Plynové elektrárne: autonómny zdroj energie v širokom rozsahu výkonov

Obsah článku

• Princíp činnosti plynových elektrární
• Elektrárne s plynovou turbínou (GTE)
• Plynové piestové elektrárne (GGE)
• Výhoda použitia plynových elektrární s plynovým piestom v samostatnej farme
• Nízkoenergetické plynové generátory
• Elektrárne stredného výkonu s modulárnym typom
• Energetické komplexy a mini-KVET
• Kogenerácia malého rozsahu
• Zariadenie generátorovej miestnosti pre GGE
• Pripojenie a prevádzka
• Údržba a prijatie
• záver

Prenosné elektrárne s plynovými piestami sa stali vynikajúcim analógom jednotiek poháňaných naftou a benzínom. Ako výhodné je využívanie takýchto zdrojov elektrickej energie, ako ich vybaviť domov a aké nuansy musíte pri ich používaní zvážiť, tento článok vám povie,.

Zvýšenie cien elektrickej energie vedie k novým návrhom na trhu autonómnych zdrojov dodávok energie. Novým slovom v tejto oblasti sú tepelné elektrárne na zemný plyn. Za posledných 15 rokov sa výroba takýchto zariadení takmer zdvojnásobila a samotná technológia miestnej výroby energie sa stala tak sofistikovanou, že náklady na jeden kilowatt vyrobenej elektriny sú lacnejšie ako v prípade, keď sú spotrebované z mestských sietí. Viac o výhodách plynových elektrární:

1. Univerzálnosť umiestnenia. Plynové elektrárne nevyžadujú na inštaláciu špeciálne geologické alebo klimatické podmienky. Kvôli svojej relatívne malej veľkosti a hmotnosti je na inštaláciu samostatnej stanice potrebná iba pripravená betónová základňa. Nedostatok veľkého množstva vody pre nich tiež nie je kritický..
2. Trvanlivosť. Rôzni výrobcovia zaručujú rôznu životnosť. Stanice vo všeobecnosti fungujú bez väčších opráv 30 rokov a s výmenou niekoľkých výkonných jednotiek – až 100 rokov.
3. Plne automatický prevádzkový režim. Zabudovaná elektronická riadiaca jednotka, ktorá sa nachádza takmer vo všetkých inštaláciách, automaticky reguluje prívod paliva a monitoruje zdravie jednotky v reálnom čase. Úloha servisného personálu sa obmedzuje na prepínanie prevádzky, monitorovanie a kontrolu parametrov.
4. Široký rozsah výkonu. Plynové malé elektrárne môžu poskytovať elektrickú energiu energeticky náročným podnikom a malému vidieckemu domu. V závislosti od verzie zaručujú výrobu elektriny od 5 kW do niekoľkých megawattov..
5. Schopnosť používať ako záložný zdroj. Takmer každá elektráreň môže byť vybavená ATS a jednotkou automatického štartu. Mnoho výrobcov vyrába štandardné moduly na aktualizáciu predtým nainštalovaných generátorov.
6. Nízke náklady na vyrobenú elektrinu. Náklady na elektrickú energiu spotrebovanú v mestských sieťach zahŕňajú náklady na jej prepravu cez elektrické vedenie a údržbu rozvodní. Je oveľa lacnejšie prepravovať plynový nosič energie, takže náklady na elektrinu vyrobenú v plynových elektrárňach sú nižšie ako dve rubľov na kilowatthodinu..
7. Sloboda pri výbere paliva. Elektrárne pracujú na akomkoľvek type plynného paliva vrátane bioplynu. Platí to pre farmy s chovom hospodárskych zvierat: spojenie metánového reaktora, obohacovacej jednotky a elektrárne do jedného energetického komplexu spôsobí, že výroba bude nezávislá od dodávok energie..

Princíp činnosti plynových elektrární

Podľa princípu zariadenia sú elektrárne rozdelené do dvoch typov: plynová turbína a plynový piest. Tieto majú jednoduchšiu konštrukciu, nevyžadujú nákladnú údržbu počas prevádzky a sú najúspornejšou možnosťou pre plynové zariadenie. Navyše nemajú takmer žiadne obmedzenia maximálneho výkonu. Elektrárne s plynovou turbínou sú technologicky vyspelejšie a komplexnejšie, ale menej hospodárne: ich použitie je opodstatnené iba v rozsahu priemyselnej výroby. Ich hlavnou výhodou je vysoká odolnosť jednotiek proti opotrebeniu a úplná nenáročnosť na druh paliva: v niektorých prípadoch je možné použiť aj uhoľný prach, ale na prípravu palivovej zmesi je potrebný špeciálny modul..

Elektrárne s plynovou turbínou (GTE)

Základom GTE je plynová turbína usporiadaná podľa princípu prúdového lietadlového motora. Je to valcovitá spaľovacia komora, v ktorej je umiestnené hlavné obežné koleso s plynovou turbínou. Vysokotlakové pary vzduchu a paliva vstupujú do komory, kde sa vznietia. V procese spaľovania paliva sa vytvára prúd horúcich plynov, ktorý spôsobuje rotáciu turbíny. Na druhej strane prenáša rotáciu do kompresora a generátora, čím zabezpečuje výrobu energie..

Je charakteristické, že turbínové elektrárne vyrábajú takmer dvakrát toľko tepelnej energie ako elektrina. Preto sa často používajú ako súčasť kogeneračnej jednotky inštaláciou kotla na odpadové teplo do výfukového systému, čím sa zabezpečuje nielen výroba elektriny, ale aj dodávka tepla vo veľkých množstvách a pri minimálnych nákladoch..

Plynové piestové elektrárne (GGE)

V elektrárňach s plynovými piestmi je zdrojom kinetickej energie strojová jednotka pracujúca na princípe spaľovacieho motora. Prívod paliva sa uskutočňuje pomocou injektora a je riadený elektronickou riadiacou jednotkou, vďaka ktorej majú piestové elektrárne dostatočne vysokú účinnosť. Významnou nevýhodou plynového piestového systému je vysoká hladina hluku a vibrácií počas prevádzky kvôli prítomnosti veľkého počtu pohyblivých častí. Výhodou týchto motorov je ich vysoká adaptabilita na rôzne režimy a úrovne záťaže, čo sa nedá dosiahnuť v zariadeniach na výrobu plynových turbín pracujúcich s takmer konštantným výkonom..

Výhoda použitia plynových elektrární s plynovým piestom v samostatnej farme

Autonómni výrobcovia plynu majú veľký význam tak pre jednotlivých podnikateľov, ako aj pre obyvateľov súkromného sektora, chát a malých aglomerácií. V praxi plynové elektrárne úplne odôvodňujú ich použitie a ich návratnosť je dosiahnuteľná vo veľmi predvídateľnom čase. Jedinou nevýhodou je potreba serióznych investícií, okrem toho existujú tieto nuansy:

1. Používajú sa hlavne plynové piestové jednotky.
2. Doba návratnosti je nižšia, tým vyššia je skutočná kapacita zariadenia.
3. Inštalácia vyžaduje samostatný pozemok.
4. V prípade spoločného využívania je potrebná rozvinutá infraštruktúra.
5. Prevádzka zariadení nie je možná bez kvalifikovanej údržby.

Autonómne plynové elektrárne a teplárne sa dajú rozdeliť do troch skupín.

Nízkoenergetické plynové generátory

Navonok sú podobné benzínom, majú podobný princíp činnosti a najvyššie náklady na vyrobenú elektrinu. Môžu byť chránené vo forme plášťa za každého počasia alebo vyžadujú špeciálnu miestnosť. S veľmi malými výnimkami sa nepoužívajú ako hlavný zdroj elektriny. Výber týchto výrobcov si vyberajú súkromné ​​domácnosti a výrobné dielne, ktoré potrebujú záložný zdroj elektriny a majú do zariadenia dodávku zemného plynu. Určené pre fľaškové palivo, ale táto funkcia sa zriedka používa. Na rozdiel od výkonnejších zariadení majú výrazné obmedzenia na nepretržitú prevádzku (od 6 do 10 hodín). Nevýhodou je tiež nízka kvalita vyrábanej elektriny.

Hlavné vlastnosti:

1. Typ motora: Jednovalcový štvortaktný karburátor s núteným chladením.
2. Typ generátora: obvykle asynchrónny jedno alebo trojfázový samočinne generovaný generátor.
3. Výkon: do 20 kW.
4. Palivo: zemný plyn, propán-bután.
5. Ovládanie: analógová riadiaca jednotka, ochrana relé, prepínač automatického prenosu vo väčšine modelov.
6. Uvedenie do prevádzky: menej ako jedna minúta.
7. Cena: od 2 000 USD do 10 000 EUR.

Toto je jediný typ vyvíjača plynu, ktorý sa dá bez námahy pohybovať. Používa sa často na staveniskách, kde nie je napájanie elektrickou energiou alebo počas udalostí v teréne. Mobilné používanie prichádza s vysokou cenou pre prenosnú elektráreň, čo v tomto prípade racionalizuje použitie benzínového paliva..

Elektrárne stredného výkonu s modulárnym typom

Sú to strojové bloky veľkých rozmerov, môžu byť otvorené alebo obmedzené ochranným krytom absorbujúcim zvuk. Používajú sa hlavne ako hlavné alebo rezervné zdroje elektriny pre prímestské bytové družstvá, kancelárske a malé výrobné a nákupné centrá, sklady. Produktivita takýchto elektrární je pomerne vysoká a náklady na vyrobenú elektrinu sú porovnateľné s elektrinou z mestskej siete..

Hlavné vlastnosti:

1. Typ motora: Karburátor alebo vstrekovací motor typu V s 6-16 valcami, spätné ventily a vodné chladenie.
2. Typ generátora: asynchrónny trojfázový kefový generátor so samočinným budením.
3. Výstupný výkon: do 1 MW.
4. Palivo: zemný plyn, biometán, propán-bután.
5. Správa: digitálny ovládač, kombinovaná viacúrovňová ochrana, spínač automatického prenosu, autodiagnostika. Práca je plne automatizovaná.
6. Výstup na menovitý výkon: do jednej hodiny.
7. Cena: od 10 000 do 250 000 dolárov.

Plynové piestové jednotky tejto triedy sú najracionálnejšou metódou autonómneho zásobovania obytných zón a energeticky náročných podnikov. Stanovený limit hodín motora umožňuje ich nepretržité používanie a zastavuje sa dvakrát ročne na jeden deň kvôli údržbe. Elektrárne sú vybavené samostatnými jednotkami na prípravu plynného paliva a vnútorným rozvádzačom na primárne spínanie.

Toto zariadenie je úplne nehybné a ak je nainštalované, vyžaduje si špeciálne vybavené miesta alebo budovy vybavené pripravenou betónovou základňou, aby sa kompenzovali vibrácie, palivové nádrže, systémy na odvádzanie plynu a vetranie. Vďaka automatickej regulácii dodávky paliva sú náklady na vyrobenú elektrinu výrazne nižšie ako sieť.

Energetické komplexy a mini-KVET

Aj keď plynové elektrárne zahŕňajú možnosť prevádzky v kogeneračnom režime od 100 kW elektrickej energie, najväčšiu účinnosť by sa malo očakávať od energetických komplexov s potenciálom niekoľkých megawattov. Tieto inštalácie sú miniatúrne kombinované teplárne a elektrárne vybavené bojlermi na teplú vodu alebo paru alebo tepelnými čerpadlami. Najmodernejšie energetické systémy zamerané na prácu šetriace zdroje súčasne využívajú niekoľko úrovní odvodu tepla: kotol na odpadové teplo, ekonomizér a obvod na odoberanie tepla s nízkym potenciálom.

Hlavné vlastnosti:

1. Typ motora: 12 alebo viac valcov s núteným vstrekovaním vzduchu, dvojúrovňový chladiaci okruh a výmenník tepla na výfukovom potrubí.
2. Typ generátora: Asynchrónny trojfázový kefový generátor.
3. Výkon: nad 1 MW.
4. Palivo: zemný plyn, biopalivo, propán-bután, pridružený ropný plyn.
5. Riadenie: plne automatizovaný prevádzkový post.
6. Dosiahnutie plnej kapacity: 4-5 hodín.

Dizajn, výroba a inštalácia energetických komplexov sa vykonáva individuálne. Úlohou každého projektu je najväčšia harmonizácia tepelných a elektrických záťaží zariadenia s výrobnou kapacitou komplexu. Výstavba elektrární sa zvyčajne uskutočňuje na kľúč. Hlavnými spotrebiteľmi sú obytné komplexy, energeticky náročné podniky, dátové centrá a zmenárne. Náklady na 1 kW vyrobenej energie – nie viac ako jeden a pol rubľov.

Kogenerácia malého rozsahu

Mini-kogeneračné jednotky pracujúce na plynných palivách sa začali objavovať v Rusku relatívne nedávno, napriek tomu preukázali vynikajúcu účinnosť. V súčasnosti na území Ruskej federácie pôsobí vyše 200 zariadení, z ktorých väčšina sa nachádza v odľahlých oblastiach. Hlavným argumentom pre inštaláciu zariadenia na kombinovanú výrobu tepla a elektrickej energie v zariadení je požiadavka úplnej autonómie alebo nemožnosti pripojenia k hlavným napájacím vedeniam. V tomto prípade je otázka ekonomickej uskutočniteľnosti položená na pozadí.

Výhodou mini-KVET je, že stanica vyrába elektrickú energiu, čo je takmer polovica ceny siete. Tepelná energia je pri výrobe úplne zadarmo, a preto jej spotrebiteľská hodnota spočíva výlučne v nákladoch na údržbu a prepravu zariadení na krátke vzdialenosti..

Vyhliadka na používanie zariadení na kombinovanú výrobu tepla a elektrickej energie všade je len otázkou času. Preto pri výstavbe bytových komplexov novej generácie otázka pripojenia k centralizovaným zdrojom tepla a elektriny za to vôbec nestojí. Keďže kvalita a spôsob zásobovania týmito zdrojmi nie je ešte žiaduce, nové budovy sú vybavené vlastnými energetickými systémami, z ktorých profitujú majitelia nehnuteľností aj ich užívatelia..

Rekonštrukcia inžinierskych sietí na použitie mini-CHP je spojená s mnohými ťažkosťami. V prvom rade ide o objemovú investíciu. Reštrukturalizácia energetického priemyslu malého podniku s tepelnou a elektrickou záťažou 2 MW bude stáť administratívu 20 miliónov rubľov. Druhým dôvodom nízkej distribúcie je problém nedostatku vlastnej siete inžinierskych komunikácií: ak sa upustia od centrálnych zdrojov dodávok tepla a energie, podnik bude musieť buď odkúpiť celú existujúcu infraštruktúru, alebo si vytvoriť vlastnú. Je to výhodné iba vtedy, ak sa energetické zdroje predávajú spotrebiteľom tretích strán..

Zariadenie generátorovej miestnosti pre GGE

Pokiaľ nebudeme hovoriť o nízkoenergetických generátoroch, nebude možné vykonať inštaláciu a uvedenie do prevádzky samostatne, so všetkým želaním. Je však celkom realistické pripraviť miestnosť alebo miesto na inštaláciu elektrárne: pomôže to čiastočne ušetriť drahé služby inštalačných organizácií..

Otvorené umiestnenie. Pri inštalácii zariadenia s elektrickým výkonom nad 500 kW bude potrebné nainštalovať betónovú platformu vybavenú prostriedkami pasívneho tlmenia vibrácií. Hlavnou výhodou otvoreného umiestnenia pohonnej jednotky je efektívne odvádzanie tepla a absencia potreby systému odsávania dymu. Na zvýšenie pohodlia obsluhujúceho personálu je na ovládacích paneloch a mechanickom bloku zabudovaný ochranný kryt.

Vnútorná inštalácia. Potreba úplnej izolácie elektrárne závisí od klimatickej konštrukcie zariadenia. Miestnosť musí mať moderné prívodné a výfukové vetranie a hasiaci systém. Výfukový systém dymu sú tvorené spalinami spárovanými so spoločnou hlavicou. Bude potrebné nainštalovať komín, ktorého priepustnosť a výška sa zvolí podľa odporúčaní výrobcu zariadenia. Požiadavky na budovy tepelných elektrární upravuje SNiP II-58-75.

Pripojenie a prevádzka

Elektráreň je poháňaná buď z valca pomocou špeciálneho reduktora, alebo hlavným plynom, ktorého tlak zodpovedá požadovaným parametrom. Na pripojenie k sieti musí byť elektráreň zaregistrovaná ako prídavné plynové zariadenie, ktoré sa vykonáva podľa štandardného postupu so zavedením zmien v projekte domácej dodávky plynu..

Plynový generátor je pripojený k elektrickej sieti prostredníctvom dvojpolohového vypínača, ak samotná inštalácia nezapne jednotku ATS alebo prostredníctvom obmedzovača výkonu, výkonového vypínača alebo odpojovača vedení s komplexom RZAiT. Je veľmi užitočné usporiadať internú meraciu jednotku na priame spínanie na generátorovej linke alebo na prúdových transformátoroch – pomôže to regulovať náklady na vyrobenú elektrinu a rýchlo sledovať spotrebu paliva..

Počas prevádzky je dôležité dodržiavať predpísaný prevádzkový režim, vyjadrený počtom hodín motora za deň. Elektrárne s výkonom nad 100 kW majú konštantný režim prevádzky 361 dní v roku, menej výkonné elektrárne môžu pracovať od 6 do 20 hodín denne. Počas prevádzky sa takmer všetky parametre monitorujú automaticky, v prípade poruchy sa motor zastaví alebo generátor vypne napájanie. Ďalšia diagnostika sa vykonáva v súlade s návodom na použitie.

Údržba a prijatie

Väčšina zariadení s plynovými piestami s kapacitou do 5 MW nevyžaduje stálu prítomnosť obsluhujúceho personálu. Monitorovanie a kontrola parametrov sa môže uskutočňovať prostredníctvom bezdrôtového spojenia, ale pravidelná kontrola sa musí vykonávať osobne. Údržba stanice spočíva v vykonávaní plánovaných opráv špecialistov servisných spoločností a udržiavaní normálnej hladiny oleja v motore. Nezávislý zásah do konštrukcie stanice nie je v podmienkach záručného servisu povolený. Od vlastníka sa vyžaduje iba zastavenie činnosti generátora počas plánovaných opráv alebo preprava nízkoenergetickej stanice do servisného strediska, ak je to potrebné..

záver

Odvetvie miestnej výroby elektrickej energie a tepla sa považuje za potenciál rozvoja na celosvetovej úrovni. Výroba energie týmto spôsobom je významným príspevkom k zachovaniu svetových rezerv fosílnych palív a poskytne dostatok času na úplný prechod k ťažbe elektriny a tepla z obnoviteľných zdrojov..

Hlavným problémom miestneho využívania elektrární je udržiavanie environmentálnej bezpečnosti v mestskej oblasti. Ale aj táto nevýhoda sa dá veľmi ľahko odstrániť pri použití zariadení, ktoré absorbujú produkty spaľovania zemného plynu.

Pre bežných občanov sú plynové elektrárne vynikajúcou príležitosťou na zníženie ceny elektrickej energie o takmer polovicu av prípade potreby využívajú takmer bezplatné centralizované vykurovanie..