Газопоршневые электростанции ТД Фрегат

Поршневые электрические станции, работающие на газообразном топливе, принято обозначать аббревиатурой ГПЭС. Это компактное автономное оборудование, способное генерировать тепло либо электричество.

Технологический процесс работы станций, генерирующих и тепловую энергию, и электрическую, обозначают термином "когенерация". ГПЭС, оснащенные соответствующим оборудованием, могут производить хладагент, то есть охлажденную воду. Процесс получения холода известен как тригенерация.

Устройство газопоршневой электростанции

Ключевой элемент станции — газопоршневый двигатель внутреннего сгорания. На раме в дополнение к нему устанавливают электрическую машину, преобразующую механическую энергию в переменный электроток. Для обозначения такой газопоршневой установки применяется аббревиатура ГПУ. На одном валу к ней подсоединяют газопоршневый ДВС.

При комплектном исполнении ГПЭС оснащают вспомогательными системами, которые выполняют следующие задачи:

• подают топливо;
• удаляют дым;
• поставляют масло;
• вентилируют установку;
• обеспечивают связь;
• уведомляют о чрезвычайных событиях;
• утилизируют тепловую энергию;
• гасят возгорания;
• исполняют различные функции тепломеханики и электромеханики.

Принцип работы газопоршневой электростанции

Принцип функционирования данного оборудования аналогичен принципу работы ДВС. Топливо в виде газа с требуемыми характеристиками подается в двигатель. Генератор и газопоршневый двигатель размещены на одном валу. Механическая энергия образуется в результате того, что газ сжигается и трансформируется в энергию электричества.

Двигатель ГПУ спроектирован так, что в нем предусмотрена наружная система получения смеси из воздуха и газа. Ее задача состоит в том, чтобы смешивать в заданных пропорциях воздух и топливо в агрегатном состоянии газа. За это отвечает смесительное устройство для газа с трубками Вентури.

Полученная энергия электричества поступает на распределительную установку генераторного напряжения. Оттуда электричество расходится по всей энергетической системе объекта. Энергия уходит на следующую распределительную установку.

Режим работы ГПЭС

По отношению к внешней энергетической системе станция способна генерировать энергию в двух режимах: параллельном либо автономном. Выбор режима определяется спецификой работы индустриального объекта. Параллельный режим отличается повышенной надежностью: электричество подается на объект как из внешних сетей, так и от станции. При автономном функционировании подключаться к внешней сети не обязательно. Если же подключение есть, его разрешается временно отключить.

Внимание! При переходе на параллельный режим ГПЭС синхронизируется с эталонными значениями внешней сети. По данной причине возникает вероятность обратного перетока энергии. Во избежание этого риска необходим тщательный контроль. Все собственники внешних сетей выдвигают такое требование, подключая мини-ТЭС к своим ресурсам.

Топливо для газопоршневых электростанций

Газопоршневые двигатели способны работать на разных типах горючих газов. Важно, чтобы топливо было качественным. Как правило, в ход идет природное сырье, насыщенное углеводородами. Кроме того, станции совместимы со следующими видами горючего:

• биогаз;
• газ коксовальный;
• газ шахтный;
• топливо газовое свалочное;
• метан из угольных пластов;
• нефтяное газовое топливо (попутное либо очистное);
• пропан либо иной газ в жидком состоянии.

В качестве замены природному топливу допустимо рассмотреть альтернативы. Их состав и свойства требуется заранее внимательно изучить. Для станции разрешается использовать только те газы, которые совместимы с параметрами, зафиксированными в документации от производителя ГПЭС.

Система утилизации тепла газопоршневых установок

В процессе функционирования ГПЭС выделяет большие объемы тепла. Оно образуется из:

• масла, разогретого до высоких температур;
• охлаждающей рубашки ДВС;
• отработавших газов.

Теоретически, тепло можно сбросить в атмосферу, но это будет неоправданно нерациональное расходование ценной энергии. Чтобы не терять, а утилизировать данный ресурс, задействуют котловые агрегаты и аппараты для теплообмена. Сбереженная энергия направляется в промышленные теплосети.

Такой подход позволяет получать тепло с желаемыми характеристиками. Например, это может быть горячая вода. Для ее получения нужны котлы утилизации и теплообменники. Стандартным температурным графиком для этого процесса является 90/70°С. При необходимости нагреть воду еще больше понадобится установить пиковые котловые агрегаты.

Когда тепло утилизируется, образуется насыщенный пар. Для этого необходимы специальные паровые котлы. Пароперегреватели идут в ход для генерации перегретого пара.

Исполнение газопоршневых электростанций

Станции не предназначены для размещения под открытым небом. Их устанавливают на территории индустриальных объектов. Термином "исполнение" обозначают конкретный способ расположения и обустройства оборудования на предприятии.

Газопоршневые станции представлены двумя разновидностями:

1. Стационарные. Их устанавливают в капитальных постройках.
2. Блочно-модульные. И саму установку, и все системы к ней располагают внутри модульного контейнера. Это небольшое здание возводится быстро и по тому же принципу, что конструктор.

Второй вариант оптимален для участков, небольших по габаритам. Он востребован среди заказчиков, которые хотели бы максимально сэкономить и запустить станцию как можно скорее. Блочные модели идеальны для многократного монтажа-демонтажа и перемещений на новые места работы.

Преимущества блочно-модульных станций

Блочно-модульные конструкции пользуются стабильно высоким спросом по следующим причинам:

• их можно предельно быстро запустить в работу;
• модульный подход к проектированию существенно снижает затраты заказчиков;
• демонтаж с целью ремонта осуществляется просто и оперативно;
• модульную конструкцию можно легко перевести на новую локацию и быстро собрать там, причем для этого будет достаточно обычных средств передвижения;
• когда возникнет необходимость нарастить мощность, к станции можно будет за кратчайшее время присоединить новые модули.

Эффективность газопоршневых электростанций

Если станция работает на газе, производство энергии получается максимально дешевым. Это оптимальный подход для индустриальных объектов, зависящих от постоянного поступления энергии. Издержки на закупки и/или генерацию топлива могут быть равны половине себестоимости генерируемой тепло- и электроэнергии.

Конкретные показатели эффективности определяются особенностями газа, выбранного в качестве топлива. Рассчитывая рентабельность проекта, важно учесть четыре ключевых аспекта газа:

• степень детонации;
• концентрацию серы (в процентах);
• насыщенность метаном;
• удельную теплотворность.

Газопоршневые установки отличаются исключительной надежностью и простотой конструкции. Их КПД выше, чем у иных разновидностей электростанций: он способен достигать 45%, когда в качестве топлива для генерации энергии применяется природный газ.

Во время функционирования станции тригенерация либо когенерация достигаются за счет нагрева выхлопных газов на выходе до 400°С. На каждый 1 МВт электричества производится 1 МВт дополнительной тепловой энергии. КПД повышается на 100%.

Предприниматели, решившие установить собственные ГПЭС, вкладывают свои финансы с большой выгодой. Станции такого типа успешно применяются для подачи электроэнергии на следующие разновидности объектов:

• промышленные предприятия;
• газовые котельные;
• различные транспортные узлы;
• деревни и поселки;
• вахтовые городки.

Для беспрерывного функционирования станции важно точно рассчитать объемы сжигаемого газа и оптимизировать поставку данного топлива. Производитель обязан указать расход газа в документах для станции. В зависимости от режима эксплуатации ГПЭС, установка может работать либо постоянно, либо в заранее заданные интервалы.

Внимание! Для подсчета ориентировочных объемов потребления газа рекомендуется отталкиваться от уровня 3-4 млн куб.м в год, если оборудование будет функционировать без перерывов.

Плюсы и минусы ГПУ

Сильные и слабые стороны у ГПУ почти также же, как у ДВС. Это неудивительно, ведь двигатель ГПУ является частным случаем ДВС.

Газопоршневые установки представляют собой автономную альтернативу снабжения энергией из центральной сети. Все элементы станции систематически улучшаются и дорабатываются. Генерация электричества из центрального источника давно перестала быть наиболее выгодным вариантом — мини-ТЭС превосходит его в плане экономической эффективности.

ГПУ позволяет достичь следующих целей:

• преодолеть зависимость от центральных сетей (поступающая оттуда энергия не всегда отличается высоким качеством, а ее подача зачастую бывает нестабильной);
• гарантировать своевременный приток электричества на объект в желаемых объемах;
• повысить стабильность работы оборудования, зависящего от постоянного поступления энергии;
• решить проблему энергоснабжения предприятий, к которым слишком далеко тянуть электролинии, и объектов, которые по каким-либо иным причинам не могут быть подключены к электросетям города;
• снизить финансовые издержки (за счет того, что не потребуется подвод к коммуникациям, а также подключение к централизованным сетям тепло- и энергоснабжения);
• минимизировать ежемесячные расходы (если генерировать энергию самостоятельно, она обойдется дешевле, чем закупаемое у сетевиков электричество).

Оборудование способно работать в режимах когенерации и тригенерации, что является его значимым достоинством. В зависимости от комплектации, установку можно эксплуатировать так, что попутная теплоэнергия будет полезно утилизирована. Таким образом, предприятие будет получать энергию тепла с меньшими издержками, чем при закупках от сторонних поставщиков.

Аргумент против обустройства мини-ТЭС можно привести всего один: в проект потребуется вложить крупную сумму денег. Однако инвестиции окупятся уже в ближайшие несколько лет.

Реализация проектов газопоршневых электростанций

Реализацию проектов станций берут на себя специализированные инжиниринговые организации. Они предлагают заказчикам широкий спектр услуг "под ключ", начиная от разработки проекта объекта до его запуска и отладки.

При воплощении проекта в жизнь критично важно придерживаться определенной последовательности действий. Недопустимо пропускать отдельные шаги или менять местами фазы процесса. Любые отклонения от стандартизированных процедур чреваты сбоями в работе, падением эффективности, повышением рисков аварий и чрезвычайных ситуаций.

В идеале, заказчику следует полностью доверить реализацию проекта одному подрядчику. За счет этого стоимость работ снизится. Выбранной компании станет проще осуществлять надзор и контроль на всем протяжении работы над объектом.

Преимущества газопоршневых электростанций

Чтобы в полной мере оценить достоинства мини-ТЭС, необходимо провести комплексное строительство станции. Организации, которые специализируются на этой разновидности строительства, обычно создают для клиентов ГПЭС "под ключ". Оборудование поступает с заводов надежных производителей.

Станции, созданные на заказ командами опытных профессионалов, обладают следующими достоинствами:

• доступная стоимость;
• компактные габариты;
• опция контейнерного исполнения;
• невысокая себестоимость генерации электроэнергии;
• максимальный КПД в диапазоне 45-48%;
• генерация энергии в формате попутного тепла с минимальными издержками, почти бесплатно;
• обширный спектр мощностей;
• отсутствие необходимости в частых ТО;
• большие перерывы между капитальными ремонтами, без ущерба для качества и безопасности работы;
• разумные издержки на эксплуатацию и обслуживание;
• соответствие европейским критериям безопасности для человека и окружающей среды;
• быстрая окупаемость проекта.

Экономическая целесообразность ГПЭС

Прежде чем приступать к сооружению станции, необходимо предварительно рассчитать ее производительность и доходность. ГПЭС способствуют снижению расходов на снабжение объектов энергией. Чем ближе станция расположена к конечному потребителю энергии, тем ниже издержки. При наиболее рациональном планировании расходы удается снизить до уровня себестоимости сгенерированного электричества.

Стоимость газопоршневых электростанций

Производить электричество для собственного потребления обычно выгоднее, чем закупать у сетевых поставщиков. На обустройство и запуск одной станции уходит в среднем 12 месяцев. Горизонт окупаемости может варьироваться в соответствии с тарифами, но это максимум 3 года. Если же подключать ресурсоемкое предприятие к внешней сети электроснабжения, процесс может растянуться на 5 лет или более. Вероятно, понадобится создание особой электролинии и сооружение подстанции.

Когда новые клиенты обращаются к поставщикам электрической энергии, чтобы подключить предприятие к сети, обработка заявок производится небыстро. Чем крупнее клиент, тем выше шансы, что поставщик попросит его компенсировать свои расходы. Сооружение собственной ГПЭС позволяет упростить, ускорить и удешевить процесс получения доступа к энергии.

Предпринимателей неизменно интересует предстоящий объем расходов. Ориентировочную стоимость проекта можно рассчитать перед началом его реализации с большой точностью.

При сооружении ГПЭС "под ключ" следует ориентироваться на расходы в районе €600-650 за 1 кВт мощности. Это весьма привлекательные расценки. Выгода от исправно функционирующей станции значительно превосходит издержки на монтаж и запуск проекта.

Влияние газопоршневых электростанций на окружающую среду

Работа станции не безвредна для экологии. В результате сжигания природного газа оборудование выбрасывает в атмосферу оксиды азота (NOx). Благодаря установке генератора MWM можно снизить уровень загрязнений до 500 мг/Нм3. При расчете уровня рассеивания важно учитывать реальные условия на данный конкретный момент. Необходимо закладывать в расчеты срез дымовой трубы ГПЭС. Этот срез должен находиться на 30 см выше, чем подпор здания, стоящего возле него.

ДВС ГПУ во время работы издает шум. Добавочную шумовую нагрузку создают устройства для вентиляции.

В случае с блочной станцией, ДВС размещается в особом контейнере. Его способность поглощать исходящие звуки находится на уровне 31-32 дБа, что является достойным показателем. Данный аспект становится приоритетным, если возле ГЭС располагаются иные постройки. В зависимости от ситуации, имеет смысл задействовать прочие методы и инструменты шумозащиты, а также снижения других видов воздействия станции на окружающую среду.

Внимание! Громкость шумов и давление звука определяются по стандартам ГОСТ 31295.2.

Стадии строительства газопоршневых электростанций

Подрядчики, занимающие строительством таких станций "под ключ", обычно придерживаются следующей схемы работы:

1. Разрабатывают проект. Команда подрядчика продумывает основные решения объекта, согласует свое видение объекта с заказчиком и визуализирует для него объект.
2. Клиент согласует спецификацию. Для ГПЭС поставляется генератор.
3. Команда сосредотачивается непосредственно на производстве. Специалисты увязывают генератор и иные необходимые системы. Создают ограждения, опоры и технические узлы, не входящие в основной проект.
4. Станцию возводят и подготавливают к эксплуатации. Закладывают фундамент, строят здание, устанавливают и собирают оборудование (блочное либо стационарное). Прокладывают коммуникации, монтируют ограждения, обустраивают пути подъезда, облагораживают окружающий станцию участок.
5. На финальном этапе производят пусконаладку. Работу оборудования проверяют с нагрузкой и без.

Организации, которые занимаются строительством ГПЭС, обычно предлагают клиентам дополнительные удаленные услуги. Их опытные команды готовы мониторить станции и выступать в роли диспетчеров. Это дает возможность наблюдать за оборудованием в реальном времени. Такой подход гарантирует максимальную надежность. Если в работе ГПЭС произойдут сбои, диспетчеры отреагируют на них незамедлительно.

Обслуживать станции должны только специалисты, прошедшие профильную подготовку. Собственники ГПЭС поручают их ТО персоналу специализированных организаций. С официальным дилером производителя генератора можно подписать контракт о поставке запчастей по выгодным ценам и в ускоренные сроки.