Как электричество зависит от газа

А пускай этот газ ещё поработает: генерируем электричество из газа доменной печи

image

Чугун мы делаем в доменной печи. Сверху засыпаем руду и кокс в качестве топлива, снизу задуваем воздух, который обеспечивает горение. В результате получаем чугун и доменный газ, который можно сжечь где-то ещё и получить энергию. Собственно, мы так и делаем, только смешиваем его с природным газом, потому что у доменного «гуляет» калорийность.

Но доменный газ обладает ещё одним важным качеством: он выходит из печи очень горячим и под давлением. Очень глупо охлаждать его просто так, обогревая атмосферу. Гораздо лучше потратить эту энергию с пользой, ведь она отлично превращается в кинетическую энергию, которая может двигать всё что угодно. Вот мы и поставили на двух доменных печах турбины, их вращает этот самый доменный газ, чтобы они генерировали электричество, пока мы отдаём газ на генерацию электричества. Это не шутка: мощность на турбинах на границе выхода в рабочий режим — 6 и 8 МВт, а рабочая — выше 12 МВт.

Но, конечно, не всё так просто. У турбины есть лопатки, которые нужно постоянно регулировать, менять угол их наклона и т. д., так как они прямо влияют на расход газа, а значит, на давление в системе, а значит, на производительность электроэнергии. Тут-то и понадобились кое-какие ИТ-доработки.

Где находится бескомпрессорная газовая турбина

Вот довольно «простая» принципиальная схема агрегата:

image

А вот довольно простая принципиальная схема процесса:

image

Не смотрите, что тут много всего, интересующий нас участок — это выход из доменной печи, затем — газопровод до турбины (ГУБТ — газовая утилизационная бескомпрессорная турбина) и связь с генератором. Ещё на схеме не указан обходной путь через турбину — байпасный клапан, очень нужный и важный элемент для безопасности установки.

Турбина — это совершенно обычная турбина, такой высокотехнологичный вал с лопатками-лопастями, которые крутятся, когда через проточную часть проходит газ. В свою очередь, этот же вал жёстко соединён с валом генератора.

image

Тут-то и наступает самое интересное. Дело в том, что нам важно поддерживать правильное давление в системе до турбины. Нижняя граница давления нужна для обеспечения техпроцесса, а верхняя граница давления находится ниже уровня возможных повреждений системы. Когда давление достигает верхней допустимой границы, автоматически открывается байпас-клапан (обходной путь для газа без сопротивления, фактически просто труба) и газ, вместо того, чтобы проходить через ГУБТ, сразу направляется в общезаводской коллектор доменного газа.

С другой стороны, нам интересно держать давление близким к верхней границе: это позволяет генерировать энергию наиболее стабильно. В итоге получается так, что регулирование степени открытия лопастей турбины определяет, сколько газа будет использовано с пользой, а сколько просто пронесётся мимо турбины через клапан и систему газопроводов. Зачем нам эти потери, когда можно нарастить пользу?

Советские инженеры решили эту проблему традиционным способом: человек должен смотреть на давление под колошником и потери в газопроводе, чтобы определить давление перед ГУБТ, а также на генерацию электроэнергии, и вручную исходя из опыта принимать решение о том, какой выставить угол лопаток турбины.

Задача казалась сложной, потому что давление в системе меняется постоянно: процессы в домне не самые стабильные с точки зрения калорийности доменного газа. Стрелки дёргаются туда-сюда каждую секунду. Собственно, автоматизацию не ставили в том числе и по этой причине: нужно прогнозировать изменение давления перед ГУБТ и понимать, что будет происходить дальше. Реагировать в реальном времени нельзя, потому что 1 % изменения угла открытия — это 5–10 минут. То есть быстро переигрывать лопатками — плохая идея с точки зрения правильности эксплуатации.

Мы решили, что нам нужно создать такой алгоритм, с помощью которого оператор мог бы отслеживать режимы работы турбины онлайн. То есть оцифровать текущую логику, чтобы решение постоянно искал сам алгоритм, а не оператор. Ему остаётся лишь чуть приоткрыть или призакрыть лопасти. Вторая, более сложная задача — прогнозировать изменение давления перед ГУБТ и управлять лопастями предиктивно.

image

В этом то и заключается наш гибридный подход рекомендательной системы: сначала мы разработали реальный алгоритм на основе физики процессов, а затем «прикрутили» ещё один алгоритм по прогнозу давления перед ГУБТ.

Что мы сделали

Сначала вытащили схему из головы операторов и переложили её в алгоритм. Если правильно подобрать магические константы под конкретные печь и турбину, то алгоритм будет выглядеть довольно просто:

image
Это вариант для ГУБТ-1 и соответствующей ей доменной печи

Особенность в том, что давление уставки (то есть верхний и нижний пороги допустимого давления в системе до турбины) может меняться в зависимости от процессов. Машинисты турбины про такие изменения не знают, поэтому по факту реагируют на слишком долгое открытие обходного клапана или на свои ощущения по поводу того, как они чувствуют тренд изменений давления.

Мы создали для них рекомендательный сервис. По сути, это мониторинг с довольно простой математикой принятия решения и простой математикой расчёта ожидаемого давления (используется модель машинного обучения от Microsoft LightGBM, которая показала себя лучше, чем, например, обычные линейные модели). Дальше алгоритм подсказывает, как стоит изменить угол положения лопаток.

image
Здесь зафиксирована рекомендация в режиме онлайн, но в интерфейсе программы можно проанализировать и исторический период, то есть посмотреть, когда и какие были рекомендации

Если турбина находится в режиме запуска или переходном режиме, то, согласно алгоритму, мы ничего не рекомендуем. Запускается турбина следующим образом: сначала делает 15 оборотов за счёт внешней нагрузки, потом лопасти статора вручную управляются оператором, и подаётся газ, который постепенно раскручивает турбину, и в момент, когда скорость её работы достигнет трёх тысяч оборотов в минуту, начинается стабильная генерация: в нашем случае при данном режиме — порядка 6–10 МВт.

Если турбина работает хорошо, то алгоритм смотрит на байпасный клапан. Если в среднем за 10 минут он был открыт больше, чем на 6 %, то дальше он проверяет угол открытия байпасного клапана в режиме реального времени и проверяет текущую разницу между уставкой и давлением перед турбиной. Если она меньше 4кПа — алгоритм рекомендует приоткрыть угол лопаток турбины, чтобы направить через неё больше потока. Если клапан закрыт, а разница давлений высокая, то требуется уменьшить угол лопаток турбины, чтобы пропускать меньше газа.

Чуть больше — про магические константы. Минимальную разницу между уставкой и фактическим давлением выбрали экспертно исходя из анализа исторических данных. Если разница между уставкой и фактическим давлением будет слишком малой, то параметры редко будут попадать в заданный интервал и, соответственно, будет слишком частая смена рекомендаций подсказчиком.

Максимальную разницу также выбрали экспертно исходя из анализа исторических данных. Здесь — обратно: если разница между уставкой и фактическим давлением будет слишком большой, то параметры будут большую часть времени находиться в заданном интервале и, соответственно, будет слишком редкая смена рекомендаций подсказчиком, в результате чего мы потеряем часть эффекта. По клапану: если выставить большой процент минимального закрытия, то клапан будет пропускать лишний доменный газ (который мог бы совершать полезную работу).

По байпасному клапану минимальный порог обуславливается: для первой турбины — опасностью заклинивания клапана при его полностью закрытом положении; для второй — неточной работой позиционера, то есть при полном закрытии он показывает 3 % вместо 0 %. Минимальные границы взяты чуть больше, чтобы также не «гонять» рекомендации слишком часто.

Вот конкретный пример решения:

image
У нас мощность — более 6 Мвт, и в среднем за 10 минут клапан был открыт меньше чем на 6 %. Дальше смотрим среднюю разность за 10 минут между уставкой и фактом. Она больше 4 кПа, поэтому смотрим текущую разницу между уставкой и фактом, т. к. она больше 4 кПа, то принимаем решение прикрыть угол лопаток на 1 %.

image
Так выглядит рекомендация для операторов

image
На правом нижнем графике видно, как понизился угол лопаток, т. е. рекомендация сервиса была принята (голубая линия — это рекомендация, а зелёная — факт)

В чём же заключается гибридное моделирование? В алгоритме присутствует фактическое давление перед ГУБТ, для которого мы и построили прогноз на минуту вперёд. Это усовершенствует физическую модель алгоритма. Ниже — результаты визуализации того, как работает модель прогноза давления.

image
Прогноз давления перед ГУБТ. Зелёный — факт, оранжевый — прогноз на одну минуту вперёд.

В январе 2022 года начали собирать статистику. Внедрили чуть раньше, но тут отчёт за год. Сначала машинисты пользовались подсказкой не так часто, как могли. Поначалу рекомендации выполнялись не всегда сразу, поэтому на гистограммах мы наблюдаем низкий процент в начале периода по отношению ко всему. Сейчас, спустя год, сервисом пользуются более уверенно и эффективно.

image
Статистика работы четырёх бригад за январь-ноябрь 2022 года

Для сравнения работы с сервисом и без него мы построили ещё одну модель (обычную линейную регрессию), которая выявляла зависимость выработки электроэнергии ГУБТ от изменений ряда параметров. И смоделировали процесс работы ГУБТ при условии, если бы операторы тогда пользовались сервисом. Расчётный эффект составил порядка 0,7 МВт дополнительной электроэнергии. Это фактически то, что иначе «стравили» бы в байпас.

image
Щит управления доменной печью

В итоге сейчас у нас работает физико-математическая модель, которая даёт рекомендации в режиме онлайн.

Выработка электроэнергии из природного газа

Природный газ является общим термином, используемым для смеси углеводородов, которые являются результатом разложения растительных и животных материалов в течение миллионов лет.

Из природного газа сейчас производится порядка 15% всей электроэнергии в мире.

Энергия природного газа представляет ископаемое топливо и, следовательно, представляет невозобновляемые источники энергии. Она образовалась, когда доисторические останки животных и растений находились под землей и подвергались высоким температурам и давлениям в течение миллионов лет. Эта энергия наряду с нефтью и углем считается ископаемым топливом и, подобно нефти и углю, встречается в подземных резервуарах, расположенных во многих районах мира.

Основные компоненты природного газа представляют углеводороды: метан с формулой CH4, а также этан с формулой C2H6, пропан с формулой C3H8, бутан с формулой C4H10.

Природный газ самый чистый из всех видов ископаемого топлива.

Запасы энергии природного газа, как и другие виды ископаемого топлива, ограничены и поэтому не являются возобновляемым ресурсом. Применение природного газа производит относительно малую долю оксидов азота и углекислого газа по сравнению с нефтью и углем, а также в результатах практически нет твердых частиц или выбросов диоксида серы. Поэтому он становится привлекательным «переходным» топливом по мере того, как энергоснабжение уходит от загрязняющих источников, таких как уголь и ядерные источники в сторону более чистых возобновляемых технологий.

Как генерируется газовая энергия?

Есть два основных типа электростанций, используемых для преобразования энергии природного газа в электричество — открытый цикл и комбинированный цикл.

Открытый цикл

Самое простое: открытый цикл, в котором природный газ горит для создания давления. Давление приводит в действие лопасти газовой турбины, вызывая ее вращение и преобразование тепловой энергии в механическую. Вал соединяет газовую турбину с газотурбинным генератором, поэтому, когда турбина вращается, генератор тоже. Генератор использует электромагнитное поле для преобразования механической энергии в электрическую. Приводя в действие турбину, которая соединена с генератором она заставляет магниты генератора крутиться и создавать электрический ток.

газовые электростанции

Комбинированный цикл

В электростанции комбинированного цикла, тепло, которое образуется от сгорания приводит в действие турбину назначение которой для того чтобы закипятить воду и создать пар, управляя второй турбиной для того, чтобы произвести даже больше электричества. Это позволяет таким электростанциям преобразовывать до 50% энергии, содержащейся в природном газе — намного больше, чем 33% конверсия угольных электростанций.

По этой причине газопоршневые электростанции комбинированного цикла, как правило, используются для обеспечения ежедневной базовой нагрузки, в то время как открытые станции работают во время пикового спроса.

турбины газовые

Турбины сгорания основаны на принципе реактивных двигателей. С технологией турбины горит природный газ, создавая перегретый воздух, который после этого закачивается в трубы и используется для того чтобы управлять турбиной.

Энергия природного газа может также использоваться в технологиях топливных элементов, которые опираются на химические реакции для создания электричества при гораздо более высоких уровнях эффективности, чем это может быть получено при сжигании ископаемого топлива.

Каковы экологические проблемы?

Природный газ оказывает значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем уголь. На основе данных сжигание природного газа генерирует примерно вдвое меньше углекислого газа или CO2, чем уголь, меньше твердых частиц и очень мало двуокиси серы или токсичных выбросов в атмосферу. Однако сжигание природного газа может привести к образованию оксидов азота и окиси углерода в количествах, сопоставимых со сжиганием угля. Продолжающееся использование этих ресурсов неизбежно приводит к выбросам метана, который является мощным парниковым газом, способствующим глобальному изменению климата. Бурение и разведка природного газа может негативно повлиять на среду обитания дикой природы, дикую природу и общее состояние атмосферы. Среди возможных негативных последствий, связанных с этим топливом, можно назвать эрозию, снижение продуктивности почв, увеличение стока, оползни и наводнения.

Если сравнивать природный газ со сжиганием угля, выбросы CO2 значительно ниже, но сжигание природного газа по-прежнему приводит к чистому увеличению выбросов CO2 и, следовательно, может способствовать изменению климата.

В зависимости от типа технологии сжигания и конструкции установки газовая установка может оказать значительное воздействие на водные ресурсы. Турбины сгорания не используют значительных количеств воды, но электростанции комбинированного цикла имеют участок для охлаждения пара который может требовать значительных количеств воды.

Подход компаний к энергии газа

Газовые электростанции как источники электрической энергии улучшают надежность нашего общего энергоснабжения. Когда погодные условия ограничивают возможности непостоянных источников энергии, таких как ветер, для выработки электроэнергии, газовые электростанции могут повысить свою производительность, чтобы восполнить дефицит. Это гарантирует, что всегда есть достаточно электричества, чтобы удовлетворить спрос.

Сжигание газа также выделяет парниковые газы. Технология улавливания и хранения углерода может представлять собой возможное решение, но пока еще не доказана работа в промышленных масштабах. Ожидается, что технология улавливания и хранения углерода также увеличит стоимости строительства газовой электростанции, а также снизит её эффективность.

Вполне вероятно, что в обозримом будущем газовые электростанции будут оставаться частью электроэнергетического комплекса мира, а в долгосрочной перспективе газ может играть заметную роль.

Газовые электростанции могут обеспечить гибкую, надежную электрическую мощность, но цены изменчивы и могут резко возрасти или упасть в ответ на международные события, не зависящие от страны.

Преимущества газовых электростанций

Одним из основных преимуществ использования газа для производства электроэнергии является то, что газовые электростанции имеют чрезвычайно быстрое время запуска, поэтому они часто используются для удовлетворения пиковых потребностей в электроэнергии. Газотурбинная электростанция занимает всего 10-20 минут для достижения максимальной мощности по сравнению с несколькими часами для угольных электростанций и до двух дней для ядерных станций.

Выводы

Энергия природного газа является невероятно универсальным топливом, а также используется как эффективный источник в своем собственном праве для отопления, приготовления пищи и горячей воды, это также средство для производства электроэнергии.

Газовые электростанции преобразуют тепловую энергию от сжигания природного газа в электроэнергию, которую можно использовать в жилых домах и на предприятиях.

При большей эксплуатационной гибкости и более чистом сжигании, чем угольные электростанции, все больше и больше газовых электростанций строятся по всему миру, и сегодня природный газ производит около 15% электроэнергии мира.

Как электричество зависит от газа

Генераторы на газу любого типа нужны для аварийного питания дач и домов. Также они могут обеспечивать постоянное энергообеспечение, если домостроение находится далеко от централизованных электросетей участков, там, где прокладка кабеля слишком дорогостоящая. Мощность таких устройств напрямую зависит количества предполагаемых потребителей и схемы использования станции. Например, аварийное питание обычно используется для ограниченного количества объектов потребления. А для основного стоит предусмотреть запас.

Газовые генераторы

Делая выбор в пользу газовых электрогенераторов, люди руководствуются экологичной составляющей — они в этом плане превосходят дизельные и бензиновые модели, у них:

  • более низкий уровень шума;
  • более высокий КП;
  • универсальность.

При этом, подключив такой генератор к газовой трубе, можно не беспокоиться о перезапусках и дозаправках. Так, как получить электричество из газа и какую модель выбрать?

Газовые генераторы для выработки электричества

Характеристики и преимущества моделей генераторов для дома

В первую очередь при выборе бытового электрогенератора, важно определиться с его режимом работы. Для полного автономного электроснабжение дома подойдут модели, которые конструктивно приспособлены эксплуатироваться в непрерывном режиме и имеют для этого жидкостное охлаждение ДВС. Если выбрать резервные модели, которые применяются в случаях краткосрочных отключений электроэнергии, то важно помнить — их лимит работы не превышает предел 10-20 часов. После этого они нуждаются в несколько часовом перерыве и требуют более частого сервисного обслуживания.

Работа газового генератора

Еще одно важное требование к модели газового генератора для дома — он должен иметь низкий уровень шума, так как обычно такое оборудование размещают в самом доме или рядом с жилым объектом. Традиционно такие агрегаты имеют кожухи, задача которых — поглощение звуков и рабочей вибрации. Не на последнем месте стоит и внешний вид оборудования, его габариты — генератор должен вписаться в интерьер домостроения, не нарушая его гармонию.

Идеальный вариант — выбор устройства, оснащенного автоматической системой запуска генератора. При необходимости она может переключить на него электросеть частного дома или подключиться к сети общего электропитания, когда генератор будет отключен.

q304897oidhglksjhetoi83y4087tyiu

Кроме этого газовый генератор в доме может работать на сжиженном пропан-бутане или метане — природном газе. К магистралям с природным газом подключают все устройства для основного энергоснабжения дома, а для резервных завозят сжиженный газ в баллонах. Современные модели универсальны по большей части — они могут работать на любом виде топлива (даже на бензине), что позволяет получать электроэнергию в любой критической ситуации.

Газовые электростанции. Автономный источник энергии в большом диапазоне мощности

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.

Газопоршневые электростанции

Рост цен на электроэнергию порождает новые предложения на рынке автономных источников энергообеспечения. 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.

Газопоршневые электростанции

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.

Газопоршневые электростанции

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.

Газопоршневые электростанции

  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.

Газопоршневые электростанции

  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.

Газопоршневые электростанции

  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.

Газопоршневые электростанции

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.

Газовые электростанции

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.

Газовые электростанции

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

Газовые электростанции. Автономный источник энергии в большом диапазоне мощности

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *