Отличие газопоршневой электростанции от газотурбинной: что лучше?

На предприятиях различных мощностей крайне важно наличие стабильного электричества. Из-за огромного количества потребления электроэнергии центральную магистраль использовать не выгодно. Чаще она требуется как дополнительный источник. При этом не во всех регионах она доступна. Нередко предприятия и производственные мощности возводятся в некоторой отдаленности от городов, а потому вопрос в обеспечении электричества в нужном объеме стоит остро. В итоге встает вопрос, что лучше: газопоршневая электростанция или газотурбинная.

Газопоршневая и газотурбинная установки: описание

1. Газопоршневая электростанция представляет собой систему генерации электроэнергии с поршневым двигателем внутреннего сгорания. Он может работать как на природном, так и другом виде горючего газа в зависимости от модели и производителя. При этом во время работы установки происходит выработка одновременно двух типов энергии (когенерация): тепловой и электрической.

Газотурбинная электростанция также работает по принципу когенерации, вырабатывая электрическую и тепловую энергию одновременно. В установке используется от одного до нескольких газотурбинных двигателей, которые связаны с электрогенератором. При этом все оборудование объединено общей системой управления, образуя единый энергетический комплекс.

2. Газопоршневой генератор работает, как и двигатель внутреннего сгорания: в установке происходит сгорание топлива, которое при этом расширяется, за счет чего происходит передача энергии поршню. От этого начинает двигаться коленвал, передавая энергию генератору.

Газотурбинный двигатель использует воздух с газом для работы. Когда они смешиваются, происходит образование топлива, которое впоследствии сгорает. В результате газ под давлением передает на лопасти турбин энергию, приводящую в движение сам вал.

3. Существенным отличием между этими установками является инерция. Поршень по инерции, когда проходит мертвую точку, возвращается в начальное положение, после которого происходит момент перегрузки. Несмотря на то, что лопасти подвергаются нагрузкам от газа, инерции у турбин нет. Благодаря этому увеличивается количество оборотов коленвала.

4. Газотурбинные двигатели, несмотря на свою более высокую мощность, имеют чуть более низкий коэффициент полезного действия. Это обусловлено рассеиванием энергии, которая вырабатывается газом, во время работы турбин. В определенный момент нагрузки становятся максимальными, что приводит к снижению ресурса работы после каждой остановки/запуска агрегата. Газопоршневые двигатели такой проблемы не имеют.

Критерии подбора установок

Для выработки электрической и тепловой энергии на предприятии и производственных мощностях могут использоваться различные установки. Здесь важна консультация экспертов-инженеров, которые помогут сделать необходимые расчеты и разработать проект под поставленные цели. Подробнее об этом вы можете узнать у нашего менеджера.

Главные критериями при выборе агрегатов выступают следующие:

• Насколько просто использовать агрегат.
• Как проводится техобслуживание и ремонт.
• Где должен проводиться ремонт установки.
• Какой расход топлива.
• Сколько затрат потребуется на использование.
• Через сколько времени установка полностью себя окупит.

На рынке представлено огромное количество моделей. Поэтому важно разобраться, какая из них больше подойдет конкретно к вашему предприятию. Для этого требуется помощь инженеров и опытных экспертов.

Эксплуатационные затраты на установки

Каждый механизм требует к себе бережного отношения. Со временем он выходит из строя и требуется ремонт. Так, стоимость капремонта газопоршневого двигателя может достигать 30-35% от изначальной цены оборудования. Капитальный ремонт при этом включает в себя замену всей поршневой группы. Восстановление производится непосредственно на предприятии раз в 7 лет. При этом не требуется сложная диагностика или специализированное оборудование.

Стоимость восстановления газотурбинной установки может обойтись в 30-50% от первоначальной цены. При этом ремонт без снятия с объекта зачастую произвести не получится, так как агрегат имеет значительные технические сложности. Для процедуры поставщик вывозит сломанный блок и привозит замену. Старый модуль восстанавливается исключительно в заводских условиях.

Особенности эксплуатации

Для автономных газотурбинных электроустановок используют турбины промышленного назначения. Они способны работать непрерывно при разных показателях нагрузки.

Минимально допустимая электронагрузка, официально заявленная производителями промышленных турбин, должна быть в пределах 3-5%. Однако при таком режиме будет значительно увеличен расход газа – на 40%. Максимум они способны выдерживать краткосрочные интервалы с нагрузкой в 110-120%.

Газопоршневые электростанции отличаются значительной экономичностью, обеспечивая крайне высокий электрический КПД. Нюансы, возникающие из-за минимальных нагрузок, можно решить еще на этапе разработки проекта. Мы можем учесть все нюансы при проектировании, обеспечив стабильную работу системы практически в любых условиях.

Соблюдая рекомендации завода-изготовителя по эксплуатации газопоршневой установки, можно значительно продлить срок службы. При этом владелец сможет сэкономить на ремонте. В редких случаях для вывода газопоршневых установок на номинальную работу при частичных нагрузках, при проектировании включают несколько электрических котлов. Они обеспечивают нужные 50% нагрузки.

Оптимально при разработке автономных электростанций с газопоршневыми двигателями и газовыми турбинами соблюдать правило «N+1», где N – число действующих установок. Дополнительная будет выступать в качестве резерва. Это поможет обеспечивать выработку электроэнергии даже, если одна установка находится в ремонте или на обслуживании, без потери мощности.

Зависимость мощности агрегата от температуры внешней среды

Во время сильного повышения температуры во внешней среде, мощность газотурбинной установки упадет. При этом, если температура снижается, то мощность будет расти. Согласно стандартам ISO, ее измеряют при показателях в +15℃.

Газотурбинный агрегат может отдавать в 1,5 раза больше тепла, по сравнению с газопоршневой системой. При использовании мощной автономной ТЭЦ в коммунальном хозяйстве, это становится ключевым аспектом выбора. Особенно, если требуется большое и равномерное потребление.

За счет значительной температуры на выходе из газотурбинных агрегатов, можно задействовать паровую турбину. Она необходима, если требуется получение максимального количества электроэнергии при равнозначном объеме затраченного газа. Благодаря этому достигается высокий электрический КПД – до 59%. Однако энергетический комплекс в таком исполнении будет не только сложнее в использовании, но обойдется дороже на 30-40%.

Показатель КПД у установок

Одним из важных критериев, который показывает, что лучше: газопоршневая электростанция или газотурбинная, является КПД. Он также оказывает влияние на расход газа. В среднем на 1 кВт/ч расход топлива у газотурбинного агрегата ниже, нежели у газопоршневого. Однако последней длительные нагрузки, которые будут меньше 25% крайне нежелательны.

Также здесь нужно учитывать полноту сгорания топлива. При сгорании топлива происходит основная работа – вращение электрогенератора. Оставшаяся энергия переходит в тепловую, которую также можно использовать на предприятии. В такой ситуации КПД будет составлять уже 80-90%. Отметим, что если снизить нагрузку газотурбинной установки до 50%, то электрический КПД упадет.

Помимо этого, турбинам необходимо высокое давление на входе, для чего требуется установка компрессоров, что приводит к увеличению расхода топлива. При сравнении систем с турбинными и поршневыми установками, показывается, что использование турбин целесообразно только при линейных потребностях в тепле и электричестве, мощность которых не превышает 40 МВт.

Газопоршневая система расходует на 25-30% меньше газа, чем агрегат с турбинами. Соответственно, при аналогичных параметрах оборудования и их стоимости, выгоднее задействовать поршневые установки. Мы можем подробнее вас об этом проконсультировать. Позвоните нам по указанным на сайте телефонам, и мы ответим на все вопросы.

Влияние установок на экологию

При разработке и выборе важным параметром учета является загрязнение окружающей среды от работы автономной электростанции. Поршневые агрегаты в этом вопросе уступают газотурбинным, ведь при выгорании моторного масла происходит выброс токсичных веществ чуть больше. Однако показатели не критичны.

Можно запросить в СЭС уровень фона по ПДК, где будет расположена автономная электростанция. Дополнительно производится расчет рассеивания с условием, чтобы выбросы токсичных веществ не провоцировали рост ПДК. Рассчитывается необходимая высота дымовой трубы, обеспечивающая соблюдение СанПиНа. Отметим, что при мощности в 16 мВт, выбросы NO2 не критичны: если дымовая труба будет в 30 м, то ПДК составит 0,2, когда как при 50 м он снизится до 0,1.

Также стоит учитывать производство вибраций и шумов от установок. Оба вида вырабатывают шум в некотором диапазоне частот. Однако данная проблема решается с помощью соответствующих инженерных изысканий. Здесь делается дополнительный акустический расчет для определения соответствия требованиям СанПиНа.

В заключение

При равномерных нагрузках и обеспечении правила «N+1» газопоршневые агрегаты могут выступать главным источником энергоснабжения на предприятии. Однако здесь также нужно установить резервные агрегаты с емкостями для дополнительного топлива – дизеля. При мощностях до 50 МВт применение поршневых двигателей полностью оправдано. Наряду с этим потребитель может полностью отказаться от внешнего источника электроснабжения. Однако в такой ситуации нужно учесть абсолютно все нюансы. Также поршневые генераторы можно использовать как резервный или аварийный источник энергоснабжения.

Использовать газотурбинные агрегаты можно при нагрузках в 14-15 МВт. Однако значительный расход топлива не оправдается. Лучше использовать данные установки при мощностях – 50-70 МВт.

Срок службы у обоих установок относительно равнозначный. Если соблюдать график планового техобслуживания и поэтапную замену запчастей, то системы могут выдерживать 200 тысяч моточасов при газотурбинных установках и свыше 200 тысяч при газопоршневых.

Выбирая силовые агрегаты для будущей автономной электростанции, обязательно проконсультируйтесь у наших специалистов. Они также понадобятся во время строительства и запуска. Наша компания имеет достаточный опыт и большое количество реализованных проектов с газопоршневыми установками.

Мы поможем компетентно и непредвзято выбрать основное и дополнительное оборудование с нужной конфигурацией. Благодаря этому вы сможете сберечь от 10% затрат на возведение.