Принцип работы газопоршневой установки. Принцип действия газовых электростанций

Газопоршневые генераторные установки (ГПГУ) представляют собой конструкцию из газопоршневого двигателя и синхронного генератора, размещенных соосно на одной общей раме. Как правило, агрегаты поставляется укомплектованной системами охлаждения, впуска воздуха, выхлопным коллектором, панелью управления, системой подачи топлива, системой пуска и т.д. Электростанции на базе ГПГУ служат для постоянного энергоснабжения потребителя в течение длительного промежутка времени (нескольких лет или даже десятков лет) и требуют коротких остановок лишь для планового сервисного обслуживания и ремонта. Обычно это составляет не более 1,5-2% от времени эксплуатации.

Основные отличительные особенности:

Электрический КПД может достигать 50%, в то время как КПД (эл.) газотурбинных установок или микротурбин не превышает 35-37%. Поэтому, если для Вас приоритетным является выработка электричества, то использование ГПГУ будет предпочтительным. Известно, что на производство 1 кВт электрической энергии газопоршневая генераторная установка расходует на треть меньше газа, чем агрегат с турбинным приводом.

Оборудование, по сути, является двигателем внутреннего сгорания (ДВС), использующим в качестве топлива газообразное топливо. Для эксплуатации и технического обслуживания требуется высококвалифицированные инженеры.

Большинство генерирующего оборудования изготавливаются на заказ. Производители стараются учесть предполагаемые условия эксплуатации (высота над уровнем моря, средняя температура, состав газа, давление газа и т.д.). Обычно невозможно купить устройства нужной спецификации сразу со склада. Цикл изготовления жестко регламентирован производителем и обычно составляет 7-8 месяцев. Установки с газотурбинным приводом изготавливаются в 1,5 - 2 раза дольше.

Для работы обычно не требуется компрессор топливного газа, а у некоторых производителей, двигатели могут работать на давлении газа 0,2 бар.

Большинство производителей регламентируют наработку до первого капремонта в 50 000 - 60 000 моточасов. Некоторые агрегаты большой мощности требуют капитального ремонта через 120 000 часов эксплуатации. Допускается проведение до 3 капитальных ремонтов. Таким образом, средний срок эксплуатации составляет 25-30 лет.

Капитальный ремонт может быть проведен на месте эксплуатации оборудования без перемещения агрегата на площадку завода-изготовителя или дилера. ROLT power systems осуществляет продажу ЗИП и инструмента для технического обслуживания.

КПД в малой степени зависит от температуры окружающего воздуха. В то время как КПД турбины начинает существенно снижаться уже при 300 С.

Высокий электрический КПД
Простая и понятная конструкция
Время изготовления
Работа на газе низкого давления
Высокий ресурс
Капитальный ремонт на месте эксплуатации
Слабая зависимость от температуры внешней среды

Стоимость газопоршневых генераторов

Одним из главных конкурентных преимуществ является сравнительно низкая стоимость. Цена в большой степени определяется ее мощностью. Как правило, производители энергетического оборудования оперируют параметром «стоимость установленной мощности». Для оценки этой стоимости можно воспользоваться следующими данными:

для ГПЭС - 400-600 $/кВт;
для турбин - 800-1200 $/кВт;
для микротурбин - 1500-2000 $/кВт.

Данные цифры получены опытным путем и не учитывают затрат на приобретение дополнительного инженерного оборудования, пэкидж, логистику, шеф-монтажные и пусконаладочные работы.

Для оценки полной стоимости реализации проектов, просим направить свой запрос в удобной для вас форме на электронный адрес [email protected] или заполнить заявку (опросный лист). Наши специалисты в течение 1,5-2 часов направят в Ваш адрес технико-коммерческое предложение (ТКП) в четком соответствии с вашим техническим заданием. В ТКП подробно описаны:

Устройство электростанции:
Основные инженерные системы;
Электрическая и тепловая схема;
Габаритный установочный чертеж и т.д.

Коммерческая часть, в том числе:

Объем и условия поставки;
Сроки поставки и сроки действия предложения;
Гарантийные обязательства.

Если Вы испытывайте сложности при оформлении заявки на изготовление, позвоните по телефону 8 800 775 06 95 (бесплатно по России) и наши инженеры проведут подробную консультацию по процедуре заказа энергетического оборудования под маркой ROLT.

*информация размещена в ознакомительных целях, чтобы поблагодарить нас, поделитесь ссылкой на страницу с друзьями. Вы можете прислать интересный нашим читателям материал. Мы будем рады ответить на все ваши вопросы и предложения, а также услышать критику и пожелания по адресу [email protected]

Прежде всего отметим, данной информацией поделились с нами специалисты компании ООО «КВАНТ Сервис» с сайта kvantservis.ru , также они обещали ответить на все вопросы наших читателей, чтобы задать вопрос и узнать на что способны профессионалы, перейдите по ссылке. Малая энергетика становится все более востребованной. Основой малой энергетики является процесс когенерации. Он заключается в одновременном производстве двух видов энергии - тепловой и электрической. Для того чтобы процесс когенерации имел более завершенные формы разработаны когенерационные установки. Они бывают 3 видов:

Основанные на работе газопоршневого двигателя.
Работающие на основе паровых турбин.
Дизельные установки.

На данный момент наиболее эффективными и экономически выгодными являются газопоршневые установки.

Устройство

Как и любая когенерационная установка, газопоршневая имеет несколько основных блоков:

1 блок представляет собой первичный двигатель. Это и есть поршень, который работает первоначально с источником энергии.
2 блок - электрогенератор. С его помощью происходит преобразование энергии двигателя в электроэнергию.
3 блок - система утилизации тепла. Принцип работы этой системы заключается в использовании энергии, состоящей из энергии горячих газов. Строение теплоутилизатора напрямую зависит от вида топлива.
4 блок - система контроля и управления установкой. Состоит из датчиков, рычагов управления.

Автоматизированная работа всех основных составляющих когенерационной установки позволяет добиться КПД равного 90%.

Принцип работы

В качестве основного топлива в таких установках используется газ, также существует возможность использования биогаза. Принцип работы установки заключается в возможности преобразования газа в электроэнергию и теплоэнергию. Выработка тепла и электрической энергии осуществляется одновременно. В этом и заключается главное достоинство газопоршневых установок. Такой принцип работы позволяет сделать процесс выработки энергии более эффективным и дешевым.

Всю систему работы установки условно можно разделить на несколько этапов.

этап. Подача газа в топливную систему.
этап. Подача воздуха в турбонагнетатель.
этап. Охлаждение воздуха и подача в топливную систему.
этап. Соединение газа с воздухом, образование воздушно-топливной массы.
этап. Сгорание топлива. На этом этапе происходит выработка электроэнергии за счет вращения генератора двигателем.
этап. Сбор тепловой энергии. Она состоит из нагретого в процессе работы выхлопного газа, а также нагревания жидкости, предназначенной для охлаждения.
этап. Применение полученной энергии. Электрическая энергия применяется по своему прямому назначению. Тепловая может использована для системы отопления.

Газопоршневая установка вырабатывает больше тепла, чем электроэнергии. Таким образом, та энергия, которую обычные электростанции просто выбрасывают в атмосферу, в газопоршневых установка не только сохраняется, но и утилизируется и преобразовывается в полезную энергию, необходимую для человека. При этом количество потерянной энергии снижается с 40% до 5-10%.

Достоинства и недостатки

К основным преимуществам относятся:

Высокая эффективность и производительность.
Минимальные затраты на приобретение установки и топливо.
Вместительные топливные камеры, малочувствительные к качеству топлива.
Автоматическая работа, работа в автономном режиме, быстрый запуск.
Возможность объединения нескольких установок для больших производственных помещений.
Надежность основных комплектующих, долговечность.
Ремонт и замена деталей достаточно просты.
Компактные размеры, широкий модельный ряд.
Возможность производства установок в соответствии с пожеланиями заказчика по размерам, виду и качеству топлива.

К недостаткам газопоршневых когенерационных установок можно отнести:

Невысокую мощность одной установки. Гораздо выгоднее использовать несколько машин в общем режиме.
Выработку шума низкой частоты при работе.
Потребность в охлаждении установки при отсутствии применения выработанной энергии.

В целом, можно сделать вывод, что применение когенерационных установок данного вида экономически более целесообразно. Если производить сравнение газопоршневых установок с турбинными и дизельными можно отметить несколько ключевых моментов:

Самый высокий КПД электрической энергии.
Устойчивость к условиям работы. При изменениях давления и температуры, КПД газопоршневых установок менее остальных подвержен изменениям.
Поршневой двигатель выдерживает различные условия работы. Его запуск и остановку можно производить неограниченное количество раз. При этом старт в работе происходит за минимальное время - пару минут.
Долгий срок службы, до нескольких десятков тысяч рабочих часов.
Минимальные затраты при проведении ремонта.
Минимальные затраты на топливо.
Экологическая безопасность. Газопоршневые турбины выделяют в атмосферу в 2 раза меньше углекислого газа и других вредных веществ.

Области применения

Газопоршневые установки необходимы для снабжения самых различных объектов двумя видами энергии - электрической и тепловой. В основном они применяются.

Для дополнения уже существующих систем электро- и теплоснабжения.
Обеспечение энергией домов и небольших производственных помещений. Объединение нескольких газопоршневых установок в единую сеть позволяет увеличить количество вырабатываемой энергии в несколько раз.
Применяются при проведении строительных и ремонтных работ, работе в шахтах.
Используются в качестве дополнительного или резервного источника энергии в сферах повышенной необходимости для жизнедеятельности человека - здравоохранение, образование, транспортные коммуникации, сфера связи.
Промышленные установки являются более мощными и используются для обеспечения энергией крупных заводов и целых населенных пунктов.

Газопоршневые установки необходимы в условиях постоянных нарушений в подаче электричества. При их применении можно забыть об отсутствии энергии, темноте и холоде. Благодаря своей универсальности они получили свое второе название миниэлектростанции. Использование когенерационных газопоршневых установок позволяет сделать жизнедеятельность человека независимой от перебоев в электроснабжении, а также сэкономить средства на оплату и выработку энергии.

Принцип когенерации выработки позволяет обеспечивать потребителей несколькими видами энергии при минимальных затратах. На таких платформах работают станции, снабжающие предприятия теплом, холодом, паром и электричеством. Объемы выработки и способы распространения энергии зависят от конструкции и местного инженерного обеспечения. Типовой реализацией данной концепции является газопоршневая установка (ГПУ), в состав которой входит двигатель внутреннего сгорания. Несмотря на традиционный способ конструкционного исполнения, такие агрегаты являются эффективными, функциональными и долговечными. Впрочем, они не избавлены и от недостатков.

Устройство ГПУ

Конструкция базируется на массивном ДВС, в котором предусмотрена камера сгорания и вспомогательная инфраструктура для осуществления процессов смесеобразования и зажигания. Остальная техническая часть определяется тем, какие конкретно типы энергии нужно получить в ходе прохождения циклов сгорания. Например, распространено подключение вала, благодаря механической работе которого генерируется электрическая энергия. Механическое действие вал совершает за счет ДВС. Непосредственно тепловая энергия, которая вырабатывается уже в первом цикле, может распространяться или аккумулироваться в бойлерах с контурами. Это же касается и пара, который будет передавать потребителям тригенерационная газопоршневая установка. Устройство современных ГПУ не обходится без систем обеспечения безопасности, в числе которых датчики температуры, регуляторы детонации, панели контроля и управления. В то же время не всегда такие генераторы выступают в качестве самостоятельных объектов выработки энергии. Нередко их уже на этапе строительства интегрируют в инженерную инфраструктуру крупных предприятий. В этом случае они выступают лишь компонентом газовых компрессоров, приводов насосов или холодильных установок. Разумеется, речь идет об индустриальном оборудовании, требующем подключения больших потоков энергии.

Общий принцип работы

Независимо от алгоритма генерации, преобразования и дальнейшего распространения энергии, на базовом уровне ГПУ вырабатывают энергетический потенциал в процессе сжигания газового топлива. По расчетам специалистов, тепловая энергия на таких станциях позволяет генерировать электроэнергию с КПД порядка 40 %. Иными словами, большая часть генерируемого тепла уходит в окружающую среду, а почти половина - аккумулируется и направляется потребителями. И в этом контексте можно вспомнить о концепции, встроенной в инженерную структуру предприятия станции, - данная схема позволит эффективнее расходовать и уходящую «местную» тепловую энергию на обогрев помещений и т. д. Кроме того, активно распространяются многофункциональные газопоршневые установки, принцип работы которых ориентирован на сегментированную выработку энергии разного типа в отдельных блоках. Это когенерационные и тригенерационные станции, которые позволяют использовать первичную вырабатываемую энергию с КПД порядка 90 %. Их стоит рассмотреть отдельно.

Принцип когенерации

Для начала стоит подчеркнуть, что выработка электроэнергии на многих установках производится «по умолчанию». Это наиболее распространенный вид целевого продукта станций ГПУ. Но, кроме него, тепловая энергия может преобразовываться в средство нагрева воды и пар. Охлаждение ДВС реализуется по закрытому контуру, в котором циркулирует холодная вода. Она отбирает тепловую энергию у двигателя, после чего отправляется в теплообменник. На завершающем цикле теплоноситель поступает в котел, утилизирующий тепло. Данная инфраструктура позволяет использовать газопоршневые когенерационные установки в комплекте с быстровозводимыми модульными зданиями или в готовых контейнерах. Они располагаются в самих предприятиях или вблизи. Когенерационный принцип работы обеспечивает снабжение потребителей электроэнергией, горячей водой или паром.

Принцип тригенерации

Тригенерация подразумевает расширение функциональности обычных ГПУ за счет добавления задачи выработки холода. Данная функция тоже довольно широко востребована среди предприятий из разных отраслей. Технически тригенерация достигается в процессе той же процедуры утилизации тепла, но в больших объемах. Для непосредственной аккумуляции холодных потоков и их распределения используются абсорбционные или компрессорные кондиционеры. Причем охладительные чиллеры на основе абсорбции используют уже выработанную горячую воду или пар от ГПУ. Газопоршневая установка с компрессорным кондиционированием, в свою очередь, работает за счет готовой электроэнергии. То есть в любом случае охлаждающие установки требуют для своей функции вторичный продукт переработки.

Топливный материал

Существенной особенностью ГПУ, которая отличает ее от других энергетических станций, является работа за счет сгорания газа. Специфика применения данного топлива обусловлена и повышенными требованиями к безопасности установки, и жесткими экологическими нормативами. Чаще всего для питания таких объектов используют природный газ, бутан, пропан, пиролизный, древесный и коксовый газы. В некоторых случаях ради удешевления процессов генерации ДВС заправляют попутным газом нефтяной переработки, а также газами сточных вод и мусорных свалок. Качественные характеристики топлива определяются по параметрам серосодержания, степени детонации, коэффициента содержания метана, теплоты сгорания и т. д.

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.

Техническое обслуживание станций

Сразу после монтажных работ производится первое тестирование с наладкой оборудования. В перечень пусконаладочных мероприятий входит проверка функциональных компонентов, сетей, контуров, измерительных приборов и датчиков. В дальнейшем подобные операции могут выполняться после реконструкции или модернизации станции. Что касается ремонтных мероприятий, то газопоршневая установка может подвергаться плановой и капитальной ревизии, по результатам которой главный инженер разработает проект технической поддержки. В регулярном порядке обслуживающий персонал должен своевременно менять расходные части компонентов станции, обновлять рабочие жидкости и отслеживать температурные параметры.

Установки Caterpillar

Фирма Caterpillar является одним из крупнейших производителей инженерно-промышленного оборудования в мире. Сегмент газопоршневых агрегатов представлен моделями, мощность которых варьируется в диапазоне от 20 до 10 000 кВт. Наибольший спрос отмечается в спектре от 360 до 2 000 кВт. Что касается конструкционного исполнения, то компания предлагает и готовые к эксплуатации контейнерные блоки, и модульно-разборные крупные станции, размеры которых могут достигать 1400х340х340 см. Пользователи установок данной марки отмечают их высокий рабочий ресурс, производительность (в среднем КПД 90%) и долговечность. Типовая газопоршневая установка Caterpillar электрической мощностью в 1 000 кВт способна работать без потребности в капитальном ремонте порядка 50 000 моточасов. К этому же стоит добавить расширенные возможности инженерно-коммуникационного подключения и малошумность.

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%.

Установки GE Jenbacher

Производитель Jenbacher специализируется на среднем сегменте ГПУ, которые работают на тяжелом топливе. Средний мощностный потенциал такого оборудования составляет 300-4 000 кВт. Среди технологических особенностей таких станций отмечают уникальную систему сжигания топлива LEANOX. Благодаря ней газовые двигатели получили возможность нивелировать содержание метана, исключая при этом падение мощности. Заботятся инженеры фирмы и о системе управления, что позволяет им выпускать функциональные и эргономичные газопоршневые установки. Цена таких моделей составляет в среднем 1-1,5 млн руб. Но это касается небольших по мощности агрегатов, которые подходят для использования на мелких предприятиях.

Плюсы и минусы ГПУ

Преимущества газопоршневого оборудования очевидны - они заключаются в дешевизне топлива и в скромных финансовых затратах на обслуживание станций. Также в работе они достаточно просты, малошумны и стабильны. Однако даже при условии магистрального снабжения газопоршневые генераторные установки остаются наиболее опасным средством выработки энергии. Опасности, связанные с транспортировкой и использованием газовых смесей, в первую очередь, выражаются рисками возгорания и взрыва. Кроме того, остаются экологические нюансы и вопросы токсической безопасности, поскольку широкий спектр используемых смесей вреден для человека, если их должным образом не изолировать в контурах станции.

Расчет газопоршневой установки

Перед выбором конкретной модели установки следует произвести некоторые расчеты. В первую очередь учитывают затраты на газовую смесь. Если мощность агрегата составляет примерно 1 000 кВт, то при полной загрузке в 278 нм3 за час выйдет приблизительно 1 руб. на 1 кВт*ч. При тех же данных конструкции и мощности объем масла будет составлять порядка 230 л, что добавит к расходам еще примерно 0,04 руб. на 1 кВт*ч. Также не стоит забывать о расходниках и запасных частях. С учетом, что ближайший серьезный ремонт может наступить примерно через 40-50 тыс. моточасов, то на 1 кВт*ч. газопоршневая установка со средними характеристиками будет требовать порядка 0,37 руб.

Заключение

Станции на базе газопоршневого двигателя являются оптимальным решением для предприятий, которые стремятся к энергетической независимости. Использование газа в качестве основного топлива позволяет сокращать расходы на энергоснабжение, а особенности конструкции и принципа работы дают возможность генерировать сразу несколько видов энергии. При этом стоимость газопоршневой установки, которая в среднем составляет 1-2 млн, вполне подъемна для среднего предприятия. Крупные производственные комплексы и вовсе используют мощные установки, цена которых может превышать и 5 млн. Это уже многофункциональные тригенерационные станции, в перечень задач которых входит также и охлаждение целевого объекта.

В этой статье попробуем разобраться в извечном вопросе для энергетиков: «Газопоршневой агрегат или микротурбинная установка?».

Сразу сделаю небольшую ремарку. О преимуществах тех или иных гогенерационных установок и технологий написано немало статей, сложено много мифов. Мы не преследуем коммерческих целей, и данная статья основывается исключительно на нашем опыте в проектировании подобных объектов. А также не устанавливаем себе рамок по поводу объекта, просто сравниваем установки.

Для начала ознакомимся с нашими претендентами.

Газопоршневая электростанция - это система генерации, созданная на основе поршневого двигателя внутреннего сгорания, работающего на природном или другом горючем газе. Возможно получение двух видов энергии, (тепло и электричество) и этот процесс называется «когенерация». В случае если в газопоршневых электростанциях используется технология, позволяющая получать ещё и холод (что очень актуально для вентиляции, холодоснабжения, промышленного охлаждения), то данная технология будет называться «тригенерация».

Внешний вид газопоршневого агрегата (ГПА)

Фото с сайта: manbw.ru

Газотурбинная электростанция — современная высокотехнологичная установка, генерирующая электричество и тепловую энергию. Основу газотурбинной электростанции составляют один или несколько газотурбинных двигателей - силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс. Газотурбинная электростанция может иметь электрическую мощность от двадцати киловатт до сотен мегаватт. Она способна также отдавать потребителю значительное количество (вдвое больше электрической мощности) тепловой энергии, если установить на выхлопе турбины котёл-утилизатор.

Внешний вид микротурбины (микро-ГТУ)

Фото с сайта www.capstoneturbine.com

Определяющими критериями для владельцев автономных электростанций являются вопросы расхода топлива, уровень эксплуатационных затрат, а также срок окупаемости оборудования электростанции. А эти вопросы связанны с выгодами и проблемами, которые может иметь владелец электростанции. Поэтому начнем разбираться во все по порядку.

РАУНД 1.ЦЕНА

Так как цена иногда является определяющим фактором в выборе оборудования сравним стоимость ГПА и микро ГТУ.

Удельные капитальные затраты на ГПА составляют от 600-800 долл./кВт.

Микро-ГТУ обходится дороже и эта сумма уже составляет 1300-1800 долл./кВт.

Стоимость зависит от производителя. Иностранные установки обходятся дороже российских аналогов.

В сравнении по цене отдаем предпочтение ГПА.

РАУНД 2. РАСХОД ГАЗА

Сравнивать расход газа для ГПА и микро-ГТУ довольно сложно. Во-первых, большое количество производителей. Во-вторых, у каждого производителя широкий модельный ряд.

Для сравнения возьмем ведущих производителей. Фирмы Jenbacher (производитель ГПА) и Capstone (производитель микро-ГТУ).

Если сравнивать расход газа, то с небольшим преимуществом побеждает ГПА.

2:0 в пользу ГПА

РАУНД 3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Давайте сравним эффективность все тех же ГПА и микро-ГТУ

Еще одно очко в пользу ГПА.

РАУНД 4. ВЫХОД ТЕПЛА

Когенерационное оборудование устанавливается как для получения электрической энергии, так и тепловой. Поэтому сравним, какая машина дает больше тепловой энергии.

Поэтому, счет становиться 3:1 в пользу ГПА.Напомню, что модельный ряд широкий и цифры могут меняться. Тут приведены значения для выборочных моделей. Среднее соотношение тепловой нагрузки к электрической для ГПА составляет 1,2. Для микро-ГТУ - 1,5-2,2.

РАУНД 5. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАГРУЗКИ

Это довольно существенный фактор в выборе оборудования. В реальной жизни нагрузка электрическая и тепловая переменные. Не смотря на то, что генерирующее оборудование подбирается под базовую нагрузку, оно должно иметь гибкий график работы.

Справка: Регулировочный диапазон - минимально допустимая нагрузка, при которой установка способна работать.

Справка: ГПА может работать при нагрузке ниже, но это крайне не желательно. Выдержка из технической документации компании Jenbacher GE: при работе в обособленном (автономном) режиме допускается работа с частичной нагрузкой от 20% до 40% номинальной, но не чаще 6-ти раз в год, и на срок до 24 часов. Работа в автономном режиме с нагрузкой ниже 50% номинальной допускается не чаще одного раза в сутки на срок не более 4 часов.

Микро-ГТУ начинает приближаться к ГПА. Счет 3:2.

РАУНД 6. МОЩНОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Параметры электрической мощности генерирующих установок, по существующим стандартам ISO, измеряются при t +15°C. Поэтому параметры приведенные в техническом паспорте соответствуют температуре +15°C. Посмотрим, как ведет себя мощность установок при различной температуре:

Как видно из графика, мощность ГПА при пониженных температурах остается неизменной.

При значительном повышении температуры окружающей среды мощность газотурбинной установки падает. Но при понижении температуры электрическая мощность наоборот, растет.

Ни кому не присваиваем бала.

РАУНД 7. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ЗАГРУЗКЕ

Загрузка установок в процессе эксплуатации может меняться. Эффективность установок при различных загрузках приведена на рисунке. Этот показатель будет влиять на потребление топлива при разных нагрузках.

Из графика следует, что КПД ГПА остается стабильным до нагрузки 40%, затем начинает снижаться. У микро-ГТУ КПД снижается вместе с загрузкой.

Но не будем забывать о нагрузках ниже 50% для ГПА. Ведь они губительны, а порой и разрушительны для поршневых установок. Эксплуатация поршневых установок на низких нагрузках приводит к наступлению капитального ремонта не через 6 лет, а через 2-3 года. Это очень высокая цена за выигрыш в КПД на малой нагрузке.

Поэтому делаем заключение, что обе машины ведут себя примерно одинаково в диапазоне от 70% до 100%. Что и является рабочим диапазоном. Так что счет остается неизменным после этого раунда.

РАУНД 8. ЭКОЛОГИЯ

Надо отметить, что газопоршневые установки значительно уступают газотурбинным агрегатам по уровню выбросов NOx. Так как моторное масло выгорает в значительных объемах, поршневые агрегаты имеют уровень вредных выбросов в атмосферу в 15-20 раз больший, чем у газотурбинных агрегатов. Содержание СО (при 15% О 2) для газопоршневых двигателей находится на уровне 180-210 мг/м3, и это несмотря на наличие в выхлопном тракте GE Jenbacher дорогостоящей каталитической очистки уходящих газов. Для соответствия требованиям по ПДК, при использовании поршневых машин необходимо строить высокие дымовые трубы, а это дополнительные затраты.

Очко за экологию присваиваем микро-ГТУ. Счет сравнивается, 3:3.

РАУНД 9. ШУМ

Шум одна из проблем в работе ГПА. При работе ГПА наблюдается высокий уровень низкочастотного шума, который сопровождается вибрацией. Поэтому для устранения шумовой нагрузки приходится прибегать к строительству шумозащитных кожухов. Это дополнительные затраты. Из-за вибрационных воздействий ГПА не возможно установить на крыше здания.

Микро-ГТУ тоже имеет шумовое воздействие, но оно значительно ниже.

Бал присваиваем микро-ГТУ. И теперь микро-ГТУ выходит вперед, 3:4.

РАУНД 10. НАБРОС НАГРУЗКИ

Наброс нагрузки у ГПА и микро-ГТУ довольно высокий. Для более детальной оценки сравним как ведут себя машины при набросе в 50%.

По цифрам все понятно. Свой бал получает ГПА. Счет становится равным 4:4.

РАУНД 11. МАСЛО

Этот раунд заведомо проигран ГПА. Но без него не куда.

В части эксплуатации газопоршневого двигателя в приводе электростанции особо следует обратить внимание на количество используемого моторного масла. Само собой, масло должно быть рекомендованным для данной газопоршневой установки.

Справка: Фактический расход моторного масла на 1 МВт установке «Jenbacher GE» может достигать 15000 литров в год. Одним из рекомендованных моторных масел для газопоршневых машин является Pegasus 705 (MOBIL). Оптовая цена составляет -4-6 долларов за литр, а специальное моторное масло для газовых поршневых двигателей марки Mysella 15W-40 (Shell)- стоит 1000 долл. за бочку объемом в 208 литров.

Отработанное масло газопоршневых установок нельзя просто вылить на землю - 600 литров на 1 МВт требуют утилизации - это также постоянные расходы для владельцев электростанции.

Явное преимущество микро-ГТУ. 4:5, вперед вырывается микро-ГТУ.

РАУНД 12. ТОПЛИВО

«Микротурбины не так «всеядны» в отличие от своих полноразмерных собратьев и существует ряд ограничений, накладываемых на состав топливного газа», это мнение можно с легкостью найти в любом сравнении ГПА и микро-ГТУ. Однако это не так. Современные микротурбины работают практически на любом газообразном топливе. Конечно для работы потребуется специальная комплектация микро-ГТУ. Но ведь и ГПА серийного производства не будет работать на «кислом» газу. Поэтому это выражение притянуто за «уши» в пользу ГПА.

Но этот раунд включен не просто так. У микро-ГТУ есть существенный недостаток по давлению рабочего газа. Для работы микро-ГТУ необходимо давление газа порядка 5 бар. Если у Вас отсутствует такое давление в системе, то необходимо устанавливать дожимной компрессор. С установкой дожимного компрессора возрастут собственные нужды и капитальные затраты.

Еще один бал получает ГПА. Счет становиться равным 5:5.

РАУНД 13. МАССА

ГПА в отношении размер-масса имеет худшую характеристику по сравнению с микро-ГТУ.

Из представленных габаритов следует, что ГПА требует больше места, т.к. имеет больший вес на единицу мощности.

Счет становится 5:6 в пользу микротурбины.

РАУНД 14. СТОИМОСТЬ ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА

Это самый спорный вопрос. Конечно, стоимость эксплуатации зависит от многих факторов: в каких условиях эксплуатируется, как соблюдаются регламентационные предписания производителей. Для нашей оценки возьмем идеальные условия. При эксплуатации соблюдены все требования завода-производителя.

Стоимость эксплуатации микротурбины меньше, чем у ГПА. Это связано с несколькими факторами:

Отсутствуют затраты на масло
Нет необходимости менять фильтры часто
Меньшее количество движущихся частей

Приводить цифры эксплуатационного обслуживания не будем. На это есть свои причины. Во-первых, эта характеристика отдельна для каждой модели и завода-производителя. Во-вторых, они зависят от эксплуатации оборудования. Поэтому оценку мы произвели исключительно на собственном опыте в подобных объектах.

Капитальный ремонт тоже довольно спорный вопрос. Стоимость кап. ремонта тоже зависит от множества факторов. Но для идеальных условий капитальный ремонт турбины обойдется дешевле, чем у ГПА. Стоимость капитального ремонта газовой турбины с учётом затрат на запчасти и материалы ниже, чем стоимость ремонта газопоршневой установки, на 30-40%.

Микро-ГТУ получает еще одно очко. 5:7

РАУНД 15. РЕСУРС ДО КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА

Ресурс до капитального ремонта составляет у газовой турбины 40.000-60.000 рабочих часов. При правильной эксплуатации и своевременном проведении регламентных работ у газопоршневого двигателя этот показатель составляет 60000 - 80000 рабочих часов. Конечно, все зависит от производителя.

ГПА пытается догнать микро-ГТУ. 6:7.

РАУНД 16. КОЛИЧЕСТВО ПУСКОВ

Газопоршневой двигатель может запускаться и останавливаться неограниченное число раз, что не отражается на его моторесурсе. Газотурбинную установку же, из-за резких изменений термических напряжений, возникающих в наиболее ответственных узлах и деталях горячего тракта ГТУ при быстрых пусках агрегата из холодного состояния, предпочтительнее использовать для постоянной, непрерывной работы. Число пусков газотурбинной установки составляет 300 раз в год без малейшей потери ресурса.

Свое очко получает ГПА и счет становиться равным 7:7.

Сведем все результаты

Из всего этого можно сделать заключение. Две машины имеют как свои плюсы, так и минусы. Сравнивать их довольно сложно. И сказать какая из них лучше не получиться. Все зависит от условий и требований где будут эксплуатироваться машины.

На территории Республики Беларусь действует правило: когенерационное оборудование подбирается под тепловую нагрузку. Т.е если у Вас в данный момент тепловая нагрузка составляет 1 МВт, то вырабатываемая электрическая мощность должна соответствовать тепловой. На основании этого факта, когенерационное оборудование подбирается под базовую тепловую нагрузку, Вам никто не разрешит выбрасывать тепло от когенерационного оборудования в воздух. Поэтому микро-ГТУ оптимально подходят для объектов, где существует большая потребность в тепле. Т.е где тепловая нагрузка в несколько раз больше электрической.

Рассмотрим несколько примеров:

1. Бассейн

Бассейн это отличный вариант для установки в нем микро-ГТУ. Особенностью работы бассейна является необходимость в большом количестве тепла для поддержания требуемой температуры воды и воздуха. А электрическая нагрузка в несколько раз меньше тепловой. Поэтому, установив микро-ГТУ, Вы обеспечите себя необходимым количеством электрической и тепловой энергии. Во вторых, микро-ГТУ обеспечит все необходимые провалы в потреблении как днем, так и ночью.

2. Зерносушилка

Зерносушилка потребляет тепловой энергии в 2-3 раза больше, чем электрической. Идеальный вариант для установки микро-ГТУ. Почему выгодно устанавливать микро-ГТУ не смотря на то, что зерносушилка работает во время уборки. Эффективность подобного проекта проявляется в стоимости газовой горелки, используемой на сегодняшний момент в большинстве зерносушилок.

Справка: Стоимость зерносушильной установки с потребляемой мощностью 16 кВт МЕПУ М150к на сегодняшний день 37000 евро. Стоимость газовой горелки от 5000 евро. Примерная стоимость разрабатываемого МТУ такой мощности 35000 евро.

Так же не стоит забывать, что во время работы сушильного комплекса нагрузка постоянно меняется, а микро-ГТУ способна работать при меняющихся нагрузках.

Пример подобного проекта

3. Торговый центр

Этот вариант подойдет в том, случае если на кондиционирование и техническое холодоснабжение используются абсорбционные холодильные машины. В таком случае, в любое время года необходимо большое количество тепла. Ночью, когда отсутствуют покупатели, отсутствует необходимость в кондиционировании и сокращается потребление электрической энергии. Поэтому микротурбина будет лучше справляться, чем ГПА.

4. Офисное помещение

Офисное помещение подойдет, лишь в том случае, если установлена система кондиционирования на базе абсорбционных холодильных машин. Тут преимущества такие же как и в торговом центре.

В заключение хочется сказать, что при выборе силовых агрегатов автономной электростанции необходимы консультации специалистов, образованных как технически, так и экономически. Консалтинг позволяет компетентно, непредвзято и объективно определиться с выбором основного и вспомогательного оборудования. Также, компетентный консалтинг от профессионалов в сфере энергетики, позволяет избежать дорогостоящих ошибок в проектировании.