- Стоимость: от $10000 до $250000.
Газопоршневые агрегаты такого класса являются наиболее рациональным методом автономного обеспечения электроэнергией жилых массивов и энергоемких предприятий. Установленный лимит моточасов позволяет использовать их на постоянной основе, останавливая дважды в год на одни сутки для проведения технического обслуживания. Электростанции комплектуются отдельными блоками подготовки газообразного топлива и ЗРУ для первичной коммутации.
Это оборудование является полностью стационарным и при установке требует специально оборудованных площадок или зданий, оснащенных подготовленным бетонным основанием, компенсирующим вибрацию, топливными бункерами, системами газоудаления и вентиляции. Благодаря автоматическому регулированию подачи топлива, стоимость выработанной электроэнергии значительно ниже сетевой.
Подключение и эксплуатация
Питание электростанции осуществляется либо от баллона через специальный редуктор, либо магистральным газом, давление которого соответствует требуемым параметрам. Для подключения к магистрали следует зарегистрировать электростанцию как дополнительный газовый прибор, что делается по стандартной процедуре с внесением изменений в проект домового газоснабжения.
К электрической сети газогенератор подключается через двухпозиционный переключатель, если сама установка не включает блок АВР, либо же через ограничитель мощности, автоматический выключатель или линейный разъединитель с комплексом РЗАиТ. Очень полезно организовать на линии генератора внутренний узел учета прямого включения или на токовых трансформаторах — это поможет контролировать стоимость генерируемой электроэнергии и оперативно отслеживать расход топлива.
В процессе эксплуатации важно соблюдать предписанный режим работы, выраженный в числе моточасов в сутки. Электростанции свыше 100 кВт имеют постоянный режим работы на протяжении 361 дня в год, менее мощные могут работать от 6 до 20 часов в сутки
Во время работы практически все параметры контролируются автоматически, в случае неисправности либо остановится двигатель, либо генератор отключит подачу напряжения. Дальнейшая диагностика проводится в соответствии с руководством по эксплуатации.
Шумозащита газопоршневых генераторов
Газопоршневой агрегат издает сильный шум — сила звука на поверхности газопоршневого двигателя — 105 Дб.
Для снижения шума требуется применение специальных мероприятий. В жилых помещениях
каналы отвода продуктов горения не должны граничить непосредственно с жилыми помещениями
Отверстия для приточно-вытяжной вентиляции должны располагаться вне зон окон, террас и помещений с людьми.
Часто есть необходимость установки адаптированных глушителей на вытяжке и притоке воздуха.
Выход выхлопных каналов отрезается под углом 45 градусов, чтобы уменьшить образование стоячих волн в зоне выхлопа.
Звукоизолирование на
газопоршневой установке
зависит от местных условий и допустимого уровня звукового давления в помещениях, требующих звукоизоляции.
По возможности необходимо предусмотреть системы, которые уменьшают уровень шума газопоршневого генератора в месте его возникновению.
На
газопоршневом двигателе:
устанавливаются демпфирующие элементы (виброизоляторы) препятствующие передаче механической вибрации от
газопоршневой электростанции
на строительные конструкции. При этом исключается нагрузка на соседние помещения.
Для уменьшения звукового давления выхлопной системы газопоршневого генератора применяются систему глушителей. Первичный
глушитель
устанавливается непосредственно на
газопоршневом агрегате.
В газоотводящую магистраль устанавливаются дополнительные глушители (вторичные/третичные),
которые дополнительно снижают шум.
Газовые сильфоны
препятствуют передаче механической вибрации через трубопроводы на строительные конструкции. Они воспринимают тепловое расширение трубопроводов.
Шумозащитный кожух
снижает силу звука от поверхности двигателя. При качественном исполнении и правильном монтаже кожух снижают звуковое
давление от агрегата на 25 дБ. Особое значение для защиты от шума имеют размер отверстия для приточно-вытяжной вентиляции.
Диаметр отверстий необходимо тщательно рассчитывать вследствие большой потребности газопоршневого генератора в воздухе для горения и для охлаждения двигателя.
При расчете необходимо учитывать сопротивление звукоизолирующего кожуха и других устройств в воздушном тракте например жалюзи, заслонки и каналы протеканию воздуха.
При дополнительной установке звукоизолирующих систем в выхлопной тракт, необходимо проверить значения параметров
противодавления системы глушения для исключения влияния на работу газопоршневого двигателя.
Чтобы снизить противодавление нужно минимизировать количество поворотов выхлопного тракта.
Источником механического звука могут быть компоненты
системы утилизации тепла.
Шум передается по системе труб соединенных с системой утилизации. Это приводит к излучению звука в соседние помещения,
превышению допустимого уровня шума и повышенной акустической нагрузке для людей.
Поэтому все компоненты отопительной системы вне газопоршневого генератора
(горелка, котел, расширительные баки, насосы, распределители, трубопроводы и т.д.)
должны быть оснащены эффективными демпфирующими элементами и надежно закреплены.
Опыт показывает, что защита от шума связана с большими расходами.
Газопоршневые электростанции с разными типами топлива
Газопоршневые электростанции могут работать на нескольких видах газового топлива. Распространенными вариантами являются:
- Газ природного происхождения. На территории стран постсоветского пространства ГПУ-ГПЭС работающие на природном газе (метане) распространены более всего.
- Нефтяной газ попутного типа — ПНГ. Данный вариант также востребован, но в нефтегазодобывающих регионах. Однако для корректной работы оборудования на ПНГ потребуется тщательная и дорогостоящая подготовка газа и соответствующая настройка и комплектация газопоршневой электростанции.
- Дизельное топливо, судовой мазут и природная нефть без обработки.
- Неподготовленный попутный газ. Использование топлива имеет ряд недостатков. Это касается рисков детонации смеси, частого перегрева двигателей и преждевременного износа основных узлов и деталей. В результате владелец потратит дополнительные средства на капитальное восстановление техники.
- Биогаз – перспективный вид топлива на территории Российской Федерации, с установкой газопоршневых электростанции непосредственно на мусорных полигонах ТБО – ТКО. Добывается биогаз путём селекции поступающих мусорных отходов на органические и неорганические. Путём брожения органики в анаэробной среде, в метатенках, происходит процесс выделения метана, который используется в качестве основного топлива для газопоршневых станций.
- Свалочный газ – газ используется для электростанции после соответствующей подготовки. Свалочный газ имеет отличия по происхождению от биогаза. Свалочный газ получают из пробуренных скважин или заблаговременно обустроенных шахт. Основной состав – метан.
Соблюдение условий эксплуатации выступает основой длительной работы ГПЭС. Чтобы избежать детонации и перегрева оборудования, а значит преждевременного его выхода из строя, необходимо постоянно отслеживать метановое число, поступающего газа в двигателе. На современных газопоршневых электростанциях с этим успешно справляются электронные системы управления. Это особенно касается биогаза и свалочного газа
Важно следить за минимальным давлением подачи газа в систему. Данный показатель не должен быть менее 0,05-5,5 бар
В противном случае в силовых агрегатах возникнет дерейтинг. Точная цифра давления зависит от мощности оборудования и марки.
Особенности монтажа установки
Станции в разобранном виде доставляются на место установки с помощью спецтехники. К этому моменту на рабочей площадке должен быть подготовлен фундамент, соответствующий размерам и массе ГПУ. На следующей стадии производится агрегатная сборка – компонуются в единую структуру элементы ДВС, кулеры, воздухозаборники, резервуары, бойлеры и прочие части рабочей инфраструктуры. Затем выполняется обвязка с местными инженерными коммуникациями, то есть сетями, с которыми будет взаимодействовать станция в процессе эксплуатации. По этим каналам будет осуществляться распространение тепла, горячей воды, электричества, пара и т. д. В отдельном порядке организуется система, через которую управляется газопоршневая установка. Монтаж в этой части заключается в организации внутриплощадочных электросетей снабжения, установке пунктов диспетчеризации и автоматизации, устройстве молниезащиты и заземления. Наиболее ответственны работы с модульными конструкциями, которые могут интегрироваться в состав предприятия как строительного сооружения. В данном случае изначально разрабатывается проект установки станции, ее подключения к коммуникациям и системы энергообеспечения.
Работа автомобиля на газогенераторе
При эксплуатации такого газового двигателя не получится достичь скорости и ускорения, возможных при использовании бензинового аналога. Проблема заключается в составе древесного газа. Он на 50 % состоит из азота, на 20 % из окиси углерода; оставшиеся 18 % — водород, 8 % — двуокись углерода, 4 % — метан. Азот, который занимает половину удельной массы газа, вовсе не способен поддерживать горение, а соединения на основе углерода снижают эффективность горения. Большое количества азота уменьшает общую мощность такого генератора примерно на 30-50 процентов. Углерод снижает скорость горения газа, из-за чего не удается достичь высоких оборотов. Как следствие этого, понижаются динамические показатели автомобиля.
Технические показатели
Если стоит выбор, к примеру, между покупкой автомобиля с традиционным двигателем или с газогенератором, то нужно подробно остановиться на рассмотрении технических данных второго варианта.
Масса двигателя на дровах достаточно большая, из-за чего теряется некоторая часть маневренности. Этот недостаток становится опасным, если развивать большую скорость. По этой причине доводить автомобиль даже до 100 км/ч не слишком разумное решение — придется ездить медленнее. Есть еще несколько важных технических данных такого оборудования.
Газовый двигатель, работающий на дровах, обладает большей степенью сжатия, чем грузовые бензиновые двигатели. Что касается мощности, то газогенератор, естественно, проигрывает бензиновому мотору.
Последнее отличие не в пользу газовой модели — это грузоподъемность, в которой он также проигрывает автомобилю с бензиновым двигателем.
Здесь еще важно отметить, что древесный газ характеризуется низкой энергетической ценностью, если сравнивать его с природным. Авто на дровах будет неизбежно терять в динамических свойствах, что также следует учитывать водителю такого транспортного средства
Некоторые предпочитают установку объемного газогенератора осуществлять на прицеп, а не на сам автомобиль. В таком случае и быстро разогнаться не получится, и маневрировать особо не выйдет. Прицеп будет являться своеобразным ограничителем.
Газопоршневые установки: первичные сведения о системе для потребителя
Когенерация представляет собой процесс совместной выработки электричества и тепла. Именно в таком энергоэффективном режиме эксплуатируется большинство моделей газопоршневых установок. На выходе теплоэлектростанции температура выхлопных газов достигает +290ºС. Получаемую через специальные теплообменники, данную энергию можно использовать для обогрева жилых, промышленных и складских помещений.
При стандартной работе ГПУ пропорция между двумя видами полученной энергии по выдаче имеет коэффициент примерно 1 к 1. То есть на 5 МВт электрической мощности получается 5 МВт (4,3 Гкал/час) тепла. Если есть необходимость в производстве промышленного пара, то устанавливается дополнительное оборудование.
В большинстве случаев система охлаждения газопоршневой установки является жидкостной. Если для охлаждения газопоршневой установки используется вода, то ее необходимо подготовить согласно ТУ.
Дешевле всего использовать уже готовую воду.
Уровень расхода моторного масла лежит в диапазоне 0,29 – 0,94 кг/ч на 1 МВт произведённого электричества. Конечный показатель совпадает с равномерностью нагрузки энергокомплекса
Для ГПУ важно поддерживать оптимальный уровень масла в моторе. Газопоршневые установки с небольшой мощностью (примерно до 10 кВт) нередко имеют простое воздушное охлаждение
ГПУ такого типа активно используются в качестве аварийных и резервных систем энергоснабжения.
Средняя цена качественного моторного масла на рынке составляет 1,5-4,5 долларов за литр. В структуре всех затрат на работу установки, расходы на синтетическое вещество для двигателя составляет 0,03-0,05 рубля за 1 кВт энергии. Общие затраты на эксплуатацию ГПУ в полной мере перекрываются экономичным расходом природного газа и его низкой стоимостью в РФ. Затраты на природный газ и моторное масло, с расходными комплектующими являются основными при работе электростанции. ГПУ является лучшим вариантом для потребителя по критериям «цена-затраты на приобретение-качество».
Газопоршневые установки в полной мере соответствуют экологическим стандартам качества и европейским сертификатам. Проектирование дымовой трубы зависит от ряда технических параметров. Во-первых, это предельная концентрация вредных веществ в окружающей среде. Во-вторых, уровень генерации вредных веществ конкретной модели ГПУ. В большинстве случаев высота трубы составляет примерно 20-30 метров. Степень шумов составляет 70-80 дБ. При необходимости степень шумов может быть снижена. Работа поршневой установки на некоторых режимах сопряжена с возникновением вибраций. С целью устранения такого эффекта, как правило, рекомендована установка виброопор
Сроки поставки и запуска ГПЭС
Подписание контракта является точкой отсчета для выполнения взятых на себя обязательства двух сторон. Заказчик обязан внести оговорённую сумму за выполнение изысканий и проектных работ, а исполнитель после их выполнения – начать поэтапную стройку ГПЭС. На запуск в эксплуатацию газопоршневой электростанции мощностью до 25-30 МВт уходит, как правило, не более полутора лет. При этом заказчик должен учитывать время транспортировки оборудования электростанции и его таможенное оформление. На это уходит от 1 до 3 месяцев. Монтаж оборудования и пусконаладка (ПНР) занимают 90-100 дней. Запуск в работу менее мощных установок исчисляется месяцами, особенно быстро реализуются проекты с контейнерными ГПЭС, изначально имеющими высокую степень готовности. Если используются газопоршневые электростанции контейнерного типа, то запуск в эксплуатацию ТЭЦ-ТЭС происходит за несколько недель. Контейнерные газопоршневые электростанции можно объединять в энергетические кластеры, с единым управлением, получая при этом требуемую мощность с гибким, и потому выгодным экономически, энергопотенциалом.
Газопоршневые когенерационные электростанции
Предназначена для выработки электрической и тепловой энергии в постоянном режиме эксплуатации, без ограничения по наработке в год. Система управления электростанцией в автоматическом режиме поддерживает режим работы в синхронизации с электрическими сетями и другими электростанциями, а также работу в автономном режиме с возможностью обратной синхронизации с электрической сетью.
Электростанции производятся по 3 (третьей) степени автоматизации в соответствии с ГОСТ14288-80 «Дизели и газовые двигатели автоматизированные. Классификация по объему автоматизации». Электростанция поставляется на объект заказчика в полной заводской комплектности, в комплектации для размещения в помещении Заказчика, или в заводском модуле.
Область использования газопоршневых электростанций
Наши установки могут использоваться в качестве резервного, вспомогательного или основного источника электроэнергии в автономном режиме или совместно с централизованными системами электроснабжения и тепла на:
- Промышленных предприятиях,
- Буровых платформах, скважинах и шахтах,
- Очистных сооружениях,
- В строительстве,
- Административных и медицинских учереждениях,
- Аэропортах, гостиницах, узлах связи, системах жизнеобеспечения и т. п.
Газопоршневые электростанции имеют высокий показатель КПД, отсутствует влияние на КПД температуры окружающего воздуха, меньшее потребление газа по сравнении с микротурбинами, соответственно меньше выхлопа в окружающую среду.
Cоответствие общим требованиям
Элементы электростанции, а также процессы ее изготовления, транспортировки, монтажа соответствуют общим требованиям безопасности по ГОСТ12.3.002-75 (2000) «ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности», ГОСТ 12.2.003-91 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности». Электросиловая часть установки отвечает требованиям безопасности по ГОСТ12.2.007.0-75 «ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности», ГОСТ12.1.038-82 «ССБТ.
Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов», ГОСТ12.3.032-84 «ССБТ. Работы электромонтажные. Общие требования безопасности», а также «Правилам устройств электроустановок», «Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей». Электробезопасность электростанции соответствует ГОСТ12.1.019-79 (2001) «ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты». Уровень шума, создаваемый при работе оборудования электростанции, соответствует требованиям, установленным ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности».
Полностью комплектное изделие
Газопоршневая когенерационная электростанция производства «Газовые машины» является законченным, полностью комплектным изделием и дополнительная доработка после прибытия на объект заказчика не требуется, за исключением режимной наладки. Электростанция поставляется смонтированная на раме, на раме в шумозащитном кожухе или в модуле заводской готовности.
С целью оптимизации транспортных издержек, выносной блок радиаторов для охлаждения электростанции и глушитель шума демонтируются. Монтаж данных узлов выполняется в течение одного рабочего дня, а все необходимые для выполнения данных работ крепежные элементы и уплотнительные прокладки входят в комплект поставки с небольшим запасом.
Работа установки на ЗИС
В верхней части генератора располагался бункер, в который загружалось твердое топливо. Непосредственно под самим бункером располагался топливник. Здесь осуществлялось сжигание древесины. По мере того как сгорало старое топливо, осуществлялась «автоматическая подача» новой древесины. На деле же она просто падала из бункера в топливник под собственным весом, когда освобождалось место. Сама газогенерирующая установка располагалась с левого борта автомобиля.
В этом же топливнике происходило и образование окиси углерода из-за протягивания воздуха сквозь горящее топливо. Просасывание кислорода происходило либо за счет разрежения в цилиндрах, либо за счет работы электрического вентилятора. Эти методы являлись принудительными, но были установки и с естественной тягой воздуха. Однако в таком случае на подготовку к запуску могло уйти до часа времени.
Под топливником располагался зольник, как в любой обычной печи. Здесь скапливались продукты сгорания. Каждые 80-100 км было необходимо очищать его от золы. Однако здесь справедливо будет отметить, что этот факт доставлял проблемы лишь водителю транспортного средства.
Установки MWM
Менее известная марка, выпускающая газопоршневые станции, но и она находит своих клиентов в самых разных областях. Прежде всего модели MWM выигрывают за счет прогрессивной системы управления. Особенность ее заключается в том, что контролю и мониторингу подвергаются не только все компоненты станции от двигателя до смежных бойлеров и воздухозаборников, но и взаимодействующие элементы комплекса. Это позволяет держать под контролем каналы передачи электричества, воды и пара. Отличается газопоршневая установка MWM и способностью работать на специализированных газах. Для заправки, кроме привычных газов, доступен биогаз, шахтные и пиролизные смеси. Специально для российских условий эксплуатации компания также предлагает модернизированные установки, в которых предусмотрена возможность подогрева воздуха, отправляющегося в камеру горения. В зимний период это решение позволяет экономить на топливе в среднем 10%.
Газопоршневые установки против газотурбинных двигателей — выводы
При линейных нагрузках и соблюдении правила N+1 применение газопоршневых двигателей в качестве основного источника энергоснабжения возможно. В составе такой электростанции необходимы резервные агрегаты и емкости для хранения второго вида топлива — дизельного.
В диапазоне мощности до 40-50 МВт использование поршневых моторов на мини–ТЭЦ считается абсолютно оправданным.
В случае использования газопоршневых агрегатов потребителю можно полностью уйти от внешнего электроснабжения, но только при обдуманном и взвешенном подходе.
Поршневые установки так же можно применять и в качестве резервных или аварийных источников электроэнергии.
Некая альтернатива поршневым установкам – газовые микротурбины. Правда цены на микротурбины сильно «кусаются» и составляют ~ $2500–4000 за 1 кВт установленной мощности!
Сравнение газотурбинных установок и газопоршневых двигателей в составе мини–ТЭЦ показывает, что установка газовых турбин возможна на любых объектах, которые имеют электрические нагрузки более 14-15 МВт, но из-за высокого расхода газа турбины рекомендуются для электростанций гораздо большей мощности – 50-70 МВт.
Для многих современных генерационных установок 200.000 моточасов эксплуатации не является критической величиной и при соблюдении графика планового технического обслуживания и поэтапной замены частей турбины, подверженных износу: подшипники, инжекторы, различное вспомогательное оборудование (насосы, вентиляторы) дальнейшая эксплуатация газотурбинной установки остается экономически целесообразной. Качественные газопоршневые установки сегодня так же успешно преодолевают 200.000 моточасов эксплуатации.
Это подтверждается современной практикой эксплуатации газотурбинных/газопоршневых установок во всем мире.
При выборе силовых агрегатов автономной электростанции необходимы консультации специалистов!
Советы специалистов, надзор необходимы и при строительстве автономных электростанций. Для решения задачи нужна инжиниринговая компания с опытом работы и реализованными проектами.
Инжиниринг позволяет компетентно, не предвзято и объективно определиться с выбором основного и вспомогательного оборудования для подбора оптимальной конфигурации — комплектации вашей будущей электростанции.
Квалифицированный инжиниринг позволяет сберечь значительные денежные средства заказчика, а это 10–40% от общей суммы затрат. Инжиниринг от профессионалов в сфере электроэнергетики, позволяет избежать дорогостоящих ошибок в проектировании и в выборе поставщиков оборудования.
Цикл ГТУ: построение диаграмм и он-лайн расчет термического КПД
