Газопоршневой агрегат или микротурбинная установка? Газовые электростанции. Автономный источник энергии в большом диапазоне мощности

Введение

Газопоршневая установка с утилизацией тепловой энергии представляет собой газопоршневой двигатель или двигатель внутреннего сгорания (рис.1), с помощью которого на валу генератора вырабатывается электрическая энергия, а тепловая энергия (горячая вода или пар) получается при утилизации отработанной в двигателе газовоздушной смеси с помощью теплообменника.

В ГПА максимальный общий КПД составляет 80-85% (электрический КПД около 40%, тепловой - 40-45%). Отношение электрической мощности к тепловой составляет 1:1,2. Электрическая мощность единичного блока ГПА может быть от 1 до 16 МВт, а, учитывая тот факт, что установки могут работать параллельно, требуемая потенциальному заказчику мощность практически не ограничена. Стоит заметить, что данные параметры могут значительно отличаться в зависимости от фирмы-производителя и конкретного проекта, в т.ч. минимальная и максимальная мощность единичного блока (они могут изготавливаться производителем на заказ).

В настоящее время ГПА применяются различными предприятиями (в т.ч. промышленными и энергоснабжающими), медицинскими и административными зданиями, крупными гостиницами, торговыми, спортивными, офисными центрами и т.д.

Стоит отметить, что ГПА с успехом внедряются на буровых платформах и скважинах, шахтах, очистных сооружениях, в качестве резервного, вспомогательного или основного источника электроэнергии. Это происходит из-за того, что в ГПА могут использоваться следующие виды газа:

• пропан-бутановые смеси;
• природный (сжиженный, сжатый, магистральный);
• попутный газ нефтяных скважин;
• промышленный (пиролизный, коксовый, шахтный);
• биогаз;
• и т.д.

При реконструкции энергообъектов или новом строительстве можно выделить несколько компоновочных решений внедрения ГПА:

• 1. Строительство ГПА на отдельной площадке, новое строительство.
• 2. Установка ГПА в действующей котельной, в виде надстройки.

Сравнение ГПА и газотурбинной
установки (ГТУ)

Основным плюсом ГПА по сравнению с ГТУ является ее устойчивость к снижению электрической нагрузки. При уменьшении нагрузки до 50%, электрический КПД ГТУ значительно снижается. Для ГПА такое же изменение режима нагрузки практически не влияет как на общий, так и на электрический КПД. При повышении температуры окружающего воздуха от -30 до +30 О С электрический КПД у ГТУ падает на 15-20%. ГПА в свою очередь имеет более высокий и постоянный электрический КПД во всем интервале температур.

Удельный расход топлива на выработанный кВт·ч электроэнергии меньше у ГПА, при любом нагрузочном режиме. Это объясняется тем, что электрический КПД ГПА больше. При одинаковых электрических мощностях, выработка тепловой энергии у ГТУ выше, поэтому в некоторых случаях для потенциального потребителя это может являться немаловажным фактором.

При строительстве ГПА требуется значительно больше места, чем при строительстве ГТУ, хотя отпадает необходимость строительства компрессора для дожима газа на входе в агрегат. Снижение давления газа уменьшает охранную зону установки, тем самым создается возможность эксплуатации в зоне жилой застройки.

ГПА в отличие от ГТУ чаще требуется останавливать для технического обслуживания. Как правило, капитальный ремонт ГПА производится на месте, а ГТУ транспортируется на специальный завод.

Данное сравнение является условным и выбор того или иного технического решения зависит от конкретного проекта и характеристик оборудования различных фирм-производителей.

Опыт ЗАО «Волгоэлектросеть-НН»
при эксплуатации мини-ТЭЦ
микрорайона «Октябрьский»
в г. Бор Нижегородской обл.

Основные технико-экономические показатели проекта мини-ТЭЦ микрорайона «Октябрьский» в г. Бор:

• 1. электрическая и тепловая мощность 4,2оМВт и 14,85 МВт соответственно;
• 2. генерирующее оборудование - четыре параллельно работающие ГПА (рис. 2);
• 3. теплогенерирующее оборудование - четыре параллельно работающие модуля-утилизации тепла ГПУ и два водогрейных котла;
• 4. напряжение генераторов составляет 10 кВ;
• 5. утилизированная ТЭ поступает в муниципальные тепловые сети на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения (ГВС) микрорайона «Октябрьский»;
• 6. выдача мощности в энергосистему ОАО «Нижновэнерго» на напряжении 35 кВ: на две распределительные подстанции 110/35/10 кВ и две распределительные подстанции 35/10 кВ;
• 7. возможность резервного, изолированного от энергосистемы, электроснабжения потребителей от одной подстанции;
• 8. блочно-интегральная компоновка оборудования;

• 9. полностью автоматизированный технологический процесс управления, оперативный персонал смены - 2 чел.;

• 10. строительство объекта выполняется двумя технологическими очередями; на первой очереди в работу были введены две когенерационные установки (электрическая мощность - 2 МВт, тепловая - 2 Гкал/ч);

• 11. объем капитальных затрат на строительство объекта - 160 млн руб. (первая очередь 80 млн руб.);
• 12. состав финансовых средств, привлекаемых для строительства объекта: 50% - собственные средства, 50% - средства кредитных организаций;
• 13. тарифы на производимую ЭЭ и ТЭ на 10-15% ниже утвержденных для организаций и предприятий в данном районе;
• 14. срок эксплуатации оборудования до капитального ремонта - не менее 64 тыс. ч (~8 лет);
• 15. срок окупаемости проекта 4-5 лет в зависимости от стоимости энергоносителей.

Опыт ОАО «Башкирэнерго»
при эксплуатации ГПА

В рамках программы оснащения санаторно-курортных учреждений Республики Башкортостан автономными источниками энергоснабжения, в декабре 2003 г. в санатории «Юматово», расположенном вблизи г. Уфа, была пущена мини-ТЭЦ с одним агрегатом «Йенбахер» (J320GS-N.LC), аналогичным уже используемым двум на мини-ТЭЦ «Красноусольск». Для нового развивающегося курорта «Ассы», расположенного в горном Белорецком районе Башкортостана, тендер на поставку аналогичного по характеристикам оборудования выиграла, благодаря гибкой ценовой политике, фирма «Катерпиллер».

Ввод в эксплуатацию ГПА мини-ТЭЦ «Ассы» с двумя агрегатами CAT G3516 электрической мощностью по 1,03 МВт произведен в начале 2004 г.

В марте 2004 г. начата эксплуатация ГП электростанции средней мощности - Зауральской ТЭЦ в г. Сибае, электрической мощностью 27,4 МВт, состоящей из 10 агрегатов «Йенбахер» (JMS620GS-G.LC). Необходимость строительства этой ТЭЦ была обусловлена дефицитом электрической мощности в Башкирском Зауралье, запитываемом от соседних областей (Челябинской и Оренбургской). Выбор ГПА технологии для Зауральской ТЭЦ был выполнен на конкурсной основе в конкуренции с альтернативными газотурбинными установками. На сегодняшний день - это самая крупная газопоршневая ТЭЦ на постсоветском пространстве, уникальный для российской энергетики объект. Тепловая мощность подбиралась исходя из возможности круглогодичного обеспечения нагрузки ГВС курортов и г. Сибай с учетом ее суточного колебания, а в отопительный период - с возможностью выдачи тепла в контур отопления параллельно существующим котельным.

С 2003 по 2005 гг. установленная электрическая мощность газопоршневых ТЭЦ возросла с 3,818 до 34,251 МВт, количество ГП агрегатов - с 4-х до 17-ти.

Выводы

При выборе ГПА следует уделять внимание различным характеристикам, потому что в зависимости от конкретного поставщика могут существенно отличаться следующие факторы: надежность, КПД, экологичность, наличие или отсутствие шумоизоляции, сроки поставки оборудования и запасных частей в случае поломки и т.п. Особое внимание следует уделять иностранным производителям, т.к. сроки поставки самого оборудования или запасных частей из-за рубежа могут быть довольно большими, что повлечет простой оборудования.

Заказчикам рекомендуется проводить тендеры или конкурсы и всегда помнить, что помимо затрат на основное оборудование мини-ТЭЦ (не только ГПА) следует учитывать стоимость всего проекта внедрения установки. Потенциальный заказчик не всегда правильно оценивает издержки, возникающие в процессе внедрения мини-ТЭЦ, потому что стоимость всего проекта (помимо основного оборудования) может быть во много раз больше. Издержки по всему проекту могут включать в себя следующие факторы: подключение к газораспределительным сетям, установка шумо-изоляции, строительство трансформаторных подстанций и линий электропередач, прокладка трубопроводов для передачи тепловой энергии, водоочистные и водоподготовительные сооружения и многое другое.

До начала и принятия положительного решения по утверждению проекта необходимо рассмотреть следующие очень важные задачи:

• определить стоимость присоединения к сетям электроснабжения, в случае если планируется режим параллельной работы с энергосистемой, а также выбрать и согласовать с собственником сети и системным оператором точки подключения к энергосистеме, определить режим работы мини-ТЭЦ и схему выдачи мощности в энергосистему;
• определить стоимость и наличие технической возможности присоединения к газораспределительным сетям;
• определить стоимость и способ утилизации ТЭ (новый источник, источник, замещающий мощность существующего, источник с параллельной работой с существующим энергетическим объектом).

При подготовке статьи о ГПУ были использованы статьи, опубликованные в журнале «Новости
теплоснабжения» и на портале «Тригенерация.ру» (

Газопоршневый двигатель - это двигатель внутреннего сгорания с системой внешнего образования топливно-воздушной смеси и искровым зажиганием. В качестве топлива использует природный магистральный газ и др. виды газового топлива, что обеспечивает экономичность, высокий ресурс работы и минимальный уровень шума. В данной статье мы рассмотрим, что представляет собой газопоршневый двигатель, принцип работы и его особенности.

Основные элементы и принцип работы газопоршневого двигателя

Как и у любого ДВС, у газопоршневого двигателя принцип действия основан на сгорании топливовоздушной смеси и поступательном движении поршней за счет энергии расширяющихся газов. С помощью кривошипно-шатунного механизма поступательное движение поршней преобразуется во вращательный выходного вала двигателя.В схеме подачи газа в газопоршневых двигателях основную роль играет газораспределительный механизм, подача газа осуществляется из магистрали или баллонного оборудования.

Чаще всего данный вид двигателей применяется в качестве основного элемента электрогенератора. Так, современные газопоршневые электростанции, характеристики потребления топлива которых делают их наиболее выгодными из всех решений автономного энергообеспечения. Дополнительным преимуществом является возможность выработки тепла или холода для хозяйственных нужд - когенерации и тригенерации. Современный газопоршневой двигатель, принцип работы которого позволяет обеспечить и одновременную тригенерацию, делает оптимальным его применение в приводе холодильной установки. Также применяются они в насосном оборудовании, морском судостроении и др. сферах деятельности.

Особенности газопоршневого двигателя

Наибольшие значения мощности газопоршневых двигателей достигают десятков мегаватт, что достаточно для обеспечения работы мощного оборудования и автономного энергообеспечения производственных и строительных объектов. Важным преимуществом является высокий ресурс работы, достигающий 250 тысяч часов при 80-100 тыс. часов межремонтного интервала (между капитальными ремонтами).

Подача газа в газопоршневых двигателях может быть баллонной или магистральной, а в качестве топлива, помимо метана, применяется:

• пропан;
• бутан;
• коксовый и другие сопутствующие промышленные газы;
• древесный газ;
• газы нефтяной промышленности и многие другие виды.

При этом схема подачи газа в газопоршневых двигателях не требует наличия дожимного компрессора благодаря малому потребному давлению. Благодаря большому выбору вариантов можно гибко использовать оборудование на различных объектах, оперативно адаптировать систему к изменению технических или экономических условий. Перенастройка системы подачи топлива занимает минимум времени, газопоршневый двигатель можно свободно настроить на эксплуатацию на попутном газе, биогазе и др. топливе.

К основным особенностям газопоршневых двигателей можно отнести:

• Небольшую зависимость КПД от окружающей температуры.
• Незначительные колебания КПД при снижении нагрузки на 50% и, соответственно, эффективное использование двигателя при любых нагрузках.
• Малые затраты на эксплуатацию.
• Неограниченное количество запусков мотора.
• Возможность параллельного подключения нескольких двигателей и, соответственно, возможность значительного повышения и рационального использования мощности системы.

С каждым годом газопоршневые двигатели получают всё большее применение в различных сферах, в т. ч. в качестве основного элемента газоэлектростанций для коттеджных поселков. Их экономичность и эксплуатационные обеспечивают им солидные преимущества в сравнении с другими вариантами автономного, резервного или аварийного электроснабжения различных объектов.

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.

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

Мощность станций
от 10 кВт до 1500 кВт

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

Произведены на базе российских двигателей ЯМЗ, ММЗ, ТМЗ

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

Комплексный сервис

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

Гарантия и стандарты

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.

Данный материал предназначен специалистам, перед которыми стоит задача - провести сравнение электростанций двух и более различных производителей, каждый из которых предлагает свои стандарты и правила сравнения. Исследование не отвечает на вопрос о том, какой же из производителей лучше, однако с помощью опубликованных стандартов и подходов можно найти наиболее приемлемый вариант для каждого отдельно взятого объекта.

Часть первая - сравнение производителей разных категорий

На рынке газопоршневых установок присутствуют предложения совершенно разного уровня исполнений. Перед тем, как начинать анализ цен на оборудование, необходимо понимать, к какой категории качества и уровня относится то или иное решение. Ни один потребитель не заинтересован в приобретении "голой" газопоршневой электростанции, в первую очередь любого заказчика интересует комплексное решение, включающее основное и вспомогательное оборудование, и именно о таких решениях пойдёт речь.

Группа №1 - "родная" заводская сборка

В настоящее время существует лишь несколько заводов, производящих комплексные решения, начиная непосредственно от газового двигателя. В такие решения включены и газопоршневые электростанции, и дополнительное оборудование, системы утилизации тепла, управление, охлаждение - словом всё то, что необходимо для работы объекта в целом. Таких заводов не так уж и много - Jenbacher , Siemens , MWM , Wartsila и некоторые другие. Именно такие компании имеют наибольший опыт в производстве комплексных решений, так как они производят их с самого начала, с газового двигателя, и наилучшим образом понимают все нюансы работы оборудования. Именно они больше всего заботятся о качестве своих решений и самых позитивных отзывах от конечного заказчика.

Группа №2 - Сторонние пакетировщики

Европейские компании, которые перекупают двигатели или генераторные установки у указанных выше заводов и доукомплектовывают их на своё усмотрение. Кроме перекупки двигателей эти компании оказывают услуги пакетирования тем заводам, которые могут производить двигатели, но не имеют опыта или возможности делать полноценное решение, например, Doosan, Caterpillar, Perkins. На наш взгляд продукция этой группы уступает по качеству "родной" заводской сборке. Кроме этого нужно учитывать, что в один день пакетировщик покупает одни двигатели, а в другой - иные. Ожидать полноценной поддержки и наличия запчастей, наверное, не стоит. Рассматривая продукцию этой категории отдельно нужно учесть, что существует два типа газопоршневых двигателей:

1. Двигатели, изначально разработанные для работы на газу
2. Двигатели, переделанные из дизельных двигателей, путем замены системы воспламенения и подачи топлива.

Группа №3 - Российские сборщики

Самая спорная категория. К сожалению, в России ряд интеграторов покупают газопоршневые двигатели сомнительного происхождения - БУ или восстановленные. Далее по своему усмотрению собирают вокруг них комплексную теплоэлектростанцию на любом, по своему усмотрению, оборудовании. В ход могут идти китайские комплектующие или устройства, снятые с других электростанций. Нам известны случаи, когда клиент только после поломки ГПУ, купленной у Российского интегратора, узнавал о том, что двигатель уже был в ремонте и является восстановленным.

Казалось бы, такая большая разница делает невозможным сравнение электростанций разной категории между собой. Однако это не так - разделив стоимость на показатель качества, можно определить "приведенную цену". К примеру первую категорию разделить на 100%, вторую - на 85% а третью - на 70%. И производить сравнение уже "приведенных" цен, отражающих не только фактическую стоимость оборудования, но и учитывающих "поправку на качество".

Часть вторая - сравнение в одинаковых условиях

Правило №1 - сравнение расхода топлива при одинаковой калорийности

Проводя сравнение любых производителей, на второе место выходит такой вопрос как расход газа (на первом, естественно, остаётся вопрос стоимости). Однако следует помнить, что газообразное топливо в зависимости от региона и условия поставки может иметь разную калорийность. Соответственно, чем выше калорийность (теплотворная способность) газа, тем меньший объем этого газа потребуется на производство 1 кВт*ч электроэнергии.

Калорийность газа (традиционно измеряется в килокалориях ), внутренняя энергия и его теплотворная способность (традиционно измеряется в мегаджоулях ) жестко связаны по формуле:

1000 kcal = 4.1868 MJ = 1.163 кВт*ч

Это означает, что 1 нм3 газа с калорийностью 1000 kcal содержит в себе 4,1868 мегаджоулей энергии, или 1,163 кВт/ч.
Пропорциональным образом выясняем, что 1 нм3 газа с калорийностью 8000 kcal содержит в себе 33,4944 MJ энергии, или 9,304 кВт/ч.

Внутренняя энергия 1 нм3 этого газа, равная 9, 304 кВт*ч, показывает, что если 1 нм3 этого газа (с калорийностью 8000 kcal) сгорает в камере сгорания газопоршневой электростанции, чей электрический КПД которой равен 39%, то в результате производится

9,304 * 0,39 = 3,6286 кВт*ч

Таким образом, на производство 1 кВт *ч в электростанции с электрическим КПД 39% из газа с калорийностью 8000 kcal (или с теплотворной способностью 33,5 МДж) тратится:

1 / 3,6286 = 0,2755 нм3 газа.

Как видно, зависимость между калорийностью газа (его теплотворной способностью) и расходом газа всегда имеет прямую зависимость - чем выше калорийность, тем ниже расход топлива. Имея только часть значений, например, только КПД электростанции, можно определить её расход на газе с любой калорийностью, что в свою очередь позволит провести сравнение в одинаковых исходных данных по топливу.

Правило №2- полный КПД - полный "Эффект"

Газопоршневые электростанции использующиеся для кратковременной работы в качестве резервного источника можно прекрасно использовать без дополнительных затрат на установку системы утилизации тепла (когенерации), так как стоимость этой системы не окупиться за счет редкого использования электростанции. В электростанциях, предназначенных для постоянной работы ситуация другая.

Вне зависимости от желания владельца, газопоршневая электростанция будет производить тепловую энергию, так как топливо детонирует (сгорает) в камере сгорания. Это бесплатное тепло может сэкономить значительные средства, которые были бы затрачены на производство того же самого количества тепла в котельной.

Сравнивать электростанции только по электрическому КПД не правильно, так как электростанции производят не только электричества. Производить сравнение можно и нужно по сумме факторов - КПД электрическому и КПД тепловому. При проведении технико-экономического обоснования в обязательном порядке следует учитывать утилизируемое тепло, так как только при таком построении энергоцентра его окупаемость наступит скорее.

Пример:
Электростанция А имеет КПД 41%, а электростанция В - 39,5% (разница 1,5 %). Однако полный КПД электростанции А составляет 87,5%, тогда как у второго участника сравнения полный КПД на 3% выше, и составляет 90,5%.

Правило №3 - быть реалистом

Одинаковая цена и одинаковый расход газа не делает электростанции одинаковыми. Существуют ещё такие параметры как ресурс и стоимость технического обслуживания. К примеру, если отечественная газопоршневая электростанция стоит в два раза дешевле чем импортная, а её ресурс в семь раз меньше (8000 моточасов против 60 000), то наверное, её цена не совсем актуальна. За тот же срок владения отечественную придётся поменять несколько (явно больше двух) раз.

Техническое обслуживание, то есть ежедневные затраты, являются не менее важными, чем первоначальная стоимость. Очень часто можно видеть, как электростанция с более дорогими запасными частями "проедает" всё своё преимущество, достигнутое за счет меньшей цены, всего лишь за первый год эксплуатации. Если же производитель не предоставляет подробных затрат на сервис, вместе с подробной программой обслуживания, то это должно вызывать определённую настороженность у квалифицированных сотрудников, проводящих технико-экономическое сравнение. Подробное сервисное обслуживание должно учитывать:

• Стоимость запасных частей, включая НДС и таможенную очистку
• Затраты на регулярную смену масла*
• Затраты на угар масла **
• Затраты на работы обслуживающего персонала ***

* Следует помнить, что некоторые производители лукавят, указывая максимальный интервал замены масла, который в реальности будет снижен в полтора-два раза.

** Количества масла на угар варьируется, в среднем, от 0,2 до 0,5 гр./кВт*ч для импортный производителей.

*** Самостоятельное обслуживание газопоршневой электростанции может обойтись значительно дороже, чем периодическое привлечение профессионального персонала за счет того, что самостоятельное обслуживание требует не только обучения на заводе-изготовителе, получения допусков и обладания программным обеспечением, но и покупки дорогостоящего специализированного инструмента (в том числе, дорогостоящие газоанализаторы, мультиметры, осциллографы, пирометры и т.д.).

Централизованных систем в наше время очень высока. То же самое касается и общих отопительных коммуникаций. Поэтому все более популярными у владельцев предприятий разной специализации становятся Мини-ТЭЦ. Обходится установка такой станции довольно-таки дорого, однако и окупается она очень быстро. Основным элементом любой мини-ТЭЦ является газопоршневая установка.

Особенности конструкции

Работают современные газопоршневые установки на двигателях внутреннего сгорания. При этом в качестве топлива может использоваться не только пропан или бутан, но и:

• факельный;

  газ сточных вод;

  попутный;

  коксовый и т. д.

Помимо двигателя в конструкцию газопоршневой установки входят:

генератор, предназначенный для преобразования механической энергии вращения вала двигателя в электрическую;

водогрейный или паровой котел;

радиатор, являющийся частью системы охлаждения двигателя;

насосы, термостаты, теплообменники.

Также такая система может включать в себя кондиционер. Чаще всего в мини-ТЭЦ используются читтеры.

Принцип работы

Основным преимуществом газопоршневых установок является большой КПД при относительно невысокой стоимости. В том случае, если оборудование работает на поставляемом по российским магистралям газу, его электрический будет составлять около 43 %. Однако в большинстве случаев газопоршневые установки могут работать в режиме когенерации. При этом используется в том числе и выделяемая ДВС теплота. Разогревающаяся при работе двигателя охлаждающая жидкость поступает в специальный обменник. Здесь она передает тепло воде или антифризу, циркулирующим по магистралям системы отопления. Дополнительный при этом происходит в специальном котле-утилизаторе за счет тепла выхлопных газов ДВС.

При использовании такой схемы работы мини-ТЭЦ КПД установки может увеличиваться до 90 %. При этом соотношение мощности двигателя и вырабатываемой установкой энергии составляет 1х1. Что является очень неплохим показателем. Ведь при этом на 1 кВт мощности мотора приходится 1 кВт общей (тепловой и электрической) вырабатываемой энергии.

Тригенерационные модели

Газопоршневая генераторная типа является самым удобным в использовании, но при этом и наиболее дорогим оборудованием. В данном случае тепло, вырабатываемое двигателем, может использоваться не только для обогрева цехов и производственных помещений предприятия зимой, но и для кондиционирования их в летнее время. Добиться этой цели позволяет включение в систему мини-ТЭЦ читтера, функционирующего по абсорбционной технологии. Такие агрегаты используют в своей пар или горячую воду.

Иногда конструкция газопоршневой установки дополняется и компрессорным кондиционером. Однако использование подобного устройства в большинстве случаев считается нецелесообразным, поскольку работает оно от электроэнергии. А это, в свою очередь, вызывает дополнительные ненужные расходы.

Особенности выбора

Мощность такого оборудования, как газопоршневая установка, может колебаться в очень больших пределах. Разумеется, при выборе данного оборудования на этот показатель обращают внимание в первую очередь. На современном рынке существуют установки, мощность которых может исчисляться как десятками кВт, так и МВт. Но наиболее востребованным считается оборудование на 100-2000 кВт. Даже в том случае, если предприятию требуются большие мощности, обычно закупается не одна большая установка, а несколько маленьких. Это дает массу преимуществ. К таковым можно отнести:

Более надежную работу системы. В том случае, если одна из установок выйдет из строя, временно работу можно продолжить с использованием оставшихся. В результате цеха не будут простаивать.

Возможность более рационального использования системы. К примеру, в зимний период времени, когда необходимости в обогреве нет, часть установок можно отключить. То же самое касается пиков и спадов самого производства.

Особенностью газопоршневых установок является то, что использовать их при нагрузке менее 30 % нельзя. Большой агрегат применять на полную мощность постоянно довольно-таки сложно. При использовании же нескольких установок эта проблема также отпадает.

Расчет газопоршневой установки

Стоимость 1 кВт в час, вырабатываемого оборудованием этого типа, самостоятельно рассчитать довольно-таки сложно. Проще воспользоваться специализированным онлайн-калькулятором или ПО. В форму программы нужно будет просто ввести такие данные, как:

модель двигателя;

количество установок;

тариф на газ в данной конкретной местности;

тариф на электричество.

Также нужно будет указать, используются ли в станции режим когенерации и тригенерации.

Газопоршневые установки, цена на которые зависит от мощности и функционала (от 100 тыс. до 15-16 млн рублей), в большинстве случаев оказываются оборудованием, в использовании очень выгодным. Некоторые модели могут окупиться за несколько месяцев. Максимальный же срок окупаемости составляет 4 года.

Особенности монтажа

При сборке мини-ТЭЦ в обязательном порядке должны соблюдаться предусмотренные законодательством нормативы. Монтироваться газопоршневая установка может как вне производственного помещения, так и непосредственно на его территории. Также такие агрегаты иногда устанавливают в пристройках.

При монтаже на улице мини-ТЭЦ располагают обычно на расстоянии не менее 5 метров от здания. Если она размещена в отдельной постройке, последняя должна располагаться от цехов на расстоянии 10-20 м. В самом производственном здании мини-ТЭЦ положено отделять специальными техническими помещениями со всех сторон. При этом в таких комнатах не должны постоянно находиться люди. Те же правила соблюдаются при расположении станции в пристройке.

Газопоршневые установки российских производителей

Оборудование этого типа, выпущенное на отечественных предприятиях, в большинстве случаев отличается неплохим качеством и надежностью. И хотя по некоторым показателям оборудованию европейского производства оно может уступать, для использования в мини-ТЭЦ считается вполне подходящим. Тем более что стоят такие агрегаты обычно дешевле изготовленных, к примеру, в Европе.

На современных отечественных предприятиях могут использоваться самые разные марки такого оборудования, как газопоршневые установки. Производители ООО «Энерго-статус», «Зоря-Машпроект», НПО им. Фрунзе, «Алтай-Дизельэнерго» и многие другие выпускают вполне надежные агрегаты этого типа. Очень популярными у владельцев предприятий, работающих от мини-ТЭЦ, являются также российские модели линейки АГП, выпускаемые предприятием «Рыбинсккомплекс».

Технические характеристики АГП-100

Параметры газопоршневые установки российских производителей могут иметь разные в зависимости от линейки и назначения. Электростанции АГП в этом плане исключением не являются. Модификаций этого оборудования существует множество. Одной из самых востребованных моделей на отечественном рынке является АГП-100. Предназначена она для обеспечения потребителей трехфазным переменным током на 50 Гц и 400 В. В зависимости от качества используемого для работы газа она может генерировать энергии на 70-100 % от своей При необходимости ее допускается использовать и для утилизации тепла. Ниже для наглядности представляем вашему вниманию таблицу с техническими характеристиками этого агрегата.

Стоимость вырабатываемого этой установкой электричества составляет порядка 0.7 рубля за 1 кВт/ч при максимальной нагрузке.

Европейские установки

Такое оборудование также используется отечественными предприятиями довольно-таки часто. Одной из самых популярных марок импортных моделей является Caterpillar. Газопоршневые установки этого производителя ценятся прежде всего за:

высокий КПД;

возможность использования широкого ассортимента дополнительного оборудования;

легкость монтажа;

экономию в плане расхода топлива;

отличные рабочие характеристики;

возможность использования без необходимости капитального ремонта длительное время (до 100 000 моточасов).

Таким образом, современная газопоршневая установка — оборудование на самом деле очень удобное и надежное. Разумеется, использовать его при таких отличных показателях экономичности и производительности можно не только в производственных цехах, но и на разного рода социальных объектах: в больницах, школах, детских садах и т. д.