Газопоршневая электростанция что это такое
Газопоршневые электростанции: принцип работы и область применения
Газопоршневой двигатель внутреннего сгорания благодаря компактным габаритам и широкому диапазону выходных мощностей идеально подходит для электрогенераторов, предназначенных для организации автономного основного, резервного или аварийного электропитания жилых, строительных и производственных объектов. Газопоршневые электростанции (ГПЭС), работающие на базе газопоршневого ДВСА, являются комплектными генерирующими агрегатами, которые вырабатывают не только электрическую, но и тепловую энергию.
Виды газопоршневых генераторов
В зависимости от рабочего режима и видов вырабатываемой энергии ГПЭС делят на 2 типа:
Для бесперебойного функционирования газопоршневой электростанции могут использоваться следующие виды топлива:
Особенности конструкции ГПЭС на базе газопоршневых двигателей внутреннего сгорания
Поршневые газогенераторы могут иметь открытое исполнение, при котором все узлы агрегата расположены на раме, или закрытое, которое предполагает наличие всепогодного шумозащитного кожуха.
Бесперебойную и безопасную работу ГПЭС обеспечивает комплекс инженерных систем: снабжения топливом и маслом, удаления дыма, вентиляции, утилизации тепловой энергии, электромеханики, связи, автоматики, контроля, сигнализации.
Принцип работы газопоршневых электростанций
ГПЭС когенерационного типа функционируют по следующему принципу:
Высококачественные газопоршневые электростанции, при работе которых используются турбонаддув и двухступенчатое охлаждение, имеют электрический КПД около 45 %. На 1 кВт вырабатываемой электроэнергии затрачивается всего 0,22 м 3 газа.
Преимущества использования ГПЭС
Популярность генерирующих агрегатов на основе газопоршневых ДВС обеспечивают следующие эксплуатационные преимущества:
Установка ГПЭС, подобранной под конкретные характеристики объекта, позволяет значительно снизить затраты на его энергоснабжение. Компактные характеристики этих установок и экологичность позволяют устанавливать их на обслуживаемом объекте или в непосредственной близости от него, благодаря чему отпадает необходимость в устройстве дорогостоящих опор, прокладке линий электропередач, использовании мощных трансформаторов.
Сферы применения газопоршневых электростанций
Благодаря комплексной выработке электрической и тепловой энергии, ГПЭС широко используются в отдаленных районах, в которые сложно провести коммуникационные системы, области их применения:
Агрегаты комплексной выработки тепловой и электрической экономически выгодно устанавливать в торговых комплексах и на других коммерческих объектах, в общественных учреждениях.
Газопоршневая электростанция что это такое
Газопоршневая электростанция – оборудование для автономного производства электрической и тепловой энергии из внутренней энергии газового топлива. ГПУ может служить основным или дополнительным источником энергообеспечения на предприятиях различных отраслей.
Сфера применения: нефтегазовая и угольная промышленность, металлургия, ЖКХ, медицина и транспорт (в качестве резервных источников энергообеспечения), а также котельные и насосные станции, офисные и торговые центы.
Схема работы газопоршневой установки
Принцип работы газопоршневой электростанции
Газовое топливо поступает на газопоршневой двигатель. Во время горения вырабатывается механическая энергия, которая передается через единый вал на генератор. Так она преобразуется в электрическую энергию стандартных параметров качества. Полученная электроэнергия по кабельным линиям передается на генераторное распределительное устройство. Помимо этого, в процессе функционирования ГПУ высвобождается много тепла, которое снимается теплообменниками и котлами-утилизаторами. Вырабатываемая тепловая энергия подается в тепловую сеть предприятия.
Режимы работы газовой установки
Исходя из возможностей и требований заказчика, электростанции могут работать независимо или вместе с внешней энергосистемой.
Топливо: природный газ и не только
В России популярным топливом для ГПЭС является природный газ. Он легкодоступен и эффективен, в своей основе имеет CH4 – простейший углеводород.
Альтернативные виды топлива для газовых установок:
• биогаз – результат анаэробного брожения органических веществ;
• свалочный газ мусорных полигонов;
• попутный нефтяной газ, полученный в результате переработки нефти на НПЗ;
• коксовый газ, образуется при нагревании каменного угля без воздуха до 1000 °С;
• сжиженный газ – природный газ, сжиженный при охлаждении до минус 160 °C;
• рудничный газ – бесцветный газ из каменноугольных или металлических рудников.
Способы установки оборудования
Выделяют два вида исполнения газопоршневых установок на предприятии.
1) Стационарное исполнение — ГПУ и сопутствующее оборудование размещается в капитальном здании.
2) Блочно-модульное исполнение – оборудование ГПЭС со всеми вспомогающими системами монтируется в компактном строении блочного типа с модульным расположением функциональных блоков. Данный вариант сокращает финансовые и временные затраты для запуска электростанции. Делает оборудование более мобильным.
Пример ГПУ блочно-модульного типа компании ЦЭСР
Строение газопоршневой установки
Базовыми комплектующими ГПУ являются: двигатель и электрогенератор, соединённые через муфту и закрепленные на стальной раме. Однако для полноценной работы газопоршневой электростанции необходим ряд функциональных систем
1) Газовый двигатель и комплектующие
Газопоршневой двигатель – двигатель внутреннего сгорания, использующий в качестве топлива природный газ. Позволяет вырабатывать тепловую энергию. КПД двигателя при полной нагрузке может достигать 93,7%. Компания ЦЭСР проектирует ГПЭС на базе оборудования компании МАN.
Комплектующие двигателя:
• система смазки циркуляционного типа: маслобак с арматурой и маслофильтр;
• система охлаждения: центробежный насос с электроприводом и мембранный расширительный бак;
• пусковое устройство: стартер с пучковым реле и аккумуляторные батареи;
• система подачи газа: газовый предохранительный фильтр, термозапорный клапан, отключающие шаровые краны, электромагнитный клапан, регуляторы давления газа, газовый счетчик с корректором расхода, сильфонный компенсатор, трубопроводы;
• система зажигания: катушки зажигания, электронный распределитель, датчик числа оборотов, кабели, свечи зажигания и штекеры.
2) Генератор
Трехфазный синхронный бесщеточный генератор – устройство, преобразующее тепловую и механическую энергию в электрическую. Через муфту вращающийся момент двигателя передается ротору генератора. При его вращении в статоре осуществляется выработка электроэнергии, которая и используется предприятиями.
3) Стальная рама
Опорная рама с амортизаторами – жесткая конструктивная деталь, несущая нагрузку от двигателя, генератора, насоса системы охлаждения, расширительного бака ОЖ, теплообменника и остальных деталей.
4) Система утилизации тепла
Существуют разные варианты комплектации. Наиболее распространена система из двух теплообменников (типа жидкость-жидкость и газ-жидкость), калорифера для отвода тепла от системы охлаждения двигателя, соединительной арматуры, трубопровода, датчиков и прочих деталей.
5) Система выхлопа и очистки выхлопных газов
Данный отдел ГПУ состоит из стальных шумоглушителей и СО-катализаторов, закрепленных на линии выхлопных газов после двигателя. В ряде случаев предусмотрен монтаж дымовой трубы.
6) Вентиляция и охлаждение
Главная цель системы – поддержание стабильной температуры воздуха в контейнерной электростанции для функционирования двигателя и обеспечение заданной кратности воздухообмена. Включает: вентилятор двигателя, воздуховоды и вытяжные вентиляторы.
7) Распределительное устройство и силовой пульт управления
Пульт управления, расположенный в контейнере, соединен по локальной сети с контроллерами электростанций. Информация о состоянии сети поступает на него с приборов, установленных в распределительном устройстве, по последовательному интерфейсу. Пульт управления – многофункциональное устройство обеспечивающее:
• автоматический заряд аккумуляторных батарей;
• питание датчиков и исполнительных устройств, установленных на двигателе;
• автоматическую синхронизацию и устойчивую параллельную работу электростанции с другими агрегатами или электрической сетью;
• автоматическую автономную работу на изменяющуюся нагрузку;
• автоматический пуск и остановку электростанции;
• аварийную автоматическую сигнализацию и защиту двигателя и генератора.
Распределительное устройство состоит из коммутационных аппаратов и устройства релейной защиты.
8) Система питания собственных нужд установки для выработки электроэнергии
Система питания состоит из электрического шкафа настенного типа, контейнера, кабелей, кабельных лотков и конструкций, выводов из электрощитов, маркировки проводов.
9) Освещение
Система состоит из двух частей: основное освещение от внешних сетей и аварийное от аккумуляторных батарей. Для освещения применяются светильники дневного света, лампы мощностью 40 ВТ, выключатели, розетки для портативного освещения и сервисных работ.
10) Охранная и пожарная сигнализация
Оборудование, обеспечивающее безопасность на когенерационной газопоршневой установке: прибор приемно-контрольный пожарный, датчики температуры и задымления, а также датчики вскрытия дверей, световая и звуковая сигнализация.
11) Система пожаротушения
Включает автоматическую систему пожаротушения порошкового типа и два ручных огнетушителя углекислотных с креплением на внутренней стенке контейнера.
12) Система заземления
Основные характеристики газопоршневых электростанций
В России широкий ассортимент газопоршневых установок представляет группа компаний ЦЭСР. В зависимости от энергетических потребностей предприятия можно выбрать газопоршневую установку мощностью от 200 кВт/ч до 1000 кВт/ч. Заказчик газопоршневого оборудования должен знать, что большинство моделей ГПУ способны работать в когенерационном режиме, производя электрическую и тепловую энергии.
На выходе из силовых агрегатов температура выхлопных газов поднимается до 390-400ºС. Соотношение между произведёнными электричеством и теплом равно примерно 1:1. Так из 2 МВт установленной электрической мощности получается 2 МВт тепловой энергии.
• Средний коэффициент насыщенного пара у ГПЭС ≈ 0,65.
• Средний уровень расхода моторного масла ≈ 0,5 кг/ч на 1 МВт производимой мощности ГПЭС.
• Расходы на моторное масло минимальны ≈ 7 копеек на 1 кВт.
• Срок строительства газовой станции от полугода.
• Полный ресурс МИНИ-ТЭС от 20 до 25 лет.
• Ресурс до ремонта ≈ 80 тыс. часов.
Плюсы и минусы газовых энергетических установок
Достоинства ГПУ
Недостатки ГПУ
Экономическая выгода предприятия
Цены на энергоресурсы регулярно растут, а на природный газ нет! Дешевое топливо – главная причина строительства предпринимателями ГПУ на производстве. Инвестировав один раз в газопоршневую электростанцию, следующие 25 лет можно экономить на электрической энергии и получать тепловую энергию бесплатно. Срок окупаемости оборудования от 3 до 5 лет.
В 2020 году стоимость 1 кВт электроэнергии от сетей превышает 5 рублей. Выработанная энергия на газопоршневой электростанции обойдется в 2 рубля.
Сократив расходы на энергообеспечение, предприятие может снизить цены на производимые товары и занять конкурентоспособное место на рынке. Это особенно актуально в связи с нестабильной финансовой ситуацией и падением потребительского спроса в 2020 году.
Собственная ГПЭС увеличивает капитализацию предприятия и делает его привлекательнее для инвесторов. Также больше не придется тратиться на транспортировку электроэнергии, ведь она будут производиться уже на месте.
Газопоршневая электростанция (ГПЭС)
Газопоршневая электростанция (ГПЭС) — это система генерации, созданная на основе газопоршневого двигателя (ГПД)
Возможно получение 2 х видов энергии (тепло и электричество), техпроцесс называется «когенерация».
В случае получения 3 х видов энергии (актуально для вентиляции, холодоснабжения складов, промышленного охлаждения), то техпроцесс называется «тригенерация».
ГПД представляет собой двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием горючей смеси в камере сгорания, использующий в качестве топлива газ.
Энергия, выделившаяся при сгорании топлива, в газовом двигателе производит механическую работу на валу, которая используется для выработки электроэнергии генератором электрического тока.
Газовые двигатели используются для работы в составе генераторных установок, предназначенных для постоянной и периодической работы (пиковые нагрузки) с комбинированной выработкой электроэнергии и тепла, а также в качестве аварийных источников энергии.
Кроме того, они могут работать как в составе холодильных установок, так и для привода насосов и газовых компрессоров.
Газовые двигатели могут использовать различные виды газа и приспособлены к перестройке для работы с одного вида газа на другой.
ГПЭС изготавливаются в стационарном и блочно-модульном исполнении.
Одним из недостатков является высокая концентрация вредных веществ в выхлопе, что требует применения дорогостоящих катализаторов.
Вредные вещества в выхлопе появляются из-за сгорания моторного масла.
Для снижения вредного воздействия на окружающую среду электростанциям требуются высокие дымовые трубы.
ГПЭС может работать как на сжиженном, так и на сжатом газе. Это позволяет использовать газовые двигатели не только при подключении к газовой магистрали. При небольшой мощности
1 кВт, достаточно подключить баллон со сжиженным газом через газовый редуктор.
Применение широкое, и будет только возрастать в связи с ростом использования газа в промышленности и для частного использования.
Газопоршневые электростанции
Газопоршневая электростанция используется в роли основного или аварийного источника электроэнергии. Для эксплуатации данного оборудования нужен доступ к любой горючей газовой смеси.
Помимо своих стандартных функций некоторые модели газопоршневых станций способны генерировать тепло и холод для комплекса вентиляции и отопления различных индустриальных объектов.
Принцип работы
Существует множество моделей станций, которые сегментировано вырабатывают энергию разного типа. Это когенерационные и тригенерационные станции, которые имеют коэффициент полезного действия до 90%.
Устройство станции
Газопоршневой генератор содержит:
Конструкция оборудования базируется на производительном ДВС с камерой сгорания и дополнительными элементами для выполнения процессов образования смеси и зажигания. Электроэнергия генерируется за счет работы вала, тепловая энергия, полученная из первого цикла, может распространяться и аккумулироваться в бойлерах.
Также современные станции оснащены системами безопасности, это датчики температуры и нагрузки, регуляторы детонации, панели контроля и управления.
На крупных промышленных предприятиях газопоршневые устройства часто интегрируются в основной инженерный комплекс и являются компонентом газовых и прочих установок.
Двигатель
Работа газопоршневого оборудования невозможна без мощного и энергоэффективного мотора. Он оснащен прочными литыми головками, которые прикрепляются к блокам цилиндров.
Для гарантии безопасности и исключения вероятности детонации вводятся ограничения давления газовой смеси. Контроль давления осуществляется благодаря специальным металлическим кольцевым прокладкам.
Зажигание
Моторы газопоршневых установок оснащены аккумуляторным запуском состоящим из:
Каждый цилиндр двигателя оснащен одной свечой, которая устанавливается в головку блока в специальное гнездо с резьбовым соединением, а также выводными патрубками, находящимися в тех местах, где у аналогов расположены форсунки.
Благодаря центрированию каждой свечи обеспечивается эффективное сгорание рабочей смеси за счет минимального пути распространения огня в камере цилиндра и быстрое охлаждение свечи зажигания водой, которая циркулирует в головке.
Эксплуатация
В качестве топлива это оборудование может использовать газы различных типов:
Электрические станции с газопоршневыми моторами отличаются высокой надежностью, которая подтверждается длительной работой в северных регионах России. Чаще всего такая техника используется на крупных промышленных предприятиях, нефтяных, газовых и угольных месторождениях. Эксплуатация этих электростанций выгодна на этих объектах из-за обилия попутного газа по доступной стоимости.
Обслуживание и запуск
Перед тем как приобрести ГПЭС нужно определить состав газа, который будет использоваться в качестве топлива и согласовать все детали. Важным этапом является пусконаладка и ввод станции в эксплуатацию, все работы должны осуществлять опытные инженеры и мастера с учетом технических предписаний и рекомендаций от производителя.
Техобслуживание и ремонт оборудования необходимо выполнять только после выработки или спуска газа из газовой магистрали и системы.
В машинном отделении или техническом помещении, где установлен электрогенератор необходимо контролировать состав воздуха. В нем не должно содержаться большое количество агрессивного газа или пыли. В случае запыленных помещения, на входе в двигатель должен быть установлен специальный фильтр.
Преимущества газопоршневой техники
Газовые электростанции отличаются стойкостью к интенсивным эксплуатационным нагрузкам. Эта техника способна длительное время работать в автономном режиме. Поршневой мотор газового типа и генераторная установка зафиксированы на массивном каркасе. Они соединены между собой с помощью фланцев, которые исключают необходимость центровки валов.
Установка поставляется в стационарном виде, а также в специальном утепленном контейнере передвижного типа на шасси.
Во время работы электростанции автоматически отслеживается:
Газовые станции могут работать через блок АВР. Система автоматического ввода резерва осуществляют безостановочный контроль параметров электрической сети и в случае необходимости самостоятельно переводит комплекс на резервное и основное питание.
Когенерация и тригенерация
Выработка электрической энергии в этом оборудовании производится по умолчанию. Однако, кроме того, тепловую энергию можно преобразовывать в средство нагрева или охлаждения:
Заключение
Чтобы получить подробную информацию по условиям продажи и купить газопоршневую станцию по выгодной цене, свяжитесь с нашим менеджером.
Газопоршневая электростанция – как её построить без проблем, «под ключ», и за адекватные деньги? Обязательная вводная информация покупателям – гид
Газопоршневая электростанция это энергоэффективный, независимый, локальный, генерирующий комплекс для одновременной выработки электрической и тепловой энергии.
Газопоршневая электростанция базируется на одном или нескольких двигателях внутреннего сгорания, механически соединенных валами с генераторами переменного тока. Один газовый двигатель используется для электростанции в контейнерном исполнении или для резервного энергоблока. Несколько силовых агрегатов используются уже в специально построенном здании. Возможно объединение нескольких контейнерных станций в единый энергокомплекс.
Газопоршневая электростанция позволяет в автономном, «островном» режиме получать электроэнергию и тепло, а в некоторых исполнениях и холод. Сокращенное название газопоршневых электростанций, которое часто встречается — это: газопоршневые установки (ГПУ) и газопоршневые электростанции (ГПЭС).
В печати, либо в интернете, автономные газопоршневые электростанции могут называться мини-ТЭЦ, но правильнее звучать будет аббревиатура, то есть сокращение, мини-ТЭС, то есть Тепловая ЭлектроСтанция. Основным видом топлива является природный газ.
В более мощных газопоршневых электростанциях (до 50 МВт), о которых, собственно, пойдёт речь, рассчитанных на постоянную работу, как правило, используется несколько силовых агрегатов, позволяющих гибко реагировать на изменяющиеся электрические нагрузки, с одновременной экономией расхода газового топлива. Несколько газопоршневых установок в структуре единого энергокомплекса, с учётом более равномерного распределения нагрузки в значительной степени позволяет продлевать и моторесурс газовых двигателей. Топливом для двигателя является природный газ, биогаз, свалочный или например попутный нефтяной газ (ПНГ).
Краткое описание этих видов топлива, применительно к использованию на газопоршневых электростанции будет ниже.
Функционирование газопоршневой электростанции в режиме ТЭС – ТЭЦ, в котором вырабатывается одновременно два вида энергии – электричество и тепло – называется когенерацией.
Устройство газопоршневой электростанции на примере современных изделий от немецкой компании MWM
Установка оснащается электронными и механическим управляющим оборудованием (система TEM – MWM), необходимым для функционирования всего энергокомплекса. Съем и сбор аналоговой информации, необходимой для цифровой системы управления, осуществляется через датчики давления, температуры, импульсов, детонации, частоты вращения и др.
В процессе конструирования газопоршневых установок MWM инженерами преследуется цель получить наивысшее значение электрического КПД, с одновременным сохранением надежности работы и длительности эксплуатации оборудования в целом.
Так выглядят газопоршневые установки MWM:
Газопоршневые установки в комплектации, согласно требованиям заказчика, устанавливаются внутри специального всепогодного контейнера, в конструкции которого предусмотрены элементы звукоизоляции и вентиляции, либо монтируются в открытом виде, на раме с генератором и фундаменте стационарно, в быстровозводимом здании.
Для обеспечения должных условий эксплуатации ГПУ, а также требований нормативно-технической документации, электростанция оснащается необходимыми системами и вспомогательным оборудованием.
Основные системы и элементы инженерного обеспечения и безопасности:
Принцип работы газопоршневой электростанции
Природный газ (метан) поступает в газопоршневой двигатель внутреннего сгорания. В процессе горения топлива образуется механическая энергия, которая передается через вал на генератор и где преобразуется в электрическую энергию заданных параметров.
Произведённая электроэнергия посредством силовых линий направляется на распредустройство, с последующей передачей по силовому кабелю до приёмного узла электросети предприятия-потребителя.
В процессе функционирования газопоршневой установки образуется значительное количество тепловой энергии.
Источниками тепловой энергии являются:
Тепловая энергия отбирается посредством теплообменников и котлов системы утилизации тепла. Собранная таким образом энергия, посредством теплоносителя, направляется по теплотрассе в сеть потребителя. При неполной востребованности полученного таким образом сателлитного тепла от электростанции, производится его утилизация, посредством сухих градирен.
В техническом задании заказчик указывает точки подключения к системе энергообеспечения своего предприятия. Места расположения узлов подключений определяются в процессе выполнения проектирования тепловой электростанции.
Режимы работы электростанции
Согласно условиям проектирования, газопоршневая электростанция может функционировать в трёх режимах относительно внешних сетей:
Далеко не все марки газопоршневых установок могут корректно и надежно работать без детонации, перегрева и сбоев на описанных выше видах газа. Установки компании MWM имеют специальную серию газовых силовых агрегатов серии TCG, предназначенных для работы на альтернативных видах газа. Буква G в названии серии двигателей MWM означает, что агрегат сконструирован и рассчитан для работы именно на газовом топливе. В газопоршневых установках MWM этой серии осуществляется регулировка зажигания и подачи топлива отдельно в каждом цилиндре, дабы избежать эффекта детонации и перегрева двигателя, с учётом изменяющегося в процессе работы состава газа.
Тем не менее, даже столь совершенным газопоршневые установкам, как MWM необходима станция подготовки, где например, из биогаза будут удаляться оксид углерода, азот, водород. Также требуется сушка газа, с целью повышения калорийности топлива и очистка его от механических примесей. Технический холдинг «Электросистемы» имеет отличные реализованные проекты в России с электростанциями работающими на биогазе. Являясь официальным дилером немецкой компании MWM холдинг «Электросистемы» использует в качестве основных агрегатов в газопоршневых электростанциях надёжные немецкие двигатели MWM.
Эта задача, как правило, решаема. Для определения детонационных качеств газа используется метановое число. Метановое число показывает, в какой степени детонационная стойкость исследуемого горючего газа в двигателе соответствует детонационной стойкости эквивалентной смеси метана и водорода. Техническая деталь: система автоматического управления TEM непрерывно подбирает оптимальный режим работы газового двигателя MWM в зависимости от значения метанового числа. Это позволяет избежать детонацию и перегрев, что значительно повышает моторесурс силовых агрегатов. Благодаря этой функции экономится газовое топливо и постоянно поддерживается низкий уровень вредных эмиссий в атмосферу.
Для обеспечения детонационной безопасности применяемых газов необходимо придерживаться метанового числа, указанного официальным дилером MWM, например компанией «Электросистемы». Специалисты всегда оперативно помогут разобраться с составом вашего газа и с его метановый числом. Метановое число горючего газа можно определить с помощью газоанализаторов. Получить квалифицированную консультацию можно по многоканальному телефону: +7 (495) 649-81-79
СУТ – система утилизации тепла газопоршневой ТЭС
Процесс получения тепловой энергии на электростанции называется когенерацией.
Виды размещения газопоршневых электростанций
Внешний вид стационарной электростанции, построенной «под ключ» техническим холдингом «Электросистемы», Санкт-Петербург:
Во сколько же обойдётся один киловатт электроэнергии на собственной газопоршневой электростанции?
3 кВт тепловой энергии.
70 копеек в Московской области (2020 год). В различных регионах РФ эта цена зачастую ещё выше.
15 гигакалорий. 1 гигакалория равна 1163 кВт.
Как осуществляется строительство газопоршневых электростанций «под ключ» – стадии работ
Этапы строительства газопоршневой электростанции
Как уже упоминалось выше, для снижения рисков разного рода и соблюдения сроков выполнения работ, идеально доверить строительство газопоршневой электростанции одной, но известной на рынке инжиниринговой компании, без привлечения сторонних подрядчиков.
Этапы выполнения работ по строительству газопоршневой электростанции «под ключ»:
Проектирование
Поставка оборудования
Комплектность оборудования ГПЭС MWM приводится в соответствие с техническим заданием заказчика и подготовленным по нему проектом.