Газопоршневая установка принцип действия. Электростанции модульного типа средней мощности. Особенности системы охлаждения газопоршневой установки

Централизованных систем в наше время очень высока. То же самое касается и общих отопительных коммуникаций. Поэтому все более популярными у владельцев предприятий разной специализации становятся Мини-ТЭЦ. Обходится установка такой станции довольно-таки дорого, однако и окупается она очень быстро. Основным элементом любой мини-ТЭЦ является газопоршневая установка.

Особенности конструкции

Работают современные газопоршневые установки на двигателях внутреннего сгорания. При этом в качестве топлива может использоваться не только пропан или бутан, но и:

• факельный;

  газ сточных вод;

  попутный;

  коксовый и т. д.

Помимо двигателя в конструкцию газопоршневой установки входят:

генератор, предназначенный для преобразования механической энергии вращения вала двигателя в электрическую;

водогрейный или паровой котел;

радиатор, являющийся частью системы охлаждения двигателя;

насосы, термостаты, теплообменники.

Также такая система может включать в себя кондиционер. Чаще всего в мини-ТЭЦ используются читтеры.

Принцип работы

Основным преимуществом газопоршневых установок является большой КПД при относительно невысокой стоимости. В том случае, если оборудование работает на поставляемом по российским магистралям газу, его электрический будет составлять около 43 %. Однако в большинстве случаев газопоршневые установки могут работать в режиме когенерации. При этом используется в том числе и выделяемая ДВС теплота. Разогревающаяся при работе двигателя охлаждающая жидкость поступает в специальный обменник. Здесь она передает тепло воде или антифризу, циркулирующим по магистралям системы отопления. Дополнительный при этом происходит в специальном котле-утилизаторе за счет тепла выхлопных газов ДВС.

При использовании такой схемы работы мини-ТЭЦ КПД установки может увеличиваться до 90 %. При этом соотношение мощности двигателя и вырабатываемой установкой энергии составляет 1х1. Что является очень неплохим показателем. Ведь при этом на 1 кВт мощности мотора приходится 1 кВт общей (тепловой и электрической) вырабатываемой энергии.

Тригенерационные модели

Газопоршневая генераторная типа является самым удобным в использовании, но при этом и наиболее дорогим оборудованием. В данном случае тепло, вырабатываемое двигателем, может использоваться не только для обогрева цехов и производственных помещений предприятия зимой, но и для кондиционирования их в летнее время. Добиться этой цели позволяет включение в систему мини-ТЭЦ читтера, функционирующего по абсорбционной технологии. Такие агрегаты используют в своей пар или горячую воду.

Иногда конструкция газопоршневой установки дополняется и компрессорным кондиционером. Однако использование подобного устройства в большинстве случаев считается нецелесообразным, поскольку работает оно от электроэнергии. А это, в свою очередь, вызывает дополнительные ненужные расходы.

Особенности выбора

Мощность такого оборудования, как газопоршневая установка, может колебаться в очень больших пределах. Разумеется, при выборе данного оборудования на этот показатель обращают внимание в первую очередь. На современном рынке существуют установки, мощность которых может исчисляться как десятками кВт, так и МВт. Но наиболее востребованным считается оборудование на 100-2000 кВт. Даже в том случае, если предприятию требуются большие мощности, обычно закупается не одна большая установка, а несколько маленьких. Это дает массу преимуществ. К таковым можно отнести:

Более надежную работу системы. В том случае, если одна из установок выйдет из строя, временно работу можно продолжить с использованием оставшихся. В результате цеха не будут простаивать.

Возможность более рационального использования системы. К примеру, в зимний период времени, когда необходимости в обогреве нет, часть установок можно отключить. То же самое касается пиков и спадов самого производства.

Особенностью газопоршневых установок является то, что использовать их при нагрузке менее 30 % нельзя. Большой агрегат применять на полную мощность постоянно довольно-таки сложно. При использовании же нескольких установок эта проблема также отпадает.

Расчет газопоршневой установки

Стоимость 1 кВт в час, вырабатываемого оборудованием этого типа, самостоятельно рассчитать довольно-таки сложно. Проще воспользоваться специализированным онлайн-калькулятором или ПО. В форму программы нужно будет просто ввести такие данные, как:

модель двигателя;

количество установок;

тариф на газ в данной конкретной местности;

тариф на электричество.

Также нужно будет указать, используются ли в станции режим когенерации и тригенерации.

Газопоршневые установки, цена на которые зависит от мощности и функционала (от 100 тыс. до 15-16 млн рублей), в большинстве случаев оказываются оборудованием, в использовании очень выгодным. Некоторые модели могут окупиться за несколько месяцев. Максимальный же срок окупаемости составляет 4 года.

Особенности монтажа

При сборке мини-ТЭЦ в обязательном порядке должны соблюдаться предусмотренные законодательством нормативы. Монтироваться газопоршневая установка может как вне производственного помещения, так и непосредственно на его территории. Также такие агрегаты иногда устанавливают в пристройках.

При монтаже на улице мини-ТЭЦ располагают обычно на расстоянии не менее 5 метров от здания. Если она размещена в отдельной постройке, последняя должна располагаться от цехов на расстоянии 10-20 м. В самом производственном здании мини-ТЭЦ положено отделять специальными техническими помещениями со всех сторон. При этом в таких комнатах не должны постоянно находиться люди. Те же правила соблюдаются при расположении станции в пристройке.

Газопоршневые установки российских производителей

Оборудование этого типа, выпущенное на отечественных предприятиях, в большинстве случаев отличается неплохим качеством и надежностью. И хотя по некоторым показателям оборудованию европейского производства оно может уступать, для использования в мини-ТЭЦ считается вполне подходящим. Тем более что стоят такие агрегаты обычно дешевле изготовленных, к примеру, в Европе.

На современных отечественных предприятиях могут использоваться самые разные марки такого оборудования, как газопоршневые установки. Производители ООО «Энерго-статус», «Зоря-Машпроект», НПО им. Фрунзе, «Алтай-Дизельэнерго» и многие другие выпускают вполне надежные агрегаты этого типа. Очень популярными у владельцев предприятий, работающих от мини-ТЭЦ, являются также российские модели линейки АГП, выпускаемые предприятием «Рыбинсккомплекс».

Технические характеристики АГП-100

Параметры газопоршневые установки российских производителей могут иметь разные в зависимости от линейки и назначения. Электростанции АГП в этом плане исключением не являются. Модификаций этого оборудования существует множество. Одной из самых востребованных моделей на отечественном рынке является АГП-100. Предназначена она для обеспечения потребителей трехфазным переменным током на 50 Гц и 400 В. В зависимости от качества используемого для работы газа она может генерировать энергии на 70-100 % от своей При необходимости ее допускается использовать и для утилизации тепла. Ниже для наглядности представляем вашему вниманию таблицу с техническими характеристиками этого агрегата.

Стоимость вырабатываемого этой установкой электричества составляет порядка 0.7 рубля за 1 кВт/ч при максимальной нагрузке.

Европейские установки

Такое оборудование также используется отечественными предприятиями довольно-таки часто. Одной из самых популярных марок импортных моделей является Caterpillar. Газопоршневые установки этого производителя ценятся прежде всего за:

высокий КПД;

возможность использования широкого ассортимента дополнительного оборудования;

легкость монтажа;

экономию в плане расхода топлива;

отличные рабочие характеристики;

возможность использования без необходимости капитального ремонта длительное время (до 100 000 моточасов).

Таким образом, современная газопоршневая установка — оборудование на самом деле очень удобное и надежное. Разумеется, использовать его при таких отличных показателях экономичности и производительности можно не только в производственных цехах, но и на разного рода социальных объектах: в больницах, школах, детских садах и т. д.

Как быстро окупается ГПУ?

Срок окупаемости ГПУ зависит от нескольких факторов, таких как мощность энергоцентра, его стоимость, стоимость газа, стоимость электро,- и тепловой энергии и т.д. Но в среднем газопоршневая установка окупается в срок от одного года до трех лет, при постоянном использовании. Предлагаем произвести расчет окупаемости газопоршневой установки с вашими параметрами.

Сколько стоит кВт при использовании ГПУ?

Стоимость одного киловатта электроэнергии, полученной от ГПУ, можно рассчитать по упрощенной формуле: Стоимость = Стоимость газа / Расход ГПУ на 1кВт + Стоимость обслуживания за период / Количество выработанных киловатт за этот период; (без учета тепловой энергии).

Рассмотрим эту формулу на нескольких реальных примерах:

Бумажная фабрика, с. Чалтырь, ГПУ Tedom D1200 с двигателем MWM TCG2020V12

Стоимость газа (6,23 руб.) х Расход ГПУ на 1 кВт (0,242 куб. м 3) + Стоимость обслуживания за период (135 000 руб. в месяц) / Количество выработанных киловатт за этот период (691 200 кВт) = 1 руб. 70 коп.

Казино Шамбала, с. Щербиновская, ГПУ Tedom D800 х 2 с двигателем MWM TCG2016V16

Стоимость газа (7,68 руб.) x Расход ГПУ на 1 кВт (0,246 м 3) + Стоимость обслуживания за период (166 400 руб. в месяц) / Количество выработанных киловатт за этот период (921 600 кВт) = 2 руб. 07 коп.

Более точные значения с учётом заданных параметров вы можете получить воспользовавшись расчетом окупаемости ГПУ - рассчитать.

Можно ли отсоединиться от сети при своей ГПУ?

Можно. Но нужно правильно рассчитать мощность энергоцентра работающего в острове и предусмотреть резервирование в случае аварийных ситуаций. Например, если мощность объекта по третьей категории равна 1,5 МВт, из них первая категория 89 кВт, то рекомендуется установить две машины по 1 МВт и дизельный генератор на 100 кВт.

Какова гарантия на газопоршневые установки?

Стандартный срок гарантийных обязательств составляет двадцать четыре месяца, за этот период обычно выявляются все случаи заводских браков и недоработок. Если у заказчика есть дополнительные пожелания по продлению срока гарантии - это выполнимо, мы можем предложить условия расширенной гарантии на наше оборудование.

Каков срок службы ГПУ?

Общий срок службы ГПУ составляет 240 000 м/ч (30 лет), при этом каждые 80 000 м/ч (10 лет) проводится капитальный ремонт двигателя с заменой всех основных узлов.

Газопоршневая или газотурбинная установка?

На сегодняшний момент возможными приводами генераторов для децентрализованных мини-ТЭЦ являются газовые поршневые (ГПД) и турбинные двигатели (ГТД).

Очень важными для будущих владельцев станций являются вопросы расхода топлива и эксплуатационных затрат, которые напрямую связаны с выгодами, которые получит владелец и со сроком окупаемости оборудования станции.

Рисунок 1.

Удельный расход топлива на выработанный кВт·ч меньше у газопоршневой установки, причем при любом нагрузочном режиме. Это объясняется тем, что КПД поршневых машин составляет 36…45%, а газовых турбин - 25…34%.

Рисунок 2.

Эксплуатационные затраты на электростанцию с поршневыми машинами ниже, чем на электростанцию с газовыми турбинами. Резкие скачки на графике ГТД - капитальные ремонты двигателя. У эксплуатационных затрат ГПД таких скачков нет, капитальный ремонт требует значительно меньше финансовых и людских ресурсов.

Показатель	Газопоршневой привод (ГПД)	Газотурбинный привод (ГТД)
Долговечность	240 000 м/ч при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания	120 000 м/ч при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания
Ремонтопригодность	ремонт производится на месте ремонт требует меньше времени	ремонт производится на специальных заводах затраты времени и денег на транспортировку, центровку, балансировку и т.д.
Экономичность	КПД не меняется при нагрузке от 100% до 50% мощности
Удельный расход топлива при 100% и 50% нагрузках	9,3…11,6 МДж/кВт·ч 0,24…0,26 м 3 /кВт·ч	13,2…17,7 МДж/кВт·ч 0,375…0,503 м 3 /кВт·ч
Падение напряжения и время восстановления после 50% наброса нагрузки
Влияние переменной нагрузки	не желательна долгая работа на нагрузках менее 50%, при меньшей единичной мощности агрегата, более гибкая работа электростанции в целом и выше надежность энергоснабжения	работа на частичных нагрузках (менее 50%) не влияет на техническое состояние турбины при высокой единичной мощности агрегата, включение/выключение резко снижает ресурс агрегата
Размещение в здании	Ниже уровень звукового давления, не требует компрессора для дожима газа, рабочее давление газа на входе - 0,02…0,35 бар	при мощности электростанции 5 МВт выигрыш от меньшего размера помещения не значителен минимальное рабочее давление газа на входе - 12 бар, требуется газ высокого давления, либо дожимной компрессор, а так же оборудование для запуска турбины
Обслуживание	останов после каждых 2000 ч. (MWM - до 5000 ч.) работы, замена масла по результатам анализа кап. ремонт через 80000 ч., выполняется на месте установки	останов после каждых 2000 ч. (данные фирмы Искра) кап. ремонт через 25000 ч., выполняется на специальном заводе

Сравнение турбинных и поршневых двигателей для применения на мини-ТЭЦ показывает, что установка газовых турбин наиболее выгодна на крупных промышленных предприятиях, которые имеют значительные (больше 20 МВт) электрические нагрузки. Мировой опыт показывает непригодность ГТЭС малой мощности для нужд малой энергетики.

Какой мощности мне нужна ГПУ? Сколько ГПУ нужно? Куда можно установить ГПУ?

Правильный подбор ГПУ, определение места установки, определение мощности и т.д. могут осуществить только квалифицированные специалисты, имеющие опыт в эксплуатации и понимающие общие принципы работы собственной генерации, поэтому мы предлагаем вам сделать предпроектную проработку бесплатно, окажем консультации и поможем в выборе оборудования. Для этого начните с заполнения опросного листа .

Что происходит при превышении нагрузки над мощностью ГПУ? (сеть, load shedding)

В случае увеличения нагрузки потребления выше мощности ГПУ (например, при пусковых нагрузках производственного оборудования) автоматика позволяет компенсировать недостающую мощность из сети.

Кроме того, автоматика ГПУ способна, в островном режиме, осуществлять ступенчатый набор нагрузки для обеспечения более стабильной работы двигателя, при этом ГПУ сама определяет временные интервалы включения групп нагрузок (на начальном этапе настройки задается приоритет групп нагрузок), и алгоритмы включения/отключения. Это позволяет при дефиците мощности не останавливать энергоснабжение по аварийному событию перегрузки, а отключить наименее значимые потребители, данный режим работы автоматики называется "load shedding".

Что происходит, если потребление меньше расчетного?

Автоматика установки выбирает оптимальный режим работы оборудования, а при параллельной работе двух и более машин, используются алгоритмы регулирования, которые обеспечивают оптимальную и равномерную нагрузку на агрегаты, их ротацию в работе и одинаковую наработку по часам.

Можно ли продавать лишнее тепло и электроэнергию?

Да, в большинстве случаев даже не требуется получение тарифа на продажу электроэнергии и согласования с региональной диспетчерской службой. Более подробную информацию Вы можете получить, обратившись к нашим специалистам.

Газопоршневые портативные электростанции стали отличным аналогом агрегатов, работающих на дизельном топливе и бензине. Насколько выгодно использование таких источников электроэнергии, как оборудовать ими свой дом и какие нюансы нужно учитывать при их использовании, расскажет эта статья.

Рост цен на электроэнергию порождает новые предложения на рынке Новое слово в этой сфере - тепловые электростанции, работающие от природного газа. За последние 15 лет производство установок такого рода выросло почти вдвое, а сама технология локальной выработки электроэнергии стала настолько совершенной, что себестоимость одного киловатта выработанного электричества выходит дешевле, чем при потреблении его от городских сетей. Подробнее о преимуществах газовых электростанций:

1. Универсальность размещения. Газовые электростанции не требуют специальных геологических или климатических условий для установки. Благодаря относительно небольшим размерам и весу, для монтажа автономной станции требуется лишь подготовленное бетонное основание. Отсутствие большого запаса воды для них также не критично.
2. Долговечность. Разные производители гарантируют разный срок эксплуатации. В общем случае станции работают без капитального ремонта от 30 лет, а с заменой ряда исполнительных узлов - до 100 лет.
3. Полностью автоматический режим работы. Встроенный блок электронного управления, который имеет место почти во всех установках, автоматически регулирует подачу топлива и контролирует исправность агрегата в реальном времени. Роль обслуживающего персонала сводится к проведению оперативных переключений, наблюдению и контролю параметров.
4. Широкий диапазон мощности. Газовые мини-электростанции могут обеспечить электричеством как энергоемкие предприятия, так и небольшой загородный дом. В зависимости от исполнения они гарантируют производство электричества в объеме от 5 кВт до нескольких мегаватт.
5. Возможность использования в качестве резервного источника. Практически любую электростанцию можно укомплектовать блоком АВР и автоматического запуска. Многие производители выпускают штатные модули для модернизации ранее установленных генераторов.
6. Низкая цена произведенного электричества. В стоимость электроэнергии, потребляемой от городских сетей, закладываются затраты на ее транспортировку по ЛЭП и на обслуживание подстанций. Гораздо дешевле транспортировать газовый энергоноситель, поэтому стоимость выработанной газовыми электростанциями электроэнергии составляет менее двух рублей за киловатт.
7. Свобода в выборе топлива. Электростанции работают от любого типа газообразного топлива, в том числе и от биогаза. Это актуально для животноводческих хозяйств: объединение метанового реактора, обогатительной установки и электростанции в один энергетический комплекс сделает производство независящим от поставок энергии.

Принцип действия газовых электростанций

По принципу устройства электростанции разделяют на два типа: газотурбинные и газопоршневые. Последние имеют более простую конструкцию, в процессе эксплуатации не нуждаются в дорогостоящем обслуживании и являются наиболее экономичным вариантом газовой установки. При этом они почти не имеют ограничения в максимальной мощности. Газотурбинные электростанции более технологичны и сложны по своей конструкции, но менее экономичны: их применение оправдывает себя только в масштабах промышленного производства. Главное их достоинство - высокая износостойкость узлов и полная неприхотливость к виду топлива: в отдельных случаях может быть использована даже угольная пыль, но требуется специальный модуль подготовки топливной смеси.

Газотурбинные электростанции (ГТЭ)

Основа ГТЭ - газовая турбина, устроенная по принципу реактивного самолетного двигателя. Она представляет собой цилиндрическую камеру сгорания, в которой размещено основное рабочее колесо газовой турбины. В камеру поступают воздух и пары топлива под высоким давлением, где они воспламеняются. В процессе сжигания топлива образуется поток раскаленных газов, который заставляет турбину вращаться. Она в свою очередь передает вращение на компрессор и генератор, обеспечивая таким образом выработку электроэнергии.

Характерно, что турбинные электростанции производят тепловой энергии почти вдвое больше, чем электрической. Поэтому их часто используют как составляющую ТЭЦ путем установки в вытяжной системе котла-утилизатора, обеспечивая таким образом не только выработку электроэнергии, но и теплоснабжение в большом объеме и по минимальной стоимости.

Газопоршневые электростанции (ГПЭ)

В газопоршневых электростанциях источником кинетической энергии является машинный блок, работающий по принципу двигателя внутреннего сгорания. Подача топлива осуществляется инжектором и контролируется электронным блоком управления, за счет чего поршневые электростанции имеют достаточно высокий КПД. Существенным минусом газопоршневой системы является высокий уровень шума и вибрации при работе из-за наличия большого числа подвижных частей. Преимуществом этих двигателей можно назвать высокую адаптивность к различным режимам и уровням нагрузки, чего невозможно достичь в газотурбинных установках, работающих практически на постоянной мощности.

Преимущество использования газопоршневых электростанций в индивидуальном хозяйстве

Автономные газогенераторы вызывают большой интерес и у индивидуальных предпринимателей, и у жителей частных секторов, коттеджей и небольших агломераций. На практике газовые электростанции полностью оправдывают свое применение, а их окупаемость достижима во вполне обозримые сроки. Единственным минусом можно назвать необходимость серьезных капиталовложений, кроме того, существуют следующие нюансы:

1. Преимущественно используются газопоршневые установки.
2. Срок окупаемости тем ниже, чем выше действительная мощность станции.
3. Для установки требуется отдельный земельный участок.
4. В случае коллективного пользования необходима развитая инфраструктура.
5. Работа установок невозможна без квалифицированного обслуживания.

Автономные газовые электростанции и ТЭЦ можно разделить на три группы.

Газогенераторы малой мощности

Внешне схожи с бензиновыми, имеют похожий принцип действия и наибольшую стоимость генерируемого электричества. Могут иметь защиту в виде всепогодного кожуха или требуют специального помещения. Не используются в качестве основного источника электроэнергии за очень редкими исключениями. На выборе таких генераторов останавливаются частные домовладения и производственные мастерские, нуждающиеся в резервном источнике электроэнергии и имеющие подвод на объект природного газа. Рассчитаны на баллонное топливо, но эта возможность редко используется. В отличие от более мощных установок имеют существенное ограничение на непрерывную работу (от 6 до 10 часов). Также имеют недостаток в низком качестве генерируемой электроэнергии.

Основные характеристики:

1. Тип двигателя: Одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный с принудительным охлаждением.
2. Тип генератора: обычно асинхронный одно- или трехфазный генератор с самовозбуждением.
3. Выдаваемая мощность: до 20 кВт.
4. Топливо: природный газ, пропан-бутан.
5. Управление: аналоговый блок управления, релейная защита, АВР в большинстве моделей.
6. Ввод в работу: менее одной минуты.
7. Стоимость: от $2000 до $10000.

Это единственный тип газовых генераторов, который можно без усилий перемещать. Его часто задействуют на тех объектах строительства, где отсутствует электроснабжение или во время выездных мероприятий. За мобильное применение приходится расплачиваться высокой ценой портативной электростанции, которая делает использование бензинового топлива в таком случае более рациональным.

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:

1. Тип двигателя: V-образный карбюраторный или инжекторный двигатель с 6–16 цилиндрами, верхним расположением клапанов и водяным охлаждением.
2. Тип генератора: асинхронный трехфазный бесколлекторный генератор с самовозбуждением.
3. Выдаваемая мощность: до 1 МВт.
4. Топливо: природный газ, биометан, пропан-бутан.
5. Управление: цифровой контроллер, комбинированная многоуровневая защита, АВР, самодиагностика. Работа полностью автоматизирована.
6. Выход на номинальную мощность: до одного часа.
7. 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.

Энергетические комплексы и мини-ТЭЦ

Хотя газопоршневые электростанции включают возможность работы в режиме когенерации начиная от 100 кВт электрической мощности, наибольшей эффективности следует ожидать от энергетических комплексов, имеющих потенциал в несколько мегаватт. Данные установки представляют собой миниатюрные теплоэлектроцентрали, укомплектованные водогрейными или паровыми котлами, либо тепловыми насосами. Самые продвинутые энергетические комплексы, ориентированные на ресурсосберегащую работу, используют одновременно несколько уровней снятия тепла: котел-утилизатор, экономайзер и контур снятия тепла низкого потенциала.

Основные характеристики:

1. Тип двигателя: 12 и более цилиндров, с принудительным нагнетанием воздуха, двухуровневым охладительным контуром и тепловым утилизатором на выпускном коллекторе.
2. Тип генератора: Асинхронный трехфазный бесколлекторный генератор.
3. Выдаваемая мощность: свыше 1 МВт.
4. Топливо: природный газ, биотопливо, пропан-бутан, попутный нефтяной газ.
5. Управление: полностью автоматизированный оперативный пост.
6. Выход на полную мощность: за 4–5 часов.

Проектирование, изготовление и монтаж энергетических комплексов производятся индивидуально. Задачей каждого проекта является наибольшая гармонизация тепловых и электрических нагрузок объекта с производственной мощностью комплекса. Строительство электростанций осуществляется, как правило, под ключ. Основные потребители - жилые комплексы, энергоемкие предприятия, дата-центры и вахтовые поселки. Стоимость 1 кВт произведенной энергии - не более полутора рублей.

Когенерация в малых масштабах

Мини-ТЭЦ, работающие на газообразном топливе, начали появляться в России относительно недавно, но тем не менее продемонстрировали превосходную эффективность. На сегодняшний день на территории РФ действуют более 200 установок, большая часть которых размещена в отдаленных регионах. Основной аргумент для установки мини-ТЭЦ на объекте - требование полной автономности или невозможность подключения к магистральным линиям энергообеспечения. В этом случае вопрос об экономической целесообразности выводится на второй план.

Преимущество мини-ТЭЦ заключается в том, что станция производит электрическую энергию, которая почти вдвое дешевле сетевой. Тепловая же энергия и вовсе является бесплатной в производстве, а потому ее потребительская стоимость состоит исключительно из затрат на обслуживание оборудования и транспортировку на небольшие расстояния.

Перспектива использования мини-ТЭЦ повсеместно - всего лишь вопрос времени. Так, при строительстве жилых комплексов нового поколения, вопрос о подключении к централизованным источникам тепла и электроэнергии вовсе не стоит. Поскольку качество и режим подачи этих ресурсов оставляют желать лучшего, новостройки комплектуются собственными энергосистемами, от чего выигрывают и владельцы объектов недвижимости, и их пользователи.

Переустройство линий инженерного обеспечения для использования мини-ТЭЦ связано с рядом трудностей. В первую очередь - это вопрос об объемных капиталовложениях. Реструктуризация отрасли энергообеспечения малого предприятия с тепловой и электрической нагрузкой в 2 МВт обойдутся администрации в 20 млн. рублей. Вторая причина низкого распространения - проблема отсутствия собственной сети инженерных коммуникаций: при отказе от центральных источников тепло- и электроснабжения предприятию придется либо выкупать всю имеющуюся инфраструктуру, либо создавать собственную. Рентабельно это только при условии продажи энергоресурсов сторонним потребителям.

Устройство комнаты генераторной для ГПЭ

Монтажные и пуско-наладочные работы провести своими силами не удастся при всем желании, если только речь не идет о генераторах малой мощности. Но подготовить помещение или площадку для установки электростанции вполне реально: это поможет частично сэкономить на дорогостоящих услугах монтажных организаций.

Открытое размещение. При монтаже установки с электрической мощностью более 500 кВт потребуется устройство бетонной площадки, оборудованной средствами пассивного виброгашения. Главный плюс открытого размещения энергоблока - эффективный отвод тепла и отсутствие необходимости в устройстве систем дымоудаления. Для повышения удобства работы обслуживающего персонала над оперативными панелями и механическим блоком сооружают навес.

Установка в помещении. Потребность в полной изоляции энергетической установки зависит от климатического исполнения оборудования. Помещение должно иметь продвинутую систему приточно-вытяжной вентиляции и пожаротушения. Система дымоудаления представлена спаренными общим коллектором дымососами. Потребуется установка вытяжной трубы, пропускная способность и высота которой выбирается в соответствии с рекомендациями производителя оборудования. Требования к зданиям тепловых электростанций регламентируется СНиП II-58–75.

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.

Техническое обслуживание и допуск

Большинство газопоршневых установок мощностью до 5 МВт не требуют постоянного присутствия оперативного персонала. Наблюдение и контроль параметров можно наладить через линию беспроводной связи, но периодический осмотр нужно проводить лично. Техническое обслуживание станции заключается в проведении плановых ремонтов силами специалистов сервисных компаний и поддержании нормального уровня масла в двигателе. Самостоятельное вмешательство в конструкцию станции не допускается условиями гарантийного обслуживания. Все что требуется от владельца - остановить работу генератора на время планового ремонта или транспортировать маломощную станцию до сервисного центра при необходимости.

Заключение

Отрасль локального производства электрической и тепловой энергии считается потенциальной для развития на глобальном уровне. Выработка энергии таким способом является существенным вкладом в сбережение мировых запасов ископаемого топлива и даст достаточно времени на полный переход к добыче электричества и тепла из возобновляемых источников.

Главная проблема локального использования электростанций - поддержание экологической безопасности в черте городской застройки. Но и этот недостаток очень легко устранить при использовании установок, сорбирующих продукты горения природного газа

Для рядовых же граждан газовые электростанции предоставляют отличную возможность снизить цену на электроэнергию практически вдвое, а при необходимости пользоваться почти бесплатным централизованным отоплением.

Редрик Шухарт (Adlynx), рмнт.ру

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.

Газопоршневые установки / электростанции /станции предназначены для производства электричества и дешёвой тепловой энергии.Среди типовсиловых агрегатов, газопоршневые установки отличает простота, надежность конструкции и самый высокий электрический КПД. Электрический КПД современных газопоршневых установок, типа MWM, при работе на российском природном газе (газ считается очень хорошим) составляет ~ 41- 44%

Стоимость основного силового генерационного оборудования в структуре цены газопоршневой электростанции составляет лишь 50-60%. Остальные деньги тратятся на массу дополнительного оборудования, проектные, строительно-монтажные (СМР) и пусконаладочные работы (ПНР).

Во избежание очень больших и незапланированных расходов настоятельно рекомендуется строить электростанции именно «под ключ». Самый разумный поступок будущего владельца автономной электростанции - это обращение в инжиниринговую компанию , которая начинает строительство электростанции с разработки проекта, получения условий по обеспечению газовым топливом и заканчивает её сдачей в эксплуатацию, с последующим сервисом, обучением персонала и поставкой расходных материалов.

Кроме того, следует добавить, что инжиниринговые компании, в отличие от официальных дилеров не связаны обязательствами с какой либо маркой , брендом или типом электростанции . Подбор газопоршневого и вспомогательного оборудования ведется непредвзято и оптимально, с учетом всех клиентских потребностей. Либо инжиниринговая компания может специализироваться на поставке одного - двух проверенных брендов, что для заказчика вконечном итоге тоже является благоприятным фактором.

При заключении сделки по покупке сложно-технического оборудования, такого как газопоршневые установки, требуется консультация специалистов .

При строительстве электростанции «под ключ» желателен сторонний и независимый экспертный надзор , который вам позволит сэкономить значительные денежные средства.

варианты топлива

На рынке имеются более сложные и дорогие газопоршневые станции / установки , работающие на двух видах топлива. Это позволяет значительно повысить безопасность и надежность автономного энергоснабжения. В качестве топлива в подобных газопоршневых установках используется природный газ и дизельное топливо.

При работе на попутном нефтяном газе требуется его подготовка, как впрочем и для любой другой электростанции.

Если Вы когда либо услышите или прочтёте, что подготовка ПНГ не нужна, то это скорее всего заявление некомпетентное или, что хуже, просто обман потребителей. Качество работы газопоршневых установок на попутном газе без подготовки не всегда корректно, иногда наблюдаются детонации и перегрев силовых агрегатов, что может привести к выходу из строя отдельных узлов. Стоимость капитального ремонта газопоршневых установок составляет ~30% от первоначальных затрат на приобретение силового оборудования. Такой ремонт нужен через 7-8 лет непрерывной эксплуатации.

В некоторых случаях при работе на газообразном топливе конструкторы газопоршневых установок используют 10-15% пилотного (запального) жидкого топлива (дизельного топлива).

Минимальное давление подачи топливного газа на входе в газопоршневую станцию , для избегания дерейтинга составляет ~ 0,05-5.5 бар , в зависимости от мощности и фирмы-изготовителя ГПЭС .

Способность газопоршневых установок работать с низким давлением газа выгодно отличает их от микротурбин и газовых турбин, для работы котрых необходим мощный, дорогостоящий компрессор, в свою очередь сам потребляющий значительные количества энергии и топлива.

Газопоршневые установки представлены в широкой гамме однотопливных дизельных двигателей единичной электрической мощностью от 0,05 МВт до 17-20 МВт, работающих на дизельном топливе, мазуте, сырой нефти. Становится актуальным использование в газопоршневых электростанциях , в качестве недорогого топлива других видов газа.

Газопоршневые установки / электростанции /станции -
сроки поставки

Время изготовления газопоршневых агрегатов на заводе , составляет не более 8-10 месяцев с момента подписания контракта. Некоторое время уходит на транспортировку оборудования газопоршневой станции и таможенные процедуры, а монтаж и пусконаладочные работы занимают от 1 до 3 месяцев.

Газопоршневые станции мощностью до 50 МВт могут быть введены в эксплуатацию в сроки 14-16 месяцев - все зависит от конкретных условий заказчика. Для газопоршневых электростанций мощностью 120-150 МВт строительство и запуск займут около двух лет. Как правило, такие мощные поршневые электростанции поставляются в страны третьего мира.

Сегодня у большинства первоклассных производителей газопоршневых станций общее время до запуска в коммерческую эксплуатацию составляет 12-16 месяцев.