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.

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.

Данный материал предназначен специалистам, перед которыми стоит задача - провести сравнение электростанций двух и более различных производителей, каждый из которых предлагает свои стандарты и правила сравнения. Исследование не отвечает на вопрос о том, какой же из производителей лучше, однако с помощью опубликованных стандартов и подходов можно найти наиболее приемлемый вариант для каждого отдельно взятого объекта.

Часть первая - сравнение производителей разных категорий

На рынке газопоршневых установок присутствуют предложения совершенно разного уровня исполнений. Перед тем, как начинать анализ цен на оборудование, необходимо понимать, к какой категории качества и уровня относится то или иное решение. Ни один потребитель не заинтересован в приобретении "голой" газопоршневой электростанции, в первую очередь любого заказчика интересует комплексное решение, включающее основное и вспомогательное оборудование, и именно о таких решениях пойдёт речь.

Группа №1 - "родная" заводская сборка

В настоящее время существует лишь несколько заводов, производящих комплексные решения, начиная непосредственно от газового двигателя. В такие решения включены и газопоршневые электростанции, и дополнительное оборудование, системы утилизации тепла, управление, охлаждение - словом всё то, что необходимо для работы объекта в целом. Таких заводов не так уж и много - Jenbacher , Siemens , MWM , Wartsila и некоторые другие. Именно такие компании имеют наибольший опыт в производстве комплексных решений, так как они производят их с самого начала, с газового двигателя, и наилучшим образом понимают все нюансы работы оборудования. Именно они больше всего заботятся о качестве своих решений и самых позитивных отзывах от конечного заказчика.

Группа №2 - Сторонние пакетировщики

Европейские компании, которые перекупают двигатели или генераторные установки у указанных выше заводов и доукомплектовывают их на своё усмотрение. Кроме перекупки двигателей эти компании оказывают услуги пакетирования тем заводам, которые могут производить двигатели, но не имеют опыта или возможности делать полноценное решение, например, Doosan, Caterpillar, Perkins. На наш взгляд продукция этой группы уступает по качеству "родной" заводской сборке. Кроме этого нужно учитывать, что в один день пакетировщик покупает одни двигатели, а в другой - иные. Ожидать полноценной поддержки и наличия запчастей, наверное, не стоит. Рассматривая продукцию этой категории отдельно нужно учесть, что существует два типа газопоршневых двигателей:

1. Двигатели, изначально разработанные для работы на газу
2. Двигатели, переделанные из дизельных двигателей, путем замены системы воспламенения и подачи топлива.

Группа №3 - Российские сборщики

Самая спорная категория. К сожалению, в России ряд интеграторов покупают газопоршневые двигатели сомнительного происхождения - БУ или восстановленные. Далее по своему усмотрению собирают вокруг них комплексную теплоэлектростанцию на любом, по своему усмотрению, оборудовании. В ход могут идти китайские комплектующие или устройства, снятые с других электростанций. Нам известны случаи, когда клиент только после поломки ГПУ, купленной у Российского интегратора, узнавал о том, что двигатель уже был в ремонте и является восстановленным.

Казалось бы, такая большая разница делает невозможным сравнение электростанций разной категории между собой. Однако это не так - разделив стоимость на показатель качества, можно определить "приведенную цену". К примеру первую категорию разделить на 100%, вторую - на 85% а третью - на 70%. И производить сравнение уже "приведенных" цен, отражающих не только фактическую стоимость оборудования, но и учитывающих "поправку на качество".

Часть вторая - сравнение в одинаковых условиях

Правило №1 - сравнение расхода топлива при одинаковой калорийности

Проводя сравнение любых производителей, на второе место выходит такой вопрос как расход газа (на первом, естественно, остаётся вопрос стоимости). Однако следует помнить, что газообразное топливо в зависимости от региона и условия поставки может иметь разную калорийность. Соответственно, чем выше калорийность (теплотворная способность) газа, тем меньший объем этого газа потребуется на производство 1 кВт*ч электроэнергии.

Калорийность газа (традиционно измеряется в килокалориях ), внутренняя энергия и его теплотворная способность (традиционно измеряется в мегаджоулях ) жестко связаны по формуле:

1000 kcal = 4.1868 MJ = 1.163 кВт*ч

Это означает, что 1 нм3 газа с калорийностью 1000 kcal содержит в себе 4,1868 мегаджоулей энергии, или 1,163 кВт/ч.
Пропорциональным образом выясняем, что 1 нм3 газа с калорийностью 8000 kcal содержит в себе 33,4944 MJ энергии, или 9,304 кВт/ч.

Внутренняя энергия 1 нм3 этого газа, равная 9, 304 кВт*ч, показывает, что если 1 нм3 этого газа (с калорийностью 8000 kcal) сгорает в камере сгорания газопоршневой электростанции, чей электрический КПД которой равен 39%, то в результате производится

9,304 * 0,39 = 3,6286 кВт*ч

Таким образом, на производство 1 кВт *ч в электростанции с электрическим КПД 39% из газа с калорийностью 8000 kcal (или с теплотворной способностью 33,5 МДж) тратится:

1 / 3,6286 = 0,2755 нм3 газа.

Как видно, зависимость между калорийностью газа (его теплотворной способностью) и расходом газа всегда имеет прямую зависимость - чем выше калорийность, тем ниже расход топлива. Имея только часть значений, например, только КПД электростанции, можно определить её расход на газе с любой калорийностью, что в свою очередь позволит провести сравнение в одинаковых исходных данных по топливу.

Правило №2- полный КПД - полный "Эффект"

Газопоршневые электростанции использующиеся для кратковременной работы в качестве резервного источника можно прекрасно использовать без дополнительных затрат на установку системы утилизации тепла (когенерации), так как стоимость этой системы не окупиться за счет редкого использования электростанции. В электростанциях, предназначенных для постоянной работы ситуация другая.

Вне зависимости от желания владельца, газопоршневая электростанция будет производить тепловую энергию, так как топливо детонирует (сгорает) в камере сгорания. Это бесплатное тепло может сэкономить значительные средства, которые были бы затрачены на производство того же самого количества тепла в котельной.

Сравнивать электростанции только по электрическому КПД не правильно, так как электростанции производят не только электричества. Производить сравнение можно и нужно по сумме факторов - КПД электрическому и КПД тепловому. При проведении технико-экономического обоснования в обязательном порядке следует учитывать утилизируемое тепло, так как только при таком построении энергоцентра его окупаемость наступит скорее.

Пример:
Электростанция А имеет КПД 41%, а электростанция В - 39,5% (разница 1,5 %). Однако полный КПД электростанции А составляет 87,5%, тогда как у второго участника сравнения полный КПД на 3% выше, и составляет 90,5%.

Правило №3 - быть реалистом

Одинаковая цена и одинаковый расход газа не делает электростанции одинаковыми. Существуют ещё такие параметры как ресурс и стоимость технического обслуживания. К примеру, если отечественная газопоршневая электростанция стоит в два раза дешевле чем импортная, а её ресурс в семь раз меньше (8000 моточасов против 60 000), то наверное, её цена не совсем актуальна. За тот же срок владения отечественную придётся поменять несколько (явно больше двух) раз.

Техническое обслуживание, то есть ежедневные затраты, являются не менее важными, чем первоначальная стоимость. Очень часто можно видеть, как электростанция с более дорогими запасными частями "проедает" всё своё преимущество, достигнутое за счет меньшей цены, всего лишь за первый год эксплуатации. Если же производитель не предоставляет подробных затрат на сервис, вместе с подробной программой обслуживания, то это должно вызывать определённую настороженность у квалифицированных сотрудников, проводящих технико-экономическое сравнение. Подробное сервисное обслуживание должно учитывать:

• Стоимость запасных частей, включая НДС и таможенную очистку
• Затраты на регулярную смену масла*
• Затраты на угар масла **
• Затраты на работы обслуживающего персонала ***

* Следует помнить, что некоторые производители лукавят, указывая максимальный интервал замены масла, который в реальности будет снижен в полтора-два раза.

** Количества масла на угар варьируется, в среднем, от 0,2 до 0,5 гр./кВт*ч для импортный производителей.

*** Самостоятельное обслуживание газопоршневой электростанции может обойтись значительно дороже, чем периодическое привлечение профессионального персонала за счет того, что самостоятельное обслуживание требует не только обучения на заводе-изготовителе, получения допусков и обладания программным обеспечением, но и покупки дорогостоящего специализированного инструмента (в том числе, дорогостоящие газоанализаторы, мультиметры, осциллографы, пирометры и т.д.).

Газопоршневый двигатель - это двигатель внутреннего сгорания с системой внешнего образования топливно-воздушной смеси и искровым зажиганием. В качестве топлива использует природный магистральный газ и др. виды газового топлива, что обеспечивает экономичность, высокий ресурс работы и минимальный уровень шума. В данной статье мы рассмотрим, что представляет собой газопоршневый двигатель, принцип работы и его особенности.

Основные элементы и принцип работы газопоршневого двигателя

Как и у любого ДВС, у газопоршневого двигателя принцип действия основан на сгорании топливовоздушной смеси и поступательном движении поршней за счет энергии расширяющихся газов. С помощью кривошипно-шатунного механизма поступательное движение поршней преобразуется во вращательный выходного вала двигателя.В схеме подачи газа в газопоршневых двигателях основную роль играет газораспределительный механизм, подача газа осуществляется из магистрали или баллонного оборудования.

Чаще всего данный вид двигателей применяется в качестве основного элемента электрогенератора. Так, современные газопоршневые электростанции, характеристики потребления топлива которых делают их наиболее выгодными из всех решений автономного энергообеспечения. Дополнительным преимуществом является возможность выработки тепла или холода для хозяйственных нужд - когенерации и тригенерации. Современный газопоршневой двигатель, принцип работы которого позволяет обеспечить и одновременную тригенерацию, делает оптимальным его применение в приводе холодильной установки. Также применяются они в насосном оборудовании, морском судостроении и др. сферах деятельности.

Особенности газопоршневого двигателя

Наибольшие значения мощности газопоршневых двигателей достигают десятков мегаватт, что достаточно для обеспечения работы мощного оборудования и автономного энергообеспечения производственных и строительных объектов. Важным преимуществом является высокий ресурс работы, достигающий 250 тысяч часов при 80-100 тыс. часов межремонтного интервала (между капитальными ремонтами).

Подача газа в газопоршневых двигателях может быть баллонной или магистральной, а в качестве топлива, помимо метана, применяется:

• пропан;
• бутан;
• коксовый и другие сопутствующие промышленные газы;
• древесный газ;
• газы нефтяной промышленности и многие другие виды.

При этом схема подачи газа в газопоршневых двигателях не требует наличия дожимного компрессора благодаря малому потребному давлению. Благодаря большому выбору вариантов можно гибко использовать оборудование на различных объектах, оперативно адаптировать систему к изменению технических или экономических условий. Перенастройка системы подачи топлива занимает минимум времени, газопоршневый двигатель можно свободно настроить на эксплуатацию на попутном газе, биогазе и др. топливе.

К основным особенностям газопоршневых двигателей можно отнести:

• Небольшую зависимость КПД от окружающей температуры.
• Незначительные колебания КПД при снижении нагрузки на 50% и, соответственно, эффективное использование двигателя при любых нагрузках.
• Малые затраты на эксплуатацию.
• Неограниченное количество запусков мотора.
• Возможность параллельного подключения нескольких двигателей и, соответственно, возможность значительного повышения и рационального использования мощности системы.

С каждым годом газопоршневые двигатели получают всё большее применение в различных сферах, в т. ч. в качестве основного элемента газоэлектростанций для коттеджных поселков. Их экономичность и эксплуатационные обеспечивают им солидные преимущества в сравнении с другими вариантами автономного, резервного или аварийного электроснабжения различных объектов.

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.