Газопоршневая когенерационная установка: цена и параметры

Последние пару десятилетий ситуация в сфере топливной энергетики нестабильна. Связано это с частными перебоями поставок топлива и снабжения энергией пользователей. Из-за данных проблем отрасль малой энергетики становится все более востребованной. Благоволит этому и процесс когенерации, который предполагает выработку электрической и тепловой энергии. Для того чтобы данный процесс был эффективным и безопасным используются газопоршневые когенерационные установки.

Суть и виды ГПУ

Газопоршневая установка – агрегат со сложной конструкцией, без которого невозможна работа малой ТЭЦ. За счет действия двигателя внутреннего сгорания, оборудование генерирует электрическую и тепловую энергию.

Оно бывает 3 видов:

  • газопоршневые;
  • паровые;
  • дизельные.

Экономически выгодными и наиболее безопасными считаются установки, работающие на базе газопоршневого двигателя.

Устройство оборудования

Газопоршневая когенерационная установка состоит из нескольких основных блоков:

  • 1 блок включает в себя газовый двигатель или поршень, работающий с источником энергии;
  • 2 блок – это электрогенератор, благодаря которому осуществляется генерация энергии двигателя в электрическую;
  • 3 блок предполагает систему утилизации тепла, принцип которой заключается в применении энергии горячих узлов;
  • 4 блок – система контроля и управления установкой, состоящая из рычагов и датчиков.

Благодаря автоматизации работы всех узлов ГПУ, можно добиться максимального уровня КПД, равного 90%.

На чем основана работа установки?

Газопоршневый генератор работает на газообразном топливе различных видов: можно использоваться биогаз или более сложное по структуре топливо. Принцип работы двигателя осуществляется в процессе генерации газа в электрическую и тепловую энергию. Они вырабатываются одновременно. Это является одним из главных преимуществ газопоршневых установок. Подобный принцип увеличивает эффективность выработки энергии мини ТЭЦ и снижает расходы на топливо. При этом на газопоршневые установки цена остается достаточно стабильной и доступной.

Систему работы генератора можно разделить на 7 этапов:

  • Подача газообразного топлива в систему.
  • Подача воздуха в турбонагнетатель.
  • Охлаждение воздушной массы и перегонка в топливную систему.
  • Смешение газа и воздуха для образования воздушно-топливной массы.
  • Сжигание топлива и выработка электрической энергии за счет вращения генератора с помощью двигателя.
  • Сбор полученной энергии, состоящей из горячего выхлопного газа.
  • Использование энергии: электрическая направляется по прямому назначению, а тепловая применяется в системах отопления, водоснабжения.

Газопоршневая установка вырабатывает больший объем тепла, нежели электроэнергии. Так, энергия, которую классические ТЭЦ выбрасывают в атмосферу, сохраняется и утилизируется в тепло, необходимое для различных нужд потребителей. Количество потерянной энергии в ГПУ сокращается с 40% до 5%.

Преимущества газопоршневых когенерационных установок

Эксплуатация ГПУ связана с их высокими техническими характеристиками. К основным достоинствам оборудования относят:

  • Высокий уровень эффективности и производительности.
  • Окупаемые затраты на покупку установки и топливо.
  • Надежные топливные камеры, которые отличаются устойчивостью (перед различным качеством топлива) и достаточными объемами.
  • Автоматизированная система работы и управления.
  • Возможность объединения нескольких установок для получения большей производительности.
  • Долговечность и износостойкость узлов.
  • Возможность восстановления и ремонта механизмов.
  • Большой модельный ряд с различными уровнями мощности.
  • Возможность производства и монтажа установок в зависимости от экономических, природных и производственных потребностей.

Применение ГПУ с технологией когенерации является экономически целесообразным. Сравнивая газопоршневые генераторы с турбинными и дизельными агрегатами, следует отметить такие нюансы:

  • Высокий уровень КПД электроэнергии.
  • Устойчивость перед различными условиями работы. КПД ГПУ не зависит от изменений температуры или давления.
  • Запуск поршневого двигателя можно производить множество раз. При этом старт в работе системы происходит в течение 1-2 минут.
  • Продолжительный срок службы – до 80 000 моточасов.
  • Минимум затрат на техническое обслуживание и проведение ремонтных работ.
  • Сокращение затрат на топливо.
  • Экологическая безопасность. Газопоршневые установки выделяют в 2 раза меньше углекислого газа и прочих вредных соединений в атмосферу.

Область применения ГПУ

Когенерационные газопоршневые установки используются для поставки тепловой и электрической энергии на различные объекты. Они незаменимы:

  • Для дополнения мощности основным источникам энергии.
  • Для обеспечения энергией домов и производственных объектов средней мощности. Так, при использовании нескольких установок в единой сети можно добиться большой эффективности КПД и обеспечить крупную сеть промышленных предприятий.
  • При осуществлении строительства, ремонта зданий, работе на шахтах.
  • В качестве резервного источника генерации энергии в сферах здравоохранения, образования, коммуникации, связи и транспорта.
  • Для поставки тепловой и электрической энергии на удаленные промышленные и жилые объекты.
  • ГПУ позволяют наладить систему бесперебойной подачи энергии на участках, где часто происходят сбои в работе основного источника.

В течение 15 лет компания «Макс Моторс» занимается продажей генераторов от марки INNIO Jenbacher, а также предлагает услуги по проектированию, строительству, монтажу, обслуживанию и ремонту ГПУ. В нашем распоряжении достаточно производственных мощностей и большой ассортимент оборудования для выполнения поставленных задач.

На газопоршневые установки стоимость остается вполне доступной, как и на прочее оборудование и комплектующие.

Источник



Возможности и преимущества газопоршневых установок в когенерационных автономных электростанциях

Одной из эффективных технологий, основанных на использовании газа для производства электрической энергии, являются газопоршневые электростанции на базе двигателей внутреннего сгорания (ГПЭС). В исследовании, проведенном научной группой кафедры ТЭС МЭИ, проводится полный анализ некоторых газопоршневых генераторных установок.

Одной из эффективных технологий, основанных на использовании газа для производства электрической энергии, являются электростанции на базе газопоршневых двигателей внутреннего сгорания (ГПЭС). Такие газовые электростанции имеют высокий КПД производства электроэнергии, достаточно низкий уровень выбросов вредных веществ, являются надежными в эксплуатации и способны длительное время работать при частичных нагрузках без ущерба для своего ресурса и практически без снижения КПД.

Табл.1. Сравнение технико-эксплуатационных показателей
газопоршневых генераторных установок Waukesha, Caterpillar, Jenbacher, Cummins.

Примечание: Э — электрический стартер; П — пневматический стартер.

В настоящее время электростанции на базе газопоршневых двигателей мощностью от 1 до 4 МВт являются наиболее востребованным источником постоянного энергоснабжения жилищно-коммунального сектора, промышленных предприятий, угледобывающих и нефтегазовых промыслов. У газопоршневых электростанций есть ряд преимуществ перед дизельными и газотурбинными установками.

Газопоршневые двигатели в диапазоне мощности до 4 МВт имеют более высокий КПД по сравнению с газовыми турбинами и приспособлены для работы на частичных нагрузках. Кроме того, они менее подвержены влиянию высокой температуры окружающего воздуха.

Использование для газопоршневых установок (ГПУ) различного газообразного топлива (природного, нефтяного или шахтного газа) влияет как на конструктивные характеристики, так и на основные параметры, в том числе на степень сжатия, среднее эффективное давление и, как следствие, на агрегатную мощность. Целью данных исследований являлся сравнительный анализ характеристик разных типов газопоршневых установок и разработка рекомендаций по выбору энергоустановки, наиболее оптимально подходящей для каждого потребителя.

Табл. 2.

Производитель

Диапазон мощности, МВт

FG Wilson (Engineering) Ltd.

Ford Power Products

GE Energy Jenbacher gas engines

General Motors Corporation

Iveco Motors S.p.a.

Lister Petter Ltd.

MAN B&W Diesel A/S

MAN Nutzfahrzeuge AG

Mitsubishi Heavy Industries Ltd.

MTU Onsite Energy

Niigata Power Systems Co. Ltd.

Perkins Engines Company Ltd.

Rolls_Royce Power Engineering Plc

Wartsila Finland Oy

Waukesha Engine Dresser Inc

Наиболее крупными фирмами, выпускающими ГПУ средней мощности в диапазоне 1-4 МВт на базе газопоршневых двигателей (ГПД) собственного производства, включая ГПД, выпускаемые на основе лицензий, являются: Caterpillar (США), Cummins (США), Deutz – MWM (Германия), GE Jenbacher AG (Австрия), MTU Friedrichshafen (Германия), Mitsubishi (Япония), Rolls-Royce (Великобритания), Pielstick S.E.M.T. (Франция) и Waukesha Engine Division (США) (табл. 1). Остальные компании выпускают ГПУ в диапазонах малой мощности (менее 1 МВт) и большой мощности (более 4 МВт) или комплектуют газопоршневые установки ГПД от других производителей.

На российском рынке энергетики в сегменте от 1 до 4 МВт в основном представлены следующие фирмы-производители: Caterpillar, Cummins, GE Jenbacher AG и Waukesha Engine Dresser. Основные технические и конструктивные характеристики ГПУ этих производителей приведены в табл.2.

ГПУ других производителей в данной работе не рассматривались по причине их недостаточно широкого распространения в России.

В зависимости от вида топлива газопоршневых электростанций (ГПЭС), графиков и характера электрических нагрузок потребителей электроэнергии в работе рассматриваются четыре основные категории:

1 категория — ГПЭС на традиционном «легком» природном газе (Qнр=31,8 МДж/м 3 , r=0,7 кг/нм 3 ), обеспечивающие электроэнергией потребителей коммунально-бытового сектора;

2 категория — ГПЭС на традиционном «легком» природном газе (Qнр=31,8 МДж/м 3 , r=0,7 кг/нм 3 ), обеспечивающие электроэнергией потребителей городского промышленного сектора;

3 категория — ГПЭС на особом «тяжелом» нефтяном попутном газе (НПГ, Qнр=59,25 МДж/м 3 , r=1,22 кг/нм 3 ), обеспечивающие электроэнергией потребителей нефтяных компаний;

Рис. 1. Основные критерии сравнения ГПУ

Критерии сравнения ГПУ

4 категория — ГПЭС на особом «тяжелом» шахтном газе (Qнр=16,41 МДж/м 3 , r=1,11 кг/нм 3 ), обеспечивающие электроэнергией потребителей угледобывающих компаний.

При выполнении расчетов учитывались плановые остановы оборудования на регламентные работы, которые были отнесены на период минимальных электрических нагрузок ГПЭС. В итоге условно было принято число часов работы на номинальной мощности для категории 1 — 7500 ч/год, для категории 2 — 8000 ч/год, для категорий 3, 4 — 7000 ч/год.

На рис.1 представлены основные критерии, характеризующие наиболее важные технические, эксплуатационные и экономические показатели ГПЭС, на основе которых выполнялось сравнение ГПУ в пределах каждой категории.

Технические и конструктивные характеристики газопоршневых установок

  • Электрический КПД на клеммах генератора (КПДэл), % — максимальное значение которого характеризует технические и термодинамические преимущества конструкции двигателя ГПУ;
  • Метановое число (метановый индекс), б/р — минимальное значение которого показывает возможность работы ГПУ без снижения электрической мощности на различных видах газа;
  • Экологические показатели по NOx, мг/нм 3 (при 5% О2) — минимальное значение эмиссии оксидов азота. Определяет снижение экологической нагрузки ГПЭС на окружающую природную среду;
  • Удельная масса ГПУ (отношение сухой массы/Nэл), кг/кВт — характеризует техническое совершенство энергоустановок, исходя из их массо-габаритных показателей (критерий применим только в пределах группы ГПУ с одинаковым количеством оборотов);
  • Ресурсные показатели (продолжительность эксплуатации ГПУ до капитального ремонта и полный назначенный ресурс), часы — максимальная продолжительность этих периодов определяет техническое совершенство конструкции ГПУ, а также минимизирует эксплуатационные издержки в процессе работы ГПЭС (критерий применим только в пределах группы ГПУ с одинаковым количеством оборотов).
Кроме этого:  Отсутствие простоев главная задача

Эксплуатационные показатели

    • Диапазон регулирования мощности (отношение минимальной электрической мощности, при которой двигатель ГПУ устойчиво работает в течение продолжительного периода времени, к номинальной мощности энергоустановки), % — минимальное значение характеризует возможность устойчивой работы ГПУ в области графиков электрических нагрузок с ярко выраженными максимумами и минимумами энергопотребления;
    • Скорость нагружения и разгружения (отношение разрешенной производителем величины шага набора/сброса электрической мощности к номинальной мощности ГПУ), % — максимальное значение характеризует возможность устойчивой работы ГПУ в области резкопеременных графиков электрических нагрузок (промышленные предприятия, нефтедобыча и угледобыча — пуски приводных электродвигателей насосов, вентиляторов, дробилок, конвейеров, подъемников и других механизмов с мощными асинхронными электродвигателями);

    Рис. 2. Результаты ранжирования ГПУ
    по техническим критериям для категорий 1, 2

    • Средневзвешенная стоимость технического обслуживания (ТО), включая затраты на расходные материалы и ЗИП (за период до 1–го капитального ремонта), руб./кВт*ч — минимальное значение отвечает минимуму эксплуатационных издержек на сервисное обслуживание за указанный период. В эту стоимость входят затраты на смазочное масло, составляющие до 1/3 суммарных затрат на ТО и определяемые исходя из удельного суммарного годового расхода масла (на угар и плановую замену) на 1 кВт*ч электроэнергии, выработанной за этот период, л/кВт*ч. Минимальное значение данного критерия характеризует не только преимущества конструкции двигателя ГПУ, но также минимизирует эксплуатационные издержки на дорогое синтетическое смазочное масло в процессе работы ГПЭС.

    Экономические критерии

    • Внутренняя норма рентабельности проекта (основной критерий ранжирования) — должна быть не меньше принятой ставки дисконтирования. Чем выше, тем больше доходность проекта;
    • Чистый дисконтируемый доход — должен быть больше 0, максимальное значение соответствует суммарному максимальному доходу за весь расчетный период;
    • Индекс прибыльности демонстрирует относительную величину доходности проекта, определяет сумму прибыли на единицу инвестированных средств. Обязательное условие реализации проекта — индекс прибыльности должен быть больше 1.

    В целях определения наиболее оптимального варианта ГПУ, базируясь на вышеуказанных критериях, была проведена подробная оценка технико–экономических характеристик агрегатов, которые отвечают условиям работы ГПЭС при обеспечении электрической нагрузки рассматриваемых категорий потребителей.

    Для сравнения вариантов используется общепринятый критериальный метод, состоящий из двух этапов. На первом этапе для вышеуказанных критериев определяются весовые коэффициенты значимости каждого из рассматриваемых параметров (характеристик) ГПА и составляется матрица характеристик.

    Рис. 3. Результаты ранжирования ГПУ
    по техническим критериям для категории 3

    На втором этапе после определения весовых коэффициентов для каждого исследуемого показателя определяется значение критериев применительно к типу исследуемой ГПУ, на основании которого и будет проводиться ранжирование агрегатов. Максимальный суммарный балл (K) соответствует наиболее эффективному типу ГПУ.

    Результаты сравнительного анализа свидетельствуют об эффективности использования газопоршневых установок, работающих как на природном газе, так и на попутном нефтяном и шахтном газе, при энергообеспечении потребителей рассматриваемых категорий.

    Установлено, что в ГПЭС на природном газе (потребители 1–й и 2–й категорий, рис. 2) целесообразно использование высокооборотных ГПД, из которых можно выделить следующие: Waukesha серии APG, Cummins серий 1750 и 1160, Jenbacher серий 620 и 320. Данные ГПУ при сравнительно невысокой удельной стоимости имеют довольно высокий электрический КПД и обеспечивают быстрое нагружение/разгружение.

    В рассматриваемых категориях к высокооборотным ГПУ вплотную приближаются и среднеоборотные энергоустановки Waukesha серий ATGL и VHP (рис. 2), что обусловлено возможностью быстрого набора и сброса мощности этими энергоустановками.

    Рис. 4. Результаты ранжирования ГПУ
    по техническим критериям для категории 4

    При проведении исследований для ГПЭС, обеспечивающих нагрузку потребителей 3–ей категории, был принят НПГ с усредненным значением метанового индекса — 44,6. Как видно из данных табл. 2, для значительной части ГПУ этот индекс превышает заданное значение (>50). Следовательно, такие агрегаты не смогут работать на НПГ при номинальной мощности без дополнительных мероприятий и они были исключены из рассмотрения в этой категории.

    Для энергообъектов, работающих на попутном нефтяном газе, целесообразно использование среднеоборотных ГПД с частотой вращения вала 1000 об/мин, обеспечивающих устойчивую работу на НПГ. Надежная работа ГПУ данного типа обеспечивается как за счет большего объема камеры сгорания, так и за счет низкого среднеэффективного давления, при которых двигатель работает в менее напряженном режиме.

    Преимуществом данных ГПУ также являются низкие эксплуатационные затраты. Это связано с расширенными интервалами технического обслуживания и высоким назначенным ресурсом энергоустановок.

    Из исследованных вариантов ГПУ наиболее полно данным преимуществам отвечают установки фирмы Waukesha серий ATGL и VHP и фирмы Cummins серии 1160 (рис. 3).

    При использовании НПГ и шахтного газа в качестве топлива ГПЭС улучшается такой немаловажный аспект работы станции, как экологичность. До недавнего времени значительная часть попутного нефтяного газа сжигалась в факелах. Его использование в качестве топлива позволяет компаниям существенно сократить «экологические» штрафы, а также получить дополнительный доход от продажи квот в соответствии с условиями Киотского протокола.

    Рис. 5. Результаты ранжирования
    по экономическим критериям для категорий 1, 2

    Проведенные исследования показали, что при работе на шахтном газе, также как и на НПГ, по совокупности факторов лучшие показатели имеют среднеоборотные ГПУ с частотой вращения 1000 об/мин (рис. 4). Несмотря на то что они уступают другим типам ГПУ по показателям тепловой экономичности, этот критерий для данной группы потребителей оказывается не настолько весомым, поскольку НПГ и шахтный газ являются побочным, «условно» бесплатным топливом. Здесь гораздо большую значимость приобретают такие критерии, как полный ресурс (у VHP9500GSI до 400000 часов) и увеличенные интервалы технического обслуживания, что в конечном итоге и повлияло на ранжирование агрегатов.

    Из всех рассматриваемых энергоустановок с частотой вращения 1000 об/мин в 4–й категории при работе на шахтном газе лучшими показателями обладают ГПУ типа Waukesha серий ATGL и VHP. Хорошие показатели также имеют и ГПУ фирмы Cummins серий 1750 и 1160, что обусловлено их возможностью работать при переменных нагрузках (быстрое прохождение сброса/наброса нагрузки) и относительно невысокой стоимостью.

    Для окончательного вывода и формирования заключения в работе проведен также и финансово-экономический анализ.

    Рис. 6. Результаты ранжирования
    по экономическим критериям для категории 3

    Расчеты выполнены в прогнозных ценах по «Сценарным условиям развития электроэнергетики Российской Федерации на 2009–2020 годы» в среде Project Expert 7.19. Горизонт расчета принимался равным максимальному сроку службы ГПУ (400000 ч), для агрегатов с меньшим сроком службы были учтены затраты на реновацию оборудования.

    Оценка суммарных капиталовложений в варианты ГПЭС выполнена на основе данных, представленных производителями оборудования, а также на основе экспертных оценок и проектов-аналогов.

    Поскольку рассматриваемые варианты не выровнены по количеству отпускаемой продукции, то сравнение по чистому дисконтируемому доходу (NPV) не является корректным.

    В качестве основного критерия ранжирования была принята внутренняя норма рентабельности (IRR), которая не должна быть ниже принятой ставки дисконтирования (13 %). Результаты ранжирования по финансово-экономическим критериям представлены на рис. 5–7.

    Рис. 7. Результаты ранжирования
    по экономическим критериям для категорий 1, 2

    Для категорий 1 и 2 учитывалась стоимость топлива, поэтому значительное влияние имеет техническое совершенство ГПУ, а именно — КПД. Независимо от числа оборотов мощные энергоустановки с высокими значениями КПД стали лидерами (Waukesha APG3000, Jenbacher J620GS и Caterpillar G3616LE DM5009). При этом ГПУ более низкой мощности обладают худшими показателями по сравнению с ГПУ большей мощности.

    Стоимость НПГ и шахтного газа принята равной «нулю» руб./нм 3 , что снизило эксплуатационные издержки — отсутствуют затраты, связанные с покупкой топлива и влиянием тепловой экономичности агрегатов. Наилучшими показателями в категории 3 обладают мощные высоко- и среднеоборотные ГПУ типа Waukesha и Cummins серии 1750; в категории 4 — также наиболее мощные ГПУ Waukesha и Jenbacher J620GS.

    Выводы:

    Исходя из результатов выполненного сравнительного анализа для всех 4-х рассматриваемых категорий потребителей, независимо от вида используемого топлива, наиболее предпочтительным вариантом основного оборудования ГПЭС являются среднеоборотные ГПУ компании Waukesha серий ATGL и VHP.

    Основными преимуществами среднеоборотных установок являются:

    • Возможность работы ГПУ с частотой вращения 1000 об/мин на всех видах топлива (природный газ, НПГ и шахтный метан).
    • Надежная работа ГПУ за счет большего объема камеры сгорания.
    • При низком среднеэффективном давлении работа ГПД происходит в менее напряженном режиме.
    • Низкие эксплуатационные затраты за счет расширенных интервалов обслуживания (замена масла через 3000-4000 часов).
    • Высокий ресурс энергоустановок — 72000 часов до первого капитального ремонта, назначенный ресурс — до 360000 — 400000 часов.

    С момента проведения данного исследования прошло несколько лет и на сегодняшний день лучшими газопоршневыми установками, по техническим параметрам, надежности и соотношению цена/качество, считаются немецкие MWM, входящие в концерн Caterpillar.

    Исследование проводили:

    В. Д. Буров, А. А. Дудолин, В. В. Макаревич, Е. В. Макаревич

    Источник

    Газопоршневая установка: описание, принцип работы и особенности установки

    Принцип когенерации выработки позволяет обеспечивать потребителей несколькими видами энергии при минимальных затратах. На таких платформах работают станции, снабжающие предприятия теплом, холодом, паром и электричеством. Объемы выработки и способы распространения энергии зависят от конструкции и местного инженерного обеспечения. Типовой реализацией данной концепции является газопоршневая установка (ГПУ), в состав которой входит двигатель внутреннего сгорания. Несмотря на традиционный способ конструкционного исполнения, такие агрегаты являются эффективными, функциональными и долговечными. Впрочем, они не избавлены и от недостатков.

    газопоршневая установка

    Устройство ГПУ

    Конструкция базируется на массивном ДВС, в котором предусмотрена камера сгорания и вспомогательная инфраструктура для осуществления процессов смесеобразования и зажигания. Остальная техническая часть определяется тем, какие конкретно типы энергии нужно получить в ходе прохождения циклов сгорания. Например, распространено подключение вала, благодаря механической работе которого генерируется электрическая энергия. Механическое действие вал совершает за счет ДВС. Непосредственно тепловая энергия, которая вырабатывается уже в первом цикле, может распространяться или аккумулироваться в бойлерах с контурами. Это же касается и пара, который будет передавать потребителям тригенерационная газопоршневая установка. Устройство современных ГПУ не обходится без систем обеспечения безопасности, в числе которых датчики температуры, регуляторы детонации, панели контроля и управления. В то же время не всегда такие генераторы выступают в качестве самостоятельных объектов выработки энергии. Нередко их уже на этапе строительства интегрируют в инженерную инфраструктуру крупных предприятий. В этом случае они выступают лишь компонентом газовых компрессоров, приводов насосов или холодильных установок. Разумеется, речь идет об индустриальном оборудовании, требующем подключения больших потоков энергии.

    Общий принцип работы

    Независимо от алгоритма генерации, преобразования и дальнейшего распространения энергии, на базовом уровне ГПУ вырабатывают энергетический потенциал в процессе сжигания газового топлива. По расчетам специалистов, тепловая энергия на таких станциях позволяет генерировать электроэнергию с КПД порядка 40 %. Иными словами, большая часть генерируемого тепла уходит в окружающую среду, а почти половина – аккумулируется и направляется потребителями. И в этом контексте можно вспомнить о концепции, встроенной в инженерную структуру предприятия станции, – данная схема позволит эффективнее расходовать и уходящую «местную» тепловую энергию на обогрев помещений и т. д. Кроме того, активно распространяются многофункциональные газопоршневые установки, принцип работы которых ориентирован на сегментированную выработку энергии разного типа в отдельных блоках. Это когенерационные и тригенерационные станции, которые позволяют использовать первичную вырабатываемую энергию с КПД порядка 90 %. Их стоит рассмотреть отдельно.

    Принцип когенерации

    газопоршневые установки монтаж

    Для начала стоит подчеркнуть, что выработка электроэнергии на многих установках производится «по умолчанию». Это наиболее распространенный вид целевого продукта станций ГПУ. Но, кроме него, тепловая энергия может преобразовываться в средство нагрева воды и пар. Охлаждение ДВС реализуется по закрытому контуру, в котором циркулирует холодная вода. Она отбирает тепловую энергию у двигателя, после чего отправляется в теплообменник. На завершающем цикле теплоноситель поступает в котел, утилизирующий тепло. Данная инфраструктура позволяет использовать газопоршневые когенерационные установки в комплекте с быстровозводимыми модульными зданиями или в готовых контейнерах. Они располагаются в самих предприятиях или вблизи. Когенерационный принцип работы обеспечивает снабжение потребителей электроэнергией, горячей водой или паром.

    Принцип тригенерации

    Тригенерация подразумевает расширение функциональности обычных ГПУ за счет добавления задачи выработки холода. Данная функция тоже довольно широко востребована среди предприятий из разных отраслей. Технически тригенерация достигается в процессе той же процедуры утилизации тепла, но в больших объемах. Для непосредственной аккумуляции холодных потоков и их распределения используются абсорбционные или компрессорные кондиционеры. Причем охладительные чиллеры на основе абсорбции используют уже выработанную горячую воду или пар от ГПУ. Газопоршневая установка с компрессорным кондиционированием, в свою очередь, работает за счет готовой электроэнергии. То есть в любом случае охлаждающие установки требуют для своей функции вторичный продукт переработки.

    газопоршневые когенерационные установки

    Топливный материал

    Существенной особенностью ГПУ, которая отличает ее от других энергетических станций, является работа за счет сгорания газа. Специфика применения данного топлива обусловлена и повышенными требованиями к безопасности установки, и жесткими экологическими нормативами. Чаще всего для питания таких объектов используют природный газ, бутан, пропан, пиролизный, древесный и коксовый газы. В некоторых случаях ради удешевления процессов генерации ДВС заправляют попутным газом нефтяной переработки, а также газами сточных вод и мусорных свалок. Качественные характеристики топлива определяются по параметрам серосодержания, степени детонации, коэффициента содержания метана, теплоты сгорания и т. д.

    Особенности монтажа установки

    Станции в разобранном виде доставляются на место установки с помощью спецтехники. К этому моменту на рабочей площадке должен быть подготовлен фундамент, соответствующий размерам и массе ГПУ. На следующей стадии производится агрегатная сборка – компонуются в единую структуру элементы ДВС, кулеры, воздухозаборники, резервуары, бойлеры и прочие части рабочей инфраструктуры. Затем выполняется обвязка с местными инженерными коммуникациями, то есть сетями, с которыми будет взаимодействовать станция в процессе эксплуатации. По этим каналам будет осуществляться распространение тепла, горячей воды, электричества, пара и т. д. В отдельном порядке организуется система, через которую управляется газопоршневая установка. Монтаж в этой части заключается в организации внутриплощадочных электросетей снабжения, установке пунктов диспетчеризации и автоматизации, устройстве молниезащиты и заземления. Наиболее ответственны работы с модульными конструкциями, которые могут интегрироваться в состав предприятия как строительного сооружения. В данном случае изначально разрабатывается проект установки станции, ее подключения к коммуникациям и системы энергообеспечения.

    стоимость газопоршневой установки

    Техническое обслуживание станций

    Сразу после монтажных работ производится первое тестирование с наладкой оборудования. В перечень пусконаладочных мероприятий входит проверка функциональных компонентов, сетей, контуров, измерительных приборов и датчиков. В дальнейшем подобные операции могут выполняться после реконструкции или модернизации станции. Что касается ремонтных мероприятий, то газопоршневая установка может подвергаться плановой и капитальной ревизии, по результатам которой главный инженер разработает проект технической поддержки. В регулярном порядке обслуживающий персонал должен своевременно менять расходные части компонентов станции, обновлять рабочие жидкости и отслеживать температурные параметры.

    Установки Caterpillar

    Фирма Caterpillar является одним из крупнейших производителей инженерно-промышленного оборудования в мире. Сегмент газопоршневых агрегатов представлен моделями, мощность которых варьируется в диапазоне от 20 до 10 000 кВт. Наибольший спрос отмечается в спектре от 360 до 2 000 кВт. Что касается конструкционного исполнения, то компания предлагает и готовые к эксплуатации контейнерные блоки, и модульно-разборные крупные станции, размеры которых могут достигать 1400х340х340 см. Пользователи установок данной марки отмечают их высокий рабочий ресурс, производительность (в среднем КПД 90%) и долговечность. Типовая газопоршневая установка Caterpillar электрической мощностью в 1 000 кВт способна работать без потребности в капитальном ремонте порядка 50 000 моточасов. К этому же стоит добавить расширенные возможности инженерно-коммуникационного подключения и малошумность.

    газопоршневая установка устройство

    Установки MWM

    Менее известная марка, выпускающая газопоршневые станции, но и она находит своих клиентов в самых разных областях. Прежде всего модели MWM выигрывают за счет прогрессивной системы управления. Особенность ее заключается в том, что контролю и мониторингу подвергаются не только все компоненты станции от двигателя до смежных бойлеров и воздухозаборников, но и взаимодействующие элементы комплекса. Это позволяет держать под контролем каналы передачи электричества, воды и пара. Отличается газопоршневая установка MWM и способностью работать на специализированных газах. Для заправки, кроме привычных газов, доступен биогаз, шахтные и пиролизные смеси. Специально для российских условий эксплуатации компания также предлагает модернизированные установки, в которых предусмотрена возможность подогрева воздуха, отправляющегося в камеру горения. В зимний период это решение позволяет экономить на топливе в среднем 10%.

    Установки GE Jenbacher

    Производитель Jenbacher специализируется на среднем сегменте ГПУ, которые работают на тяжелом топливе. Средний мощностный потенциал такого оборудования составляет 300-4 000 кВт. Среди технологических особенностей таких станций отмечают уникальную систему сжигания топлива LEANOX. Благодаря ней газовые двигатели получили возможность нивелировать содержание метана, исключая при этом падение мощности. Заботятся инженеры фирмы и о системе управления, что позволяет им выпускать функциональные и эргономичные газопоршневые установки. Цена таких моделей составляет в среднем 1-1,5 млн руб. Но это касается небольших по мощности агрегатов, которые подходят для использования на мелких предприятиях.

    газопоршневые установки принцип работы

    Плюсы и минусы ГПУ

    Преимущества газопоршневого оборудования очевидны – они заключаются в дешевизне топлива и в скромных финансовых затратах на обслуживание станций. Также в работе они достаточно просты, малошумны и стабильны. Однако даже при условии магистрального снабжения газопоршневые генераторные установки остаются наиболее опасным средством выработки энергии. Опасности, связанные с транспортировкой и использованием газовых смесей, в первую очередь, выражаются рисками возгорания и взрыва. Кроме того, остаются экологические нюансы и вопросы токсической безопасности, поскольку широкий спектр используемых смесей вреден для человека, если их должным образом не изолировать в контурах станции.

    Расчет газопоршневой установки

    Перед выбором конкретной модели установки следует произвести некоторые расчеты. В первую очередь учитывают затраты на газовую смесь. Если мощность агрегата составляет примерно 1 000 кВт, то при полной загрузке в 278 нм3 за час выйдет приблизительно 1 руб. на 1 кВт*ч. При тех же данных конструкции и мощности объем масла будет составлять порядка 230 л, что добавит к расходам еще примерно 0,04 руб. на 1 кВт*ч. Также не стоит забывать о расходниках и запасных частях. С учетом, что ближайший серьезный ремонт может наступить примерно через 40-50 тыс. моточасов, то на 1 кВт*ч. газопоршневая установка со средними характеристиками будет требовать порядка 0,37 руб.

    Заключение

    газопоршневые установки цена

    Станции на базе газопоршневого двигателя являются оптимальным решением для предприятий, которые стремятся к энергетической независимости. Использование газа в качестве основного топлива позволяет сокращать расходы на энергоснабжение, а особенности конструкции и принципа работы дают возможность генерировать сразу несколько видов энергии. При этом стоимость газопоршневой установки, которая в среднем составляет 1-2 млн, вполне подъемна для среднего предприятия. Крупные производственные комплексы и вовсе используют мощные установки, цена которых может превышать и 5 млн. Это уже многофункциональные тригенерационные станции, в перечень задач которых входит также и охлаждение целевого объекта.

    Источник

    Газопоршневая установка

    Купив и установив газопоршневую установку, можно значительно снизить затраты на электроэнергию и производство горячей воды. Газовые электростанции просты в эксплуатации, поэтому для работы с ними не нужно нанимать высококвалифицированный специально обученный техперсонал — достаточно рабочего-техника.

    Система охлаждения двигателя с частотным регулированием привода вентилятора в зависимости от температуры двигателя

    Элементы системы зажигания собственного производства на базе электронного блока управления зажиганием

    Собственная технология конвертации двигателей под работу на газообразном топливе

    Система газоподготовки и подготовки топливного газа собственного производства

    Система контроля температуры каждого цилиндра

    Система управления собственного производства с возможностью синхронизации и параллельной работы агрегатов ГэС с существующей сетью, с автоматизированным контролем перетоков электроэнергии, удаленный мониторинг, интеграция в АСУ ПТ по средствам стандартных протоколов обмена.

    Собственная генерация электроэнергии и тепла себестоимостью до 1,5 руб/кВт
    с экономией на ремонте и запчастях в 3-5 раз!

    Себестоимость выработки электроэнергии на вашем объекте (в зависимости от стоимости газа) будет составлять не более 1.5 руб/кВт

    Стоимость наших агрегатов в 2-3 раза ниже по сравнению с иностранными производителями, а стоимость и доступность запасных частей ниже в 5 и более раз

    Гарантийное и постгарантийное обслуживание, монтаж и пусконаладочные работы, удалённый мониторинг, ремонт

    Гарантийный срок — 18 месяцев с момента отгрузки или 12 месяцев с момента начала эксплуатации или 2000 моточасов. Соответствует всем стандартам.

    Как устроены и работают газопоршневые установки (ГПУ)

    Это оборудование предназначено для электрификации объектов. Оно работает на газе, подаваемом в двигатель внутреннего сгорания. Параллельно электричеству, ГПУ вырабатывают тепловую энергию, используемую для нагрева воды.

    Установки состоят из нескольких основных частей:

    • Двигателя, вырабатывающего энергию, заставляющую крутиться вал. Современные модели российских газопоршневых установок не издают шума и работают до 40 тыс. моточасов без ремонта. Чем выше мощность двигателя, тем больше электричества и тепла он вырабатывает. В отличие от дизельного или бензинового, газовый агрегат не выделяет неприятного запаха ядовитых выхлопных газов.
    • Электрогенератора, преобразующего выработанную энергию в электроэнергию.
    • Систем охлаждения двигателя: воздушной, когда образующееся тепло уходит в воздух, и водяной, при которой агрегат охлаждается водой. В газопоршневых когенерационных установках, производящих не только электричество, но и тепловую энергию — это замкнутый контур, наполненный жидкостью, нагревающий воду, поступающую в трубы.
    • Теплообменников, предназначенных для системы утилизации тепла газопоршневой установки. В рекуперативных конструкциях холодная и нагретая вода разделяются стенкой, а в регенеративных поверхность теплообменника поочередно омывается теплым и прохладным носителем.
    • Труб, подающих газ и обеспечивающих циркуляцию жидкости.
    • Системы управления и контроля, состоящей из рычагов, контроллеров и датчиков. Современные модели газопоршневых установок в России могут управляться дистанционно с пульта. Благодаря автоматической регулировке удается поддерживать эффективную работу ГПУ, снижая затраты и ускоряя окупаемость.

    Цикл работы газопоршневых установок состоит из нескольких этапов:

    • В систему подается газ из сети, газгольдера или установки, производящей метан из отходов.
    • Газообразное горючее попадает в двигатель, вырабатывающий с помощью поршневой системы механическую энергию, передаваемую на генератор.
    • За счет электромагнитной индукции механическая энергия перерабатывается в электричество. Установка оснащена системой, «подгоняющей» производимый ток под такой же, который течет в розетках, подключенных к центральной электросети.
    • Выработанный электроток распределяется по системе энергоснабжения или передается для реализации другим потребителям.
    • Тепло, выделяемое двигателем, подогревает воду, которую можно использовать для любых нужд в том числе, для отопления.
    • Некоторые модели оснащаются функцией тригенерации. Такие типы ГПУ вырабатывают холод, необходимый для работы холодильного оборудования на производстве и в складских помещениях.

    Плюсы и минусы

    Агрегаты такого типа имеют большое количество преимуществ:

    • Минимальные финансовые затраты, особенно при автономной работе газопоршневой газотурбинной установки. Потребителю не придется платить за подключение объекта к централизованным электросетям.
    • Возможность сэкономить при использовании внешней сети в качестве резервной. Поскольку плата за подключение зависит от мощности потребляемого тока, а объект будет забирать всего 10-15% «чужой» электроэнергии, экономия будет очень существенной.
    • Возможность подключения света даже при нехватке свободных мощностей на близлежащей электро- и теплосети. Это избавляет от длительных согласований с ресурсоснабжающими организациями.
    • Независимость — газопоршневые генераторные установки выручат, когда надо снабдить электричеством и теплом удаленный объект. Эти электростанции расходуют всего 0,25 м3 природного газа в час, поэтому их можно обеспечивать топливом из установленного хранилища- газгольдера.
    • Надежность. Агрегаты не выходят из строя при перепадах давления газа, т.к. могут работать при минимальном давлении. Не боятся они и перепадов температуры, надежно работая даже в условиях Крайнего Севера.
    • Высокая производительность. Электрическая КПД ГПУ составляет 43%, а общая, с учетом подогрева воды — 90%.
    • Быстрый пуск. В отличие от газовых турбин, на запуск которых уходит от получаса до двух часов, газопоршневую установку российского или зарубежного производства можно запустить всего на 15 сек.
    • Разнообразие модификаций. Эти установки выпускаются двух и трёхфазного типа различной мощности, что позволяет подобрать наилучший вариант для любого объекта.

    Недостатков у этих установок немного:

    • Придется подключаться к линии газоснабжения или устанавливать газгольдер, обеспечивая регулярную доставку газа.
    • Шум. Несмотря на то что современные модели газопоршневых станций шумят намного меньше, бесшумными их назвать сложно.

    Экономическая выгода газопоршневых установок

    Не секрет, что стоимость электричества и отопления постоянно растет. Это связано с большим количеством посреднических организаций, получающих прибыль за передачу электроэнергии, тепла и обслуживание сетей. Они вынуждены это делать, чтобы не обанкротится, ведь изношенность коммуникаций велика, что приводит к большим потерям при транспортировке. Накладные расходы неизбежно сказываются на итоговой стоимости ресурсов. В результате страдают абоненты.

    Но зачем потребителю платить за «чужие разбитые горшки» и входить в чье-то положение, особенно в период кризиса, когда на счету каждая копейка. Намного проще наладить производство электроэнергии и подогрев воды с помощью ГПУ.

    Когенерационные установки, присоединяемых к ГПУ, обладают принципом работы, позволяющим получать не только электрическую, но и тепловую энергию для отопления помещений и подогрева воды, причем объемы вырабатываемого тока и тепла будут равны. Это позволяет существенно сэкономить, поскольку вырабатываемая теплоэнергия является побочной и вообще не требует затрат на производство.

    Большое количество выделяемой тепловой энергии позволяет вырабатывать при помощи ГПУ бесплатный промышленный пар.

    Стоимостная разница:

    • Стоимость электричества при получении его из централизованных сетей составляет около 5 рублей, а собственный свет обойдется всего в 1,5 р.
    • Такая же ситуация складывается и с тепловой энергией. За централизованное отопление и подогрев воды придется выложить — 1180 руб и более за 1 Гкал, При использовании ГПУ за это вообще не придется платить.

    Установка газовой электростанции, безусловно, обойдется в определенную сумму, но все затраты окупятся на год — полтора, а то и раньше. Лишнюю электроэнергию можно продавать, получая прибыль.

    Можно ли сэкономить на газе при работе газопоршневой установки

    Закупка газового топлива — существенная статья затрат при эксплуатации ГПУ. Но можно сэкономить, применяя вместо природного другие виды газа:

    • Коксовый, образующийся при нагревании каменного угля без доступа кислорода на коксохимических заводах.
    • Факельный и попутный, выделяющиеся при добыче и перегонке нефти.
    • Другие углеводороды — пропан и бутан.

    В последнее время все большую популярность приобретают установки на пиролизном газе (биогазе), образующемся при сжигании отходов деревообрабатывающей промышленности, сельского хозяйства и твердых отходов (ТБО).

    При намерении использовать не обычный природный газ, а какой-то другой, нужно согласовать все нюансы использования топлива с производителем. Для этого анализируется состав газовой смеси, планируемой к использованию. Основными характеристиками служат:

    • Процент содержащегося метана.
    • Количество теплоты, образующееся при сгорании.
    • Степень возможного расширения и сжатия, которые могут привести к детонации и взрыву.
    • Содержание серы и сероводорода.

    Это позволяет подобрать наиболее подходящую модель ГПУ или внести изменения в имеющуюся конструкцию и комплектацию, предохранив агрегат от поломки. Адаптация, в большинстве случаев, не вызывает проблем и обходится дешевле устранения вероятных поломок.

    Видео



    Варианты работы газопоршневых установок

    Кроме автономной работы, когда электроэнергия вырабатывается только установкой, эти агрегаты могут работать и параллельно, используя внешние линии электропередач:

    • Параллельный с экспортом электроэнергии — способ применения ГПУ, при котором часть электроэнергии циркулирует с внешними сетями. Широко используется в зарубежных странах, т. к. позволяет газовому двигателю работать комфортно, вызывая снижение износа. При работе в этом режиме снижаются крутильные колебания, и уменьшается расход газа. Лишнюю электроэнергию можно продавать. К сожалению, в нашей стране реализация электроэнергии приводит к оформлению множества документов.
    • Параллельный без экспорта — метод эксплуатации, при котором внешняя сеть используется в качестве резервной. Используется она там, где отключение электричества может стать фатальны­м — на объектах животноводства, складах и пищевых предприятиях. Считается наиболее удобным вариантом, поскольку все пусковые токи газопоршневых установок покрывает внешняя сеть, а при плановом или аварийном отключении генератора возможно организовать наружное электроснабжение. Оборудование само синхронизируется с работой внешней сети, не требуя постоянного вмешательства. Минус — необходимость оплаты внешнего подключения и оформления согласующих документов.

    В наше время все больше предприятий переходят на максимально автономное обслуживание. Никто не хочет платить посредникам и постоянно ожидать отключений тепла и света. Ведь даже кратковременное отсутствие света и непродолжительное отключение электроэнергии иногда становится катастрофой для бизнеса.

    Установка ремонт и обслуживание

    Газопоршневые электростанции, в зависимости от производителя весят от трех до тринадцати и более тонн, поэтому их устанавливают на бетонную основу или другой фундамент при помощи строительной спецтехники. Установки устойчивы, поэтому могут устанавливаться даже на прочный деревянный помост, правда из-за вибрации во время работы установка может шуметь. В этом плане предпочтительнее строительная плита. Грамотный расчёт площади и материала для основания позволяет значительно снизить вибрацию и шум при работе газопоршневой станции.

    После этого установка подключается к энергосистеме и газовой линии. Поскольку работы с газом и электричеством требуют обязательной сертификации, монтаж и подключение ГПУ могут проводить только сертифицированные фирмы, проводящие установочные работы «под ключ». Они берут на себя все этапы, начиная с проектирования и заканчивая пуском. Установку газопоршневых установок нужно согласовывать с газовым надзором.

    Благодаря низкому уровню шума и экологичности, ГПУ можно устанавливать вблизи зданий. Несмотря на использование газа, такой агрегат полностью пожаробезопасен.

    Газопоршневые установки надежны и долговечны. Их ежегодное техническое обслуживание, включая профилактический и капитальный ремонт, составляют менее 10% от цены. Этот показатель усреднённый, и зависит от срока эксплуатации. Основные затраты начинаются после выработки свыше 30-40 моточасов. До этого времени нужно менять только расходники (масло, свечи, фильтры, охлаждающую жидкость) и проводить осмотр.

    Самостоятельно ремонтировать аппарат нельзя. Для этой цели нужно пригласить организацию, занимающуюся оказанием таких услуг и имеющую все необходимые допуски. Сроки службы электростанций при правильной эксплуатации и обслуживании составляет 25 лет.

    Приобретя и установив поршневую установку, можно значительно сэкономить, избежав непредвиденных коммунальных коллапсов.

    Источник