Обзор газопоршневых электростанций
Обзор газопоршневых электростанций
Газопоршневый двигатель внутреннего сгорания из-за своих компактных размеров и широкого диапазона выходных мощностей является идеальным первичным двигателем электрогенераторных установок, используемых для мобильного, аварийного, резервного или постоянного электроснабжения, в т. ч. в отдаленных местностях.
Сферы применения
- Промышленность (продовольственная, обрабатывающая, легкая);
- Отели, гостиницы, санатории;
- Больницы;
- Бизнес-центры;
- Бассейны, аквапарки;
- Котельные;
- Многоквартирные дома, коттеджные поселки;
- Компании нефтегазового комплекса.
Модельный ряд ГПУ
№ п/п | Модель ГПУ | Модель двигателя MAN | Мощность электрическая, кВт | Мощность тепловая , кВт |
1 | MAN 30 | E0834 E312 | 30 | 63 |
2 | MAN 50 | E0834 E302 | 50 | 79 |
3 | MAN 70 | E0836 E302 | 70 | 104 |
4 | MAN 100 | E0836 LE302 | 100 | 138 |
5 | MAN 130 | E2676 E302 | 130 | 193 |
6 | MAN 200 | E2676 LE202 | 200 | 248 |
7 | MAN 250 | E3262 E302 | 260 | 375 |
8 | MAN 3 00 | E3268 LE242 | 300 | 365 |
9 | MAN 350 | E3268 LE212 | 350 | 426 |
10 | MAN 400 | E3262 LE232 | 400 | 460 |
11 | MAN 500 | E3262 LE202 | 500 | 603 |
Варианты исполнения
Сертификаты
Посмотреть подробную презентацию можно тут
По Вашему запросу наши сотрудники предоставят персональный расчет стоимости необходимого оборудования, стоимости владения, периода окупаемости и цены вырабатываемой электроэнергии, исходя из тарифов на газ и кВт/час электричества от сети на Вашем объекте.
Или оставьте свои данные, наши специалисты с Вами свяжутся в удобное для Вас время.
Принцип работы газопоршневых электростанций
ГПЭС когенерационного типа функционируют по следующему принципу:
- Топливо поступает в цилиндрическую камеру сгорания, в которой оно сжимается поршнем и воспламеняется.
- Энергия, выделяемая при сгорании топлива, приводит в движение коленвал газопоршневого ДВС. Цикл работы ДВС обычно четырехтактный.
- Вращающийся коленвал передает движение через специальную муфту генератору электрического тока. При вращении ротора с обмоткой в магнитном поле статора происходит выработка электроэнергии.
- Выработанная электроэнергия поступает через кабельные линии на генераторное распределительное устройство (генераторную ячейку).
- Во время выработки электроэнергии высвобождается значительное количество тепла, которое снимается с дымовых газов и нагретого масла с помощью теплообменников и котлов-утилизаторов. Вода, нагретая за счет этого тепла, циркулирует по замкнутому контуру и выполняет функции теплоносителя в отопительной системе объекта. Неиспользованное попутное тепло сбрасывают в атмосферу.
Высококачественные газопоршневые электростанции, при работе которых используются турбонаддув и двухступенчатое охлаждение, имеют электрический КПД около 45 %. На 1 кВт вырабатываемой электроэнергии затрачивается всего 0,22 м 3 газа.
Преимущества использования ГПЭС
Популярность генерирующих агрегатов на основе газопоршневых ДВС обеспечивают следующие эксплуатационные преимущества:
- высокий коэффициент полезного действия, минимальное количество сопутствующих энергопотерь;
- сохранение рабочих характеристик в неблагоприятных условиях окружающей среды, при резких температурных перепадах;
- экологичность – работа газопоршневых электрогенераторов сопровождается малым количеством вредных выбросов;
- наличие автоматизированной системы, защищающей агрегат от перегрева, и других защит;
- длительный эксплуатационный период.
Установка ГПЭС, подобранной под конкретные характеристики объекта, позволяет значительно снизить затраты на его энергоснабжение. Компактные характеристики этих установок и экологичность позволяют устанавливать их на обслуживаемом объекте или в непосредственной близости от него, благодаря чему отпадает необходимость в устройстве дорогостоящих опор, прокладке линий электропередач, использовании мощных трансформаторов.
Сферы применения газопоршневых электростанций
Благодаря комплексной выработке электрической и тепловой энергии, ГПЭС широко используются в отдаленных районах, в которые сложно провести коммуникационные системы, области их применения:
- жилищно-коммунальное хозяйство;
- промышленные предприятия;
- предприятия по добыча угля, нефти и газа;
- насосные станции, котельные;
- в качестве резервного и аварийного энергетического оборудования – медицинские учреждения, аэропорты и другие объекты, в которых важны бесперебойность электропитания.
Агрегаты комплексной выработки тепловой и электрической экономически выгодно устанавливать в торговых комплексах и на других коммерческих объектах, в общественных учреждениях.
Газопоршневые электростанции. Устройство, принцип действия, топливо
Газопоршневая электростанция (ГПУ) или теплоэлектростанция представляет из себя электрогенератор, который приводится в действие двигателем внутреннего сгорания, работающим на природном газе.
Кроме выработки генератором электроэнергии ГПУ также производит тепло за счет охлаждения двигателя, которое может быть использовано в производственных целях, а может просто выбрасываться в атмосферу.
В случае если двигатель, приводящий генератор в действие не является газовым, а работает на дизельном топливе, то подобная станция называется дизель-генераторной установкой (ДГУ).
Благодаря применению газопоршневой или дизель-генераторной установки можно обеспечить независимость объекта от центральных электро- и теплосетей.
ГПУ мощностью от 88 кВт до 4 МВт и полный комплекс работ предлагает российский производитель тепловых электростанций ООО "ПКТ" — www.ooopkt.ru. В результате сотрудничества вы получите готовую к работе установку полностью соответствующую вашим потребностям.
Другими преимуществами установок являются их высокий КПД, экономичность вырабатываемой электроэнергии, быстрая окупаемость (особенно на промышленных объектах) с высоким потреблением электроэнергии, низкие эксплуатационные расходы.
К минусам же можно отнести высокую стоимость оборудования. Подобные проблемы, зачастую решают приобретая теплоэлектростанции, газопоршневые установки и дизель-генераторы в лизинг или привлекая кредитные средства.
Принцип работы газопоршневой установки
В камерах двигателя, работающего на газу, в процессе работы сгорает топливо, а полученная энергия вращая коленчатый вал двигателя передает вращение на вал генератора, который, в свою очередь, вырабатывает электроэнергию.
Когенерация в газопоршневых установках
Когда выделяемая тепловая энергия используется для отопления помещений, горячего водоснабжения или других производственных нужд газопоршневая установка называется когенерационной.
Тригенерация в ГПУ
Если не использовать в теплое время года тепловую энергию, выделяемую электростанцией, можно использовать абсорбционную технологию для получения холода для кондиционирования помещений объекта.
Для преобразования тепла в холод используются абсорбционные охладители (чиллеры).
Альтернативное топливо для газопоршневых электростанций
Кроме природного газа двигатели электростанций могут работать и на других видах топлива: пропан, бутан, попутный природный газ, коксовый, древесный, пиролизный газы, газы мусорных свалок и сточных вод.
Преимущества газопоршневых электростанций
Локальная выработка электроэнергии позволяет избежать потерь при транспортировки дорогой энергии на объект, которые могут составлять до 28%.
При использовании блочно-модульного варианта установки ГПУ можно использовать несколько установок вместо одной мощной и более экономично и эффективно регулировать их работу, увеличивая общий ресурс работы и экономя ресурсы.
Производители газопоршневых электростанций
Готовые комплексные установок предлагают многие производители оборудования. Двигатели же для газопоршневых электростанций выпускают несколько крупных мировых компаний: MWM (Германия), LiebHerr (Германия), Tedom (Чехия), CAT (США), Cummins (США), Daewoo (Корея) и д.р.
Сравнение газопоршневых и газотурбинных установок
В диапазоне мощностей от 20 до 30 МВт(э) газопоршневые когенерационные установки стабильно показывают лучшие по сравнению с другими технологиями результаты. Более того, для мощностей 3-5 кВт(э) ничто не может с ними конкурировать. Возникает вполне логичный вопрос: почему? Какие технические характеристики позволяют им быть настолько результативными.
Во-первых, следует отметить высокий показатель электрического КПД.
Наивысших значений электрического КПД (у газовой турбины до 30 %, а у газопоршневого двигателя около 40 % ) оборудование достигает только при работе со 100%-ной нагрузкой (Рис. 2.1). Снижение нагрузки даже до 50%, уменьшает электрический КПД используемой газовой турбины почти в 3 раза. В то время как, в случае использования газопоршневого двигателя такие изменения режима нагрузки ни на общий, ни на электрический КПД практически не влияют.
Pиc. 1. Графики зависимости КПД от нагрузки:
Приведенные графики позволяют нагляно убедиться, что газовые двигатели отличаются более высоким электрическим КПД, показатели которого почти не изменяются при нагрузке от 50 до 100 %.
Вторым важны показателем являются условия размещения.
Номинальная мощность, как газовой турбины, так и газопоршневого двигателя находится в прямой зависимости от температуры воздуха и высоты используемой площадки относительно уровня моря. На графике (рис. 2) ясно видно, что повышение температуры с -30°С до +30°С приводит к падению электрического КПД газовой турбины примерно на 15-20%. При дальнейшем повышении температуры выше +30°С, КПД у газовой турбины становится еще ниже. И в этом случает газопоршневой двигатель выгодно отличается от газовой турбины, имея не только постоянный, но и более высокий электрический КПД на всем интервале температур вплоть до +25°С.
Рис. 2. График зависимости электрического КПД газовой турбины от температуры окружающего воздуха
Третий, но не менее важный показатель: условия работы.
Количество запусков: газопоршневой двигатель можно запускать и останавливать неограниченное количество раз, и это не повлияет на общий заявленный моторесурс двигателя, в то время как 100 запусков газовой турбины уменьшат её ресурс примерно на 500 часов.
Время запуска: промежуток времени необходимый для принятия полной нагрузки с момента запуска у газовой турбины составляет примерно 15-17 минут, а у газопоршневого двигателя всего 2-3 минуты.
К четвертым важным показателям относятся: проектный срок службы и интервалы техобслуживания.
Ресурс газовой турбины до первого капитального ремонта составляет от 20 000 до 30 000 рабочих часов. Ресурс же газопоршневого двигателя значительно больше и равен 60 000 рабочих часов (табл. 1). Кроме того и затраты на капитальный ремонт газовой турбины, учитывая стоимость запчастей и материалов, значительно выше.
Полный капремонт газовой турбины — значительно более сложный процесс, чем капремонт необходимый газовому двигателю. Ремонт газовой турбины можно выполнить только на заводе-изготовителе. Более того, для ремонта газовой турбины требуются довольно дорогие запчасти, что увеличивает его стоимость. Все эти факторы увеличивают время простоя газовой турбины по сравнению с газовым двигателем. Затраты на материалы и запчасти необходимые для выполнения капитального ремонта при использовании газового двигателя также заметно ниже.
Таблица №1: Интервалы техобслуживания
Ремонтные работы, интервал (часы) | Турбины, авиационные и малые промышленные | Турбины, промышленные | Газопоршневой двигатель |
---|---|---|---|
Ремонт камеры сгорания | 5 000 | 10 000 | — |
Средний ремонт | Ремонт турбины и камеры сгорания | Ремонт головок цилиндров | |
10 000 | 15 000 | 30 000 | |
Капитальный ремонт | 20 000 | 30 000 | 60 000 |
В-пятых, необходимо упомянуть довольно низкие капиталовложения.
Опираясь на данные расчётов видно, что удельные капиталовложения (Евро/кВт) для производства тепловой и электрической энергии с использованием газопоршневых двигателей ниже. Это их явное преимущество неоспоримо применительно к мощностям до 30 МВт. Таким образом, ТЭЦ мощность которой 10 МВт, оборудованная газопоршневыми двигателями обойдется примерно в 7,5 миллионов ?, если же использоват газовые турбины, то затраты возрастут до 9,5 миллионов ? (рис. 3).
Также важно учитывать, что давление газа в газопроводной сети, как правило, не превышает 4-х атмосфер, что вполне достаточно для работы газового двигателя. А для работы газовой турбины давление подаваемого газа должно быть не меньше 6-10 атмосфер. Таким образом, в случае использования на станции газовой турбины в роли силового агрегата возникает необходимость в установке еще и газовой компрессорной станции, что приводит к дополнительному увеличению капиталовложений.
Рис. 3. Объемы капитальных вложений в ТЭЦ с разными силовыми агрегатами.
Таблица №2: Преимущества и недостатки газовой турбины и поршневого двигателя
Характеристики | газовая турбина | поршневой двигатель |
---|---|---|
Мощность единичной машины | 0.25 — 300 МВт (э) | 0.2 — 20 МВт (э) |
Общий КПД | 65-87% | 70-92% |
Преимущества | Отсутствие водяной системы охлаждения. Гибкость в выборе топлива. Низкая эмиссия вредных веществ. Работа установки на нескольких видах топлива. Солидный ресурс. Достаточно большая возможная единичная мощность. | Наивысшая производительность. Эффективная работа при малой нагрузке (от 30% до 100%). Относительно низкий уровень начальных инвестиций за 1 кВт(э). Широкая линейка моделей по выходной мощности (от 4 кВт). Возможность автономной работы. Быстрый запуск (от 15 с, газовым турбинам требуется 0.5-2 ч). Настоящая гибкость в выборе топлива. Преобладание производства электроэнергии. Малые размеры — низкие инвестиционные затраты. Работа с малым давлением газа (ниже 1 бара). Относительно простой капитальный ремонт. Солидный ресурс. Возможность кластеризации (параллельная работа нескольких установок). Работа установки на нескольких видах топлива. |
Недостатки | Нижний порог эффективного применения (от 5 МВт электроэнергии). Производительность ниже, чем у поршневых двигателей. Высокий уровень шума. Требуется подготовка топлива (очистка, осушка, компрессия). Низкая эффективность при неполной загрузке. Длительный период запуска (0.5 -2 часа). Сложный и дорогой капитальный ремонт. | Если тепло не используется, то требуется охлаждение. Высокий уровень (низкочастотного) шума. Высокое соотношение вес/выходная мощность. Относительно малая мощность единичной машины. |
14 Декабря 2016 г.
© 2007–2021 «ГК «Газовик». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.
Монтаж ГПЭС
Монтаж энергоустановки может быть выполнен как внутри капитального здания – цеха промышленного предприятия или жилого комплекса, так и в отдельно стоящем, быстровозводимом модуле.
Модульный монтаж считается более рациональным, т.к. выполнение работ не связано с организацией и сроками строительства основного объекта, а в процессе эксплуатации, удобнее осуществлять сервисное обслуживание и модернизацию оборудования.
Монтаж внутри капитального здания целесообразен с точки зрения экономии на возведении отдельно стоящего модуля и прокладке дополнительных трубопроводов.
В любом случае решение о размещении и способе монтажа должно приниматься на этапе проектирования или реконструкции объекта.
Расчет окупаемости газопоршневой электростанции
Чтобы определить срок окупаемости конкретной модели газопоршневой электростанции, необходимо учесть все затраты, которые возникнут в процессе эксплуатации агрегата. Для вычисления итоговой себестоимости электроэнергии, вырабатываемой ГПЭС, используется методика, учитывающая все группы затрат:
- расходы на топливный газ;
- расходы на замену масла;
- расходы на угар масла;
- расходы на покупку запчастей, включая капитальный ремонт – сменные части и комплектующие для газопоршневых установок российского производства можно без труда купить со склада производителя в любом городе России. Быстрые поставки запчастей исключат простои производства и перебои с поставками электроэнергии;
- расходы на сервисное обслуживание от завода-изготовителя – ТО газоустановок «Федвиг» не требует специальных навыков и узкоспециализированных знаний. Всем тонкостям обслуживания и эксплуатации персонал предприятия обучается на стадии установки и запуска газопоршневой станции;
- расходы на выплату налога на имущество – 2,2% в год;
- амортизационные отчисления.
При расчете срока окупаемости также учитывают предполагаемую загруженность установки: использование как основного источника электроэнергии или как вспомогательного энергопоставляющего оборудования.