Mskstart.ru

Все про Авто перевозки
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое газотурбинные электростанции

Что такое газотурбинные электростанции

Газотурбинная электростанция (сокращённо ГТЭС) — установка, генерирующая электричество и тепловую энергию. Основу ГТЭС составляют одна или несколько газотурбинных установок — силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс.

Газотурбинная электростанция может использоваться в качестве основного или резервного источника пи­тания параллельно с энергосистемой. Размещаться ГТЭС может как внутри помещения, так и на открытой площадке на заранее подготовленном фундаменте.

В мировой практике газотурбинные электростанции получили широкое распространение в 50—60-х гг. прошлого века, в настоящее время используются реже, т. к. имеют низкий КПД (33-39%) и относительно высокую стоимость за кВт мощности по сравнению, например, с газопоршневыми электростанциями.

Внешний вид газотурбинной установки

Один из наиболее прогрессивных вариантов решения задачи автономного энергоснабжения — организация мини-ТЭЦ, работающих на основе газового топлива. Газовая турбина позволяет значительно снизить стоимость электроэнергии (до 0,25 руб. за один кВт/час), что непосредственным образом влияет на сроки окупаемости вложений в строительство. Как правило, полностью ГТУ "оправдывает" себя за три-четыре года.

При реализации ИТ-проектов, связанных с внедрением информационных систем, приходится решать множество попутных задач, которые, несмотря на кажущуюся отстраненность от основной проблематики, зачастую не менее важны, а иногда имеют решающее значение. Одна из них — создание источника питания, который позволяет гарантировать стабильность и работоспособность предприятия вне зависимости от внешних условий. Ведь если нет электричества, любые самые современные ИТ-системы становятся бесполезными, а самые дорогие и скоростные серверы превращаются не более чем в груду железа.

Дабы избежать такого развития событий многие компании все чаще обращаются к созданию собственных локальных источников электроэнергии. И один из наиболее прогрессивных вариантов решения задачи энергоавтономности — организация мини-ТЭЦ, работающих на основе газового топлива.

Среди причин, обеспечивающих популярность газовых мини-ТЭЦ, можно назвать грядущую либерализацию рынка электроэнергии, сопровождающуюся повышением тарифов, высокие, часто совершенно необоснованные, затраты на подключение предприятия к электросети, а также изношенность основных фондов российской энергетики. Кроме того, нередко потребности отдельного предприятия весьма ограничены. Если проанализировать рынок, то мы увидим, что от 25 до 35% потребителей электроэнергии не нуждаются в сетях большой мощности.

Несмотря на свои подчеркнуто малые размеры, устоявшегося определения у малой энергетики, к сожалению, нет до сих пор. Как правило, к ней относят станции мощностью до 50 МВт при мощности каждого агрегата не более 25 МВт. На сегодняшний день существует два основных вида генерирующего газоиспользующего оборудования: газопоршневые установки (ГПУ) и газотурбинные установки (ГТУ).

Газовые поршни

Все больше российских компаний, особенно имеющих замкнутый цикл работы, сталкиваясь с необходимостью развития направления автономного энергоснабжения, при выборе возможного решения обращают внимание на газопоршневые энергетические установки (ГПУ). Среди основных достоинств таких установок: низкая себестоимость вырабатываемой энергии, небольшие сроки окупаемости инвестиций, независимость от внешних электрических и тепловых сетей, надежность систем, низкие эксплуатационные расходы, высокий КПД, высокое качество электроэнергии, пониженное по сравнению с дизельными генераторами содержание вредных веществ в выхлопе.

Газопоршневая установка Waukesha серии ATGL

Газопоршневая установка Waukesha серии ATGL

Газопоршневые установки можно одинаково эффективно использовать как в качестве основного, так и в виде резервного источника электроэнергии, однако при этом стоимость такой системы резервного электроснабжения получается значительно выше, чем на основе дизель-генераторных установок.

По сути, газопоршневые двигатели — это обычные двигатели внутреннего сгорания. А, как известно, двигатель внутреннего сгорания — это тепловая машина, в которой энергия, получаемая от сгорания углеводородного топлива, преобразуется в механическую работу. Помимо выработки электричества, энергия от газопоршневых агрегатов (точнее — выхлопных газов и антифриза, охлаждающего двигатель) используется для выработки тепла.

Читайте так же:
Регулировка карбюратора дааз для газели

На сегодняшний день производится два типа газопоршневых двигателей: с электрическим зажиганием (газовые двигатели) и с воспламенением газовоздушной смеси впрыском запального топлива (газодизели). Наибольшее применение в малой энергетике получил первый тип, чему в немалой степени способствовало широкое распространение газа как боле дешевого и экологически чистого вида топлива.

На данный момент существуют ГПУ самых разных мощностей — от 100 кВт до нескольких десятков МВт. Как правило, ресурс таких установок составляет немногим более 200 тыс. часов, а ресурс до капитального ремонта колеблется в пределах 55-60 тыс. часов.

Помимо довольно значительного ресурса, ГПУ мало чувствительны к температуре окружающей среды, что делает возможным использование их в разных климатических зонах. Дополнительным плюсом ГПУ является возможность подачи в него топливного газа под относительно низким давлением — от 0,01 до 0,04 МПа, — что снимает необходимость использования дожимного компрессора. И даже если мощность ГПУ снижается вдвое, КПД установки уменьшается весьма незначительно, при этом количество запусков двигателя неограниченно.

Кроме того, одно из неоспоримых преимуществ сооружения мини-ТЭЦ на основе газопоршневых установок — небольшой объем инвестиций, необходимых для реализации проекта. Сейчас этот показатель равен примерно 800-1000 долл. на один кВт мощности. Причем средний срок окупаемости затрат составляет около пяти лет.

У газопоршневых агрегатов меньше, чем у многих других, удельный расход топлива на выработанный кВт/ч, причем, при любом режиме нагрузки. Во многом это объясняется тем, что электрический КПД поршневых машин составляет около 40%, а, например, газовых турбин — около 30%. По сравнению с электростанциями на газовых турбинах, мини-ТЭЦ с поршневыми машинами требуют и заметно меньших расходов на капитальный ремонт.

Ключевым моментом для ГПУ является состав топлива. Для каждой модели газопоршневой установки могут предъявляться свои требования, как по качеству, так и по составу топлива. Определяющими критериями являются: метановое число газа, серосодержание, степень детонации, минимальная и максимальная теплота сгорания.

Сейчас многие изготовители адаптируют свои ГПУ под соответствующее топливо, что, как правило, не занимает много времени и не требует больших денежных затрат. Помимо природного газа, газопоршневые установки могут потреблять бутан, пропан, газы химической промышленности, попутный нефтяной газ, коксовый газ, биогаз, газ сточных вод, древесный газ, газ, получаемый из промышленных отходов, и т.п., что крайне важно для поддержания экологической безопасности.

Современные газоиспользующие мини-ТЭЦ бывают когенеративные (вырабатывают электричество и тепло) и тригенеративные (вырабатывают электричество, тепло и холод). В состав когенеративных мини-ТЭЦ на базе газопоршневых установок, как правило, входят: газопоршневые двигатели внутреннего сгорания; генераторы постоянного или переменного тока; радиаторы; система охлаждения двигателя; котлы-утилизаторы; система автоматического пожаротушения и сигнализации; система вентиляции; система маслодолива; система управления. Тригенеративная газопоршневые мини-ТЭЦ дополняется еще абсорбционными или компрессорными кондиционерами для выработки холода. При недостатке мощностей в моменты наибольших нагрузок или при возникновении потребности в выработке повышенного объема пара мини-ТЭЦ можно дополнить пиково-резервными котлами.

ГПУ Jenbacher в контейнерном исполнении

ГПУ Jenbacher в контейнерном исполнении

Обычно газопоршневые установки монтируются в модульном быстровозводимом здании либо поставляются в контейнерах. У каждого подхода есть свои слабые и сильные стороны, однако многие предприятия отдают предпочтение контейнерным ГПУ. Дело в том, что в большинстве случаев ГПУ такого типа размещают в непосредственной близости от места потребления, их оснащают транзитными электросетями малой протяженности, контейнерная вариация менее подвержена различным внешним воздействиям. Все это вкупе повышает надежность энергоснабжения.

Читайте так же:
Установка для опорожнения газовых бытовых баллонов

Газовые турбины

Толчком к развитию газовых турбин послужили существенные перемены, которые произошли в электроэнергетике в 1990-е годы. Именно в прошлом десятилетии природный газ стал основным источником электроэнергии, что повлекло за собой ускоренное совершенствование газовых энергетических технологий, в первую очередь, основанных на применении газотурбинных установок (ГТУ), которые в настоящее время занимают довольно весомый сегмент рынка, причем, как в малой, так и в большой энергетике.

Газотурбинная установка Turbomach серии TBM

Газотурбинная установка Turbomach серии TBM

Газотурбинная установка представляет собой силовой агрегат, состоящий из газовой турбины и механизмов, обеспечивающих его работу. Мощность ГТУ может колебаться от 1 до 300 МВт. Использовать газовую турбину малой мощности (до 5 МВт), как правило, не имеет смысла, поскольку показателей максимальной эффективности ГТУ достигает как раз при мощности от 5 МВт. В то же время ставить турбины в 250-300 МВт в рамках отдельно взятого предприятия также нецелесообразно — просто не найдется потребителей на такую мощность. Хотя, разумеется, в каждом конкретном случае варианты выбора силовой установки рассчитываются отдельно.

Газовая турбина позволяет значительно снизить стоимость электроэнергии (до 0,25 руб. за один кВт/час), что непосредственным образом влияет на сроки окупаемости вложений в строительство газотурбинной мини-ТЭЦ — как правило, полностью ГТУ "оправдывает" себя за три-четыре года.

Принцип же работы газовой турбины довольно прост. С помощью компрессора в камеру сгорания нагнетается газ, где он, смешиваясь с воздухом, образует топливную смесь, которая, в свою очередь, воспламеняется и доводится до температуры более 1000 градусов. Продукты горения устремляются сквозь ряды лопаток по валу турбины. Возникает крутящий момент, и турбина приходит в движение. После этого механическая энергия передается на генератор, который производит электричество, а тепловая — утилизируется выводом наружу отработанных газов, температура которых достигает более 500 градусов. Турбина может оснащаться специальным котлом-утилизатором. В этом случае ее КПД поднимается на 15-20%, и это притом, что стоимость вложений на единицу мощности будет меньше, чем у газопоршневых установок.

Если сравнивать количественное соотношение выработанной тепловой энергии к электрической, то у ГТУ оно может колебаться в пределах от 1,5 к 1 до 2,5 к 1. При этом электрический КПД газовой турбины составляет порядка 30%, в случае же когенерации этот показатель возрастет до 90%. Газовая турбина обладает высокими показателями экологичности — продукты горения природного газа не токсичны, легко рассеиваются и не загрязняют окружающую среду. Кроме того, газовая турбина не нуждается в водяном охлаждении.

Что касается эксплуатационного обслуживания ГТУ, то в условиях ограниченных вложений это может быть очень непростой задачей. Ведь для того, чтобы установка работала как можно дольше, необходимо наличие грамотного и высококвалифицированного персонала, так как даже самые незначительные, на первый взгляд, ошибки могут привести к серьезным поломкам оборудования. Поэтому здесь подход должен быть очень выверенным, тем более, когда речь идет об использовании турбин в качестве источника автономного энергоснабжения.

Неприятной особенностью некоторых газовых турбин, главным образом, отечественного производства, является и тот факт, что очень часто среди условий предоставления гарантии на ГТУ есть требование, согласно которому техническое обслуживание установки может осуществляться только заводом-изготовителем. А поскольку стоимость техобслуживания от производителя обычно выше аналогичных услуг сторонней организации, это может привести к увеличению стоимости владения. Учитывая же тот факт, что некоторые работы, связанные с ГТУ, требуют полного демонтажа оборудования и его транспортировки на завод, компания может на несколько месяцев вообще лишиться генерирующих мощностей.

Читайте так же:
Установка сигнализации sonata тагаз

Есть у турбин еще целый ряд недостатков. Так, например, уровень шума, который сопровождает работу ГТУ, требует ее размещения в отдельном здании с серьезной звукоизоляцией. К недостаткам газовой турбины можно отнести и довольно долгий процесс подготовки к запуску (от получаса до двух часов), а также большую сложность и высокую стоимость ремонта. Помимо этого, топливо для турбин требует дополнительной подготовки в виде усушки и компрессии. Если же происходит резкое увеличение нагрузки, то ГТУ не в состоянии быстро набрать мощность без потери скорости вращения. При этом нужно очень внимательно следить за расходом топлива. Если нагрузка на установку резко падает, то снижается КПД и одновременно с этим растет потребление. Одним словом, газовую турбину стоит устанавливать только тогда, когда другие возможные решения еще менее эффективны и рентабельны. Во всяком случае, большинство специалистов придерживается именно этого мнения.

Создание и производство газотурбовоза

Газотурбовоз с обозначенной ранее силовой установкой, и электрической передачей мощности (вообще на отечественных газотурбовозах применяется электрическая передача мощности от вала турбины к колесным парам, однако были попытки установки и механической передачи) был построен в 1960 году на Луганском (Ворошиловградском) тепловозостроительном заводе в односекционном варианте и получил обозначение: ГТ101-001.

Газотурбинная установка на всех типах экспериментальных (а серийно они и не строились) запускалась непосредственно при движении с поездом, для маневровых передвижений требовалась установка дополнительно дизель-генераторной установки. Разработкой и постройкой газотурбовозов занимались конструкторы локомотивостроительных заводов в тесном сотрудничестве с Центральным научно-исследовательским институтом МПС (ЦНИИ МПС) и Московским высшим техническим училищем им. Баумана (МВТУ). Главным инициатором разработок и постройки газотурбовозов являлся уже известный нам по паровозам, главный конструктор Коломенского тепловозостроительного завода, Лев Сергеевич Лебедянский.

В итоге всей этой большой работы было построено несколько единичных экземпляров газотурбовозов:

Газотурбовоз Гт101 | Газотурбовоз Гт101 | Движение24

в 1960 году Луганский завод построил уже известный нам, опытный газотурбовоз ГТ101-001 с СПГГ, мощностью 3000 л.с., шестиосный с электрической передачей;

Газотурбовоз Г1 | Газотурбовоз Г1 | Движение24

в 1959 году, Коломенский завод построил одну секцию шестиосного опытного газотурбовоза Г1-01, мощностью 4500 л.с., с электрической передачей;

Газотурбовоз ГП1 | Газотурбовоз ГП1 | Движение24

в 1964 году Коломенский завод построил два экспериментальных пассажирских шестиосных газотурбовоза с электрической передачей ГП1, мощностью по 3500 л.с.

Эти машины построены на базе серийно выпускающегося пассажирского тепловоза ТЭП60.

Работы по газотурбовозам начались и проводились совместно с проектированием и постройкой тепловозов. Конструкторы предполагали, что эти машины будут превосходить технические и экономические характеристики тепловозов, но этого не получилось. Все созданные опытные локомотивы во всех отношениях уступали уже эксплуатирующимся тепловозам. Поэтому было принято решение о дальнейшем прекращении работ по ним.

Решение это было правильным, газотурбовоз – тяжелый и сложный в устройстве и эксплуатации локомотив, а в мощности преимуществ перед тепловозами он не имел. Содержать парк таких локомотивов экономически было естественно невыгодно.

Читайте так же:
Регулировка скорости скашивания газонокосилки

Американцы тоже очень увлеклись этой идеей, но больших успехов в строительстве и применении газотурбовозов не достигли, хотя на их дорогах отдельные экземпляры трудились. Еще в некоторых американских компаниях пробовали сцеплять их с тепловозом, который разгонял состав, ну а дальше за дело брался газотурбовоз. Но конечно, такой способ экономически выгодным никак не назовешь.

Рождение газовых турбин

Столетием ранее некоему Джону Барберу пришла в голову гениальная мысль. Зачем нужно сначала нагревать пар, не проще ли использовать непосредственно выхлопной газ, образующийся при сгорании горючего, и тем самым устранить ненужное посредничество в процессе преобразования энергии? Так получилась первая настоящая газовая турбина. Патент 1791 года излагает основную идею использования в безлошадной повозке, но его элементы сегодня применяются в современных ракетных, авиационных танковых и автомобильных моторах. Начало процессу реактивного двигателестроения дал в 1930 году Фрэнк Уиттл. Ему пришла идея использовать турбину для приведения в движение самолета. В дальнейшем она нашла развитие в многочисленных турбовинтовых и турбореактивных проектах.

сатурн газовые турбины

Конструкция газовой турбины

Газовая турбина состоит из компрессора, воздухопровода, камеры сгорания, форсунки, проточной части, неподвижных и рабочих лопаток, патрубка для отработанных газов, редуктора, гребного винта и пускового двигателя.

За запуск турбины отвечает пусковой двигатель. Он приводит в движение компрессор, который раскручивается до нужной частоты вращения. Затем:

  • компрессор захватывает воздух из атмосферы и сжимает его;
  • воздух отправляется в камеру сгорания через воздухопровод;
  • через форсунку в ту же камеру входит топливо;
  • газ и воздух смешиваются и сгорают при постоянном давлении, в результате образуются продукты сгорания;
  • продукты сгорания охлаждают с помощью воздуха, после чего они поступают в проточную часть;
  • в неподвижных лопатках смесь газов расширяется и ускоряется, затем направляется на рабочие лопатки и приводит их в движение;
  • отработанная смесь выходит из турбины, по патрубку;
  • турбина передает кинетическую энергию компрессору и гребному винту посредством редуктора.

Таким образом, газ в смеси с воздухом, сгорая, образует рабочую среду, которая, расширяясь, ускоряется и раскручивает лопатки, а за ними — и гребной винт. В последующем кинетическая энергия превращается в электричество или используется для передвижения морского судна.

Сэкономить на топливе можно, используя принцип регенерации тепла. В этом случае воздух, поступающий в турбину, согревается за счет отработанных газов. В результате установка расходует меньше топлива и происходит больше кинетической энергии. Регенератор, где подогревается воздух, одновременно служит для охлаждения отработанных газов.

Особенности ГТУ закрытого типа

Газовая турбина открытого типа забирает воздух из атмосферы и выводит отработанный газ наружу. Это не очень эффективно и опасно, если установка стоит в закрытом помещении, где работают люди. В этом случае используют ГТУ закрытого типа. Такие турбины не выпускают отработанные рабочее тело в атмосферу, а направляют его в компрессор. Оно не перемешивается с продуктами сгорания. Как результат, рабочая среда, циркулирующая в турбине, остается чистой, что увеличивает ресурс установки и сокращает количество поломок.

Однако закрытые турбины имеют слишком большие габариты. Газы, которые не выходят наружу, должны быть достаточно эффективно охлаждены. Это возможно только в больших теплообменниках. Поэтому установки используют на крупных судах, где достаточно места.

Закрытые ГТУ могут иметь и ядерный реактор. В качестве теплоносителя в них используют углекислый газ, гелий или азот. Газ нагревают в реакторе и направляют в турбину.

Читайте так же:
Как самому отрегулировать развал схождение ваз 21213

Сервис газовых турбин

Газовые турбины функционируют при экстремальных температурах и нагрузках, поэтому их элементы должны иметь высокую жаропрочность, жаростойкость и удельную прочность.

Ресурс деталей существенно снижается во время пусков и остановок агрегата, поэтому необходимо использовать материалы, способные защищать узлы как при высоких, так и при низких нагрузках.

С этой целью конструкторы применяют инновационные смазочные материалы, которые обеспечивают долговременную защиту механизмов от коррозии и износа, обладают высокой несущей способностью и устойчивостью к экстремальным температурам.

Для облегчения сборки и демонтажа лопаток турбин, а также защиты от фреттинг-коррозии на их хвостовики наносят материал MODENGY 1001.

Лопатки турбин до и после нанесения защитного покрытия на хвостовики

Рис. 2. Лопатки турбин до и после нанесения защитного покрытия на хвостовики

Для подшипников скольжения газовых турбин применяют MODENGY 1001 и MODENGY 1002, прессовых посадок – MODENGY 1005, ходовых винтов – MODENGY 1001 , конденсатоотводчиков – MODENGY 1001, крепежных деталей – MODENGY 1014.

На лепестковые газодинамические подшипники микротурбин наносят высокотемпературное покрытие MODENGY 2560.

Данные составы применяются на этапе производства элементов и не требуют обновления весь период функционирования газотурбинных установок.

О профессии Машиниста газотурбинных установок

Зарплаты: сколько получает Машинист газотурбинных установок *

Начинающий: 20000 ⃏ в месяц

Опытный: 40000 ⃏ в месяц

Профессионал: 50000 ⃏ в месяц

* — информация по зарплатам приведна примерно исходя из вакансий на профилирующих сайтах. Зарплата в конкретном регионе или компании может отличаться от приведенных. На ваш доход сильно влияет то, как вы сможете применить себя в выбранной сфере деятельности. Не всегда доход ограничивается только тем, что вам предлагают вакансии на рынке труда.

Востребованность профессии

Газовые турбины широко используются в качестве двигателей на кораблях, в трубопроводном транспорте, электроэнергетике и в некоторых других отраслях промышленности. Для обслуживания такой достаточно сложной техники необходим квалифицированный персонала. В связи с этим востребованность машинистов газотурбинных установок на рынке труда высокая и стабильная. На рынке труда существует некоторое количество открытых вакансий. Проблем с трудоустройством не возникает. В тоже время, в промышленную эксплуатацию поступают газотурбинные установки, особенно малой мощности, не требующие непрерывного надзора. Обслуживающий персонал нужен лишь для запуска или проведения ремонтных работ. Это оказывает некоторое давление на рынок труда по этой профессии. Количество рабочих мест сокращается. Впрочем, на среднесрочную перспективу востребованность профессии останется высокой.

Для кого подходит профессия

Профессия машиниста газотурбинных установок подразумевает обслуживание достаточно сложных механических систем. Здесь важны профессиональные навыки и теоретическая подготовка.

Профессия подходит тем, кто:

  • имеет склонность к изучению точных наук;
  • интересуется техникой и техническим творчеством;
  • знает физические процессы, протекающие в энергетических машинах;
  • годен по состоянию здоровья к работе с энергетическими установками;
  • готов работать в сложных условиях при сменном графике и вахтовым методом.

Карьера

Машинист газотурбинных установок относится к техническому персоналу. Как правило, это сотрудник, который не относится к руководителям. При этом, штатная структура некоторых компаний позволяет такому специалисту выполнять некоторые административные функции. Машинист газотурбинных установок может быть старшим в смене, руководить бригадой, обслуживающей такие установки. Однако для значимого карьерного роста необходимо получение высшего образования и определённые личностные качества.

Обязанности

Профессиональные обязанности машиниста газотурбинных установок включают в себя:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector