Монтаж и установка газопоршневых генераторов и электростанций (ГПУ): нюансы

Итак, газопоршневые генераторные установки, или в дальнейшем ГПУ установка, работают следующим образом:

1. Подача газового топлива. В качестве источника энергии для газопоршневой установки может использоваться газ. Однако, это не только обыденный для нас пропан. ГПУ, например, может использовать любой природный газ, факельный, коксовый, попутный и другие разновидности. Кроме того, при наличии специального перерабатывающего завода, ГПУ может работать от метана, который, в больших количествах, выделяют мусорные свалки.  
2. Переработка в энергию. Газ, который поступает в систему, попадает в двигатель внутреннего сгорания, который, благодаря поршневой системе, вырабатывает электрический потенциал, возбуждающий работу генератора переменного тока. Двигатель внутреннего сгорания должен иметь не только систему непрерывной подачи воздуха (требуется для работы поршней), но и иметь возможность непрерывно использовать холодную воду для охлаждения. Так работают все, как большие агрегаты, так и газопоршневые установки малой мощности.Единственное, что хочется заметить, так это тот факт, что не все ГПУ умеют вырабатывать электрический ток. Некоторые из них могут вырабатывать тепло и отапливать большие помещения дешевой тепловой энергией. Что касается работы двигателя, отметим, что он обязательно должен иметь систему отвода газов, в которой должен быть предусмотрен шумопонижающий механизм. Есть системы, в которых сжигание попутного нефтяного газа в газовой электростанции, контролируется не только водой, но и специальной охлаждающей жидкостью.
3. Выход энергии переменного тока. Энергия переменного тока может быть получена с генератора. Как известно, принцип работы электрогенератора очень прост — он преобразует механическую энергию двигателя, в электрическую, посредством сил электромагнитной индукции. В конструкции генератора газопоршневой установки предусмотрена система защиты, понижающая коммутационный ток оборудования, а также сглаживающая синусоиду тока так, что она ничем не отличается от синусоиды электрического переменного тока из розетки в вашем доме.

Подводя итог этой статьи, отметим, что для работы данного типа оборудования очень важно наладить систему выхода горячей воды. Как правило, на небольших предприятиях, расположенных вдали от водоема, делают специальные резервуары, в которых вода остывает, а затем снова поступает в работу 

Типовые требования к помещению для генераторной установки

Помещение для установки ГПУ должно быть отапливаемым, температура внутри не должна опускаться ниже +5°С. В помещении должны быть обеспечены меры противопожарной безопасности, электробезопасности и меры по соблюдению санитарных норм. Для укладки силовых и коммутационных кабелей в полу должны быть предусмотрены кабельные каналы. Для ввода кабелей в помещение электрощитовой должны быть выполнены отверстия в соответствии с диаметром кабелей и требованиями ПУЭ по прокладке силовых кабельных линий. Если в комплект поставки не входит автоматы защиты для подключения ГПУ (панели управления и щита коммутации нагрузки ГПУ) должен быть установлен распределительный щит с входным и выходным защитными автоматами.

Размер дверного проема должен соответствовать габаритам генераторной установки, если не соответствует, стоит предусмотреть строительные работы, если это возможно. 

 Компоновка помещения должна обеспечить беспрепятственное размещение оборудования. Дизель-генератор необходимо размещать с учетом удобства эксплуатации и ремонта. При этом следует соблюдать следующие минимальные расстояния от выступающих частей корпуса агрегата до ограждающих элементов зданий. — от переднего торца дизеля мощностью: до 500 кВт — 1 м, свыше 500 кВт -2 м; — от торца генератора — 1,2 м (уточняется в проекте с учетом выема ротора); — между дизель-генераторами и от стены до агрегата со стороны обслуживания — 1,5 м; — от стены до необслуживаемой стороны агрегата — 1 м. Допускается местное сужение проходов обслуживания газового генератора до 1 м на участке длиной не более 1 м. Следует учесть радиус открытия дверей технического обслуживания ГПУ установленный в кожухе. 

Следует предусмотреть пополнение запасов топлива, замена масла и охлаждающей жидкости.

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.

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.

Газопоршневые установки и актуальные цены на них

Конечная цена газопоршневых установок привязана к бренду и стране изготовителю. Также на стоимость модели влияет ее мощность, уровень комплектации и качество сборки. Газопоршневые электростанции находятся в ценовом диапазоне от 400 до 2000 евро за 1 МВт установленной электрической мощности. Специализированные инжиниринговые компании выполняют проекты по строительству газопоршневой электростанции любого уровня сложности «под ключ». Львиную долю в структуре затрат на электростанцию на базе ГПУ занимают силовые агрегаты (50-60%). Остальные средства уходят на комплектацию дополнительными устройствами, выполнение проектных и пуско-наладочных работ.

При помощи инжиниринговой компании можно спроектировать и привязать газопоршневые установки к объекту энергоснабжения. Такие сертифицированные организации разработают качественные чертежи, обеспечат объект генерации проектом подвода газового топлива и, в конечном итоге, введут ГПУ в эксплуатацию. Далее квалифицированные инженеры обучат рабочий персонал и организуют систему поставок расходных материалов по оптимальным ценам. Компания, специализирующаяся на предоставлении инженерно-технических услуг, не всегда привязана к одному бренду или марке электрической станции. Подбор оборудования осуществляется с учетом потребностей клиентов. Заказчик, в конце концов, может самостоятельно выбрать определенный бренд.

Заключение сделки между компанией и потребителем сопровождается многократными встречами и консультациями специалистов. При возведении электростанции наиболее оптимален вариант строительства «под ключ». Такой подход к делу сэкономит не только средства, но и драгоценное время. Клиент всегда может рассчитывать на внешний экспертный контроль ценообразования поставок и строительства.

Что выбрать? Газопоршневые или газотурбинные установки?

Как соотносятся мощность силовых агрегатов электростанций и температура окружающей среды?

При значительном повышении температуры окружающей среды мощность газотурбинной установки падает. Но при понижении температуры электрическая мощность газотурбинной установки наоборот, растет. Параметры электрической мощности, по существующим стандартам ISO, измеряются при t +15 °C.

Иногда важным моментом является и то, что газотурбинная установка способна отдать в 1,5 раза больше бесплатной тепловой энергии, нежели поршневой агрегат аналогичной мощности. При использовании мощной (от 50 МВт) автономной ТЭЦ в коммунальном хозяйстве, например, это может иметь определяющее значение при выборе типа силовых агрегатов, особенно при большом и равномерном потреблении именно тепловой энергии.

Наоборот, там где тепло не требуется в больших количествах, а нужен акцент именно на производстве электрической энергии, будет экономически целесообразнее использование газопоршневых установок.

Высокая температура на выходе газотурбинных установок позволяет использовать в составе электростанции паровую турбину. Это оборудование бывает востребованным, если потребителю необходимо получить максимальное количество электрической энергии при одном и том же объеме потраченного газового топлива, и таким образом достичь высокого электрического КПД — до 59%. Энергокомплекс такой конфигурации сложнее в эксплуатации и стоит он на 30-40% дороже обычного.

Электростанции, имеющие в своей структуре паровые турбины, как правило, рассчитаны на довольно большую мощность — от 50 МВт и выше.

Система удаления отработанных газов

         Отвод отработанных газов двигателя должен осуществляться наружу через правильно спроектированную выпускную систему (в комплект поставки не входит), которая не создавала бы излишнего противодавления на двигатель. При установке газоотводной трубы необходимо учесть ряд условий, таких как результирующие потери мощности, изоляция, подвеска, уровень шума, загрязнение и т.д. Размещение выхлопной магистрали должно обеспечивать защиту от попадания на его поверхность капель ГСМ и любых других горючих предметов. Отвод газов производить в хорошо проветриваемое место в соответствии с требованиями местных санитарных служб. Выход отводящей трубы необходимо защитить от попадания атмосферной влаги. Основные составляющие системы по удалению отработанных газов.  

Трубы

Поговорим о самом главном: газопоршневые установки против газотурбинных силовых агрегатов — КПД

КПД силовой установки более чем актуален — ведь он влияет на расход топлива. Средний удельный расход газового топлива на 1 выработанный кВт/час значительно меньше у газопоршневой установки, причем при любом режиме нагрузки (хотя длительные нагрузки менее 25% противопоказаны для поршневых двигателей).

Электрический КПД поршневых машин составляет 40–44%, а газовых турбин — 23–33% (в парогазовом цикле турбина способна выдать КПД достигающий 59%).

Парогазовый цикл применяется при высокой мощности электростанций — от 50-70 МВт.

Если Вам надо изготовить локомотив, самолет или морское судно, то можно считать одним из определяющих показателей именно коэффициент полезного действия (КПД) силовой установки. Тепло, которое получается в процессе работы двигателя локомотива, самолета (или судна) не используется и выбрасывается в атмосферу.

Но мы строим не локомотив, а электростанцию и при выборе типа силовых агрегатов для автономной электростанции подход несколько иной — здесь необходимо говорить о полноте использования сгораемого топлива — коэффициенте использования топлива (КИТ).

Сгорая, топливо производит основную работу — вращает генератор электростанции. Вся остальная энергия сгорания топлива — это тепло, которое можно и нужно использовать. В этом случае так называемый, «общий КПД», а вернее коэффициент использования топлива (КИТ) электростанции будет порядка 80-90%.

Если потребитель рассчитывает использовать тепловую энергию автономной электростанции в полном объеме, что обычно маловероятно, то коэффициент полезного действия (КПД) автономной электростанции не имеет практического значения.

При снижении нагрузки до 50% электрический КПД газовой турбины снижается.

Кроме того, турбинам требуется высокое входное давление газа, а для этого обязательно устанавливают компрессоры (поршневые) и они также повышают расход топлива. Сравнение газотурбинных установок и газопоршневых двигателей в составе мини–ТЭЦ показывает, что установка газовых турбин целесообразна на объектах, которые имеют равномерные электрические и тепловые потребности при мощности свыше 30-40 МВт.

Из вышесказанного следует, что электрический КПД силовых агрегатов разных типов имеет прямую проекцию на расход топлива.

Газопоршневые агрегаты расходуют на четверть, а то и на треть меньше топлива, чем газотурбинные установки – это основная статья расходов!

Соответственно, при схожей или равной стоимости самого оборудования более дешёвая электрическая энергия получается на газопоршневых установках. Газ — это основная расходная статья при эксплуатации автономной электростанции!

Комплекс работ по вводу в эксплуатацию ГПУ

        Строительно-монтажные работы — Строительство помещения для ГПУ или переделка в соответствии с проектом уже существующего помещения.

— Устройство фундамента под ГПУ (отдельно стоящий, изолированный от несущих конструкций здания) или устройство площадки под контейнерную ГПУ.

— Монтаж ГПУ на фундамент.

— Устройство проемов под жалюзи и выхлопной трубопровод.

— Монтаж вспомогательного оборудования (впускные и выпускные жалюзи, глушитель газовыхлопа, дополнительный бак).

— Изготовление и монтаж выхлопного трубопровода и трубопровода обвязки дополнительного бака (если есть).

— Испытание и сдача заказчику работ.

     Электромонтажные работы — Монтаж шкафа AВР, защитных автоматических выключателей, ручных переключателей, электроприводов жалюзи.

— Подготовка подключения AВР к сети

— устройство силового кабеля с постановкой наконечников, сборка схемы подключения (без подключения к сети). Маркировка кабеля.

— Подключение ГПУ к шкафу AВР силового и контрольного кабеля (в каналах, коробах, воздушные линии или траншеях в зависимости от проекта) с установкой наконечников, в случае необходимости. Маркировка кабеля.

— Подключение электроприводов жалюзи к ГПУ, устройство кабеля в коробах, по лоткам, в кабельных каналах — в зависимости от проекта. Маркировка кабеля.

— Устройство контура заземления или подключение ГПУ к существующему контуру заземления.

— Проведение испытаний кабельных линии и контура заземления и сдача работ заказчику и заинтересованным организациям.

     Пуско-наладочные работы — Контроль соответствия выполненных работ проекту. Контроль сдаточной документации.

— Проверка правильности электрических соединений, прозвонка при необходимости.

— Контроль заправки ГПУ рабочими жидкостями (масло, тосол, газовое топливо, электролит в аккумуляторных батареях).

— Подключение ГПУ к сети.

— Проведение проверок в соответствии с ПУЭ, требованиями завода — изготовителя.

— Проведение испытания ГПУ на всех режимах со снятием характеристик (регулировка выходных характеристик в случае необходимости).

— Сдача работ заказчику с оформлением актов ввода в эксплуатацию.

— Передача инструкций по эксплуатации оборудования Заказчику.

Газопоршневые моторы против газотурбинных установок — экология

Каким образом выполняются требования по экологии?

Надо отметить, что газопоршневые установки уступают газотурбинным агрегатам по уровню выбросов NO_x. Так как моторное масло выгорает, поршневые агрегаты имеют уровень вредных выбросов в атмосферу чуть больший, чем у газотурбинных агрегатов.

Но это не критично: в СЭС запрашивается уровень фона по ПДК в месте расположения мини-ТЭЦ, После этого делается расчёт рассеивания с тем, чтобы «добавка» вредных веществ от мини-ТЭЦ добавленная к фону не привела к превышению ПДК. Путём нескольких итераций подбирается минимальная высота дымовой трубы, при которой соблюдаются требования СанПиН. Добавка от станции 16 МВт по выбросам NO_x не столь значительна: при высоте дымовой трубы 30 м — 0.2 ПДК, при 50 м — 0.1 ПДК.

Уровень вредных выбросов от большинства современных газотурбинных установок не превышает значение 20-30 ppm и в каких-то проектах это может иметь определенное значение.

Поршневые установки при работе имеют вибрации и низкочастотный шум. Доведение шума до стандартных значений возможно, просто необходимы соответствующие инженерные решения. Помимо расчёта рассеивания при разработке раздела проектной документации «Охрана окружающей среды» делается акустический расчёт и проверяется: удовлетворяют ли выбранные проектные решения и применяемые материалы требованиям СанПиН с точки зрения шума.

Любое оборудование излучает шум в определенном спектре частот. Газотурбинные установки сия чаша не миновала.

Преимущества перед биогазом сбраживания

Размеры под установку на много меньшие – всё в контейнерах. Её отличие от аналогичных установок в том, что она является модульно-серийной, а не изготавливается по отдельному проекту. Это позволило существенно уменьшить габариты и массу

Автономные, модульные, мобильные, в габаритах 6 и 12-ти метрового морского контейнера – установки не требуют подключения к инженерным сетям, сложных подготовительных строительных работ. Модульность установки позволяет наращивать, либо менять её возможности в процессе эксплуатации. Комплексы изготавливаются как заводское изделие, проходят испытания в цехах производителя, имеют паспорт и инструкцию по эксплуатации и подлежат упрощенному порядку согласования в органах технического надзора. Таким образом, вам не нужно выделять большие площади и вести дорогостоящее и долгое по времени строительство. Комплекс приходит к вам уже укомплектованный и требует только пуско-наладки на месте. Самое главное преимущество пиролизной технологииВажно: при переработке отходов по технологии пиролиза не имеют значения присутствие в сырье посторонних химических веществ, угнетающих выработку биогаза. Практически не меняется кол-во вырабатываемой энергии от состава навоза: разные птицы — молодняк, потом подрост, разный корм, добавки антибиотиков, прививки

Почему любые предприятия, изготавливающие биогазовые установки брожения не могут дать гарантии на конечный продукт?(количество газа, стабильность работы). Вы привили птицу или КРС – и все – тонкая технология брожения остановилась. Этого недостатка лишена технология пиролиза. Всё равно что жечь – помет(навоз) с отравой добавок(прививок) или нет.

В конце процесса получается зола — столько, сколько зольность на сухое вещ-во у помета. Из помета золу можно использовать как удобрение минеральное. Точный состав может показать анализ. В договоре можем дать гарантию на кол-во вырабатываемого газа и кол-во вырабатываемого электричества, в случае проведения анализа вашего сырья. Технология пиролиза позволяет провести испытания на Вашем сырье перед принятием решения об инвестировании.

С подготовкой отчетов, анализов, и с выдачей соответствующих гарантий по выходам продукции (электро и тепло энергия). Для этого необходимо выслать к нам 6000-7000 кг вашего сырья и оплатить эти работы. Чтобы вам не тратить деньги с неизвестным результатом – можем дать предварительную гарантию в диапазоне +-20%.

Анализ даст более точные цифры. Если вы заполните подробно опросный лист — получите бесплатно расчет вашего варианта ТКП. Предварительно подтверждаем, что с 1 тонны подготовленного сырья(или с 1,44 тонны неподготовленного) вы будете иметь 2000 м3/час газа. Что даст вам с 1 тонны подготовленного: 1000-850 квт/час ээ + 2000-1700 квт/час тепловой (когенерация энергии). Обслуживание будет стоить примерно 350 тыс.руб в год (первый год бесплатно). Установка тратит на собственные нужды 150 квт/час ээ. Это то, что мы можем гарантировать с точностью +-20%. Для уточнения – необходим анализ сырья.

Заключение

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.