Газопоршневые электростанции это

Что такое газопоршневые электростанции?

Для сокращенного обозначения поршневой электрической станции на газе используется аббревиатура ГПЭС. Это автономное оборудование в компактном исполнении для генерации как электричества, так и тепловой энергии.

Если ГПЭС вырабатывает и электричество, и тепло, тогда технологический процесс работы станции называют когенерацией. В зависимости от комплектации оборудование еще может являться источником хладагента в виде охлажденной воды. Технологию получения холода называют тригенерацией.

Устройство газопоршневой электростанции

сновой ГПЭС является газопоршневой ДВС. Вместе с ним на раме размещена электрическая машина для генерации переменного тока из механической энергии. Это газопоршневая установка, которая сокращенно обозначается аббревиатурой ГПУ. Она соединена на одном валу с газопоршневым двигателем внутреннего сгорания.

Комплектное исполнение подразумевает оснащение ГПЭС вспомогательными системами:

• топливоснабжения;
• удаления дыма;
• подачи масла;
• вентиляции;
• связи;
• охранной сигнализации;
• тепломеханики, включая утилизацию тепловой энергии;
• тушения пожара;
• электромеханики.

Принцип работы газопоршневой электростанции

У газопоршневой электростанции принцип работы такой же, как и у ДВС. В двигатель ГПУ поступает газообразное топливо с необходимыми параметрами. Когда происходит сжигание горючего газа, образуется механическая энергия. Из-за нахождения на одном валу газопоршневого двигателя и генератора она передается на последнюю установку, где преобразуется в электроэнергию.

В конструкции двигателя ГПУ присутствует наружная система получения газовоздушной смеси. Она предназначена для смешивания воздуха с газообразным топливом в требуемых количествах. Процесс происходит за счет наличия в конструкции газового смесительного устройства с трубками Вентури.

Произведенную электрическую энергию принимает распределительное устройство генераторного напряжения. Дальше электричество распределяется по энергосистеме промышленного предприятия. Электроэнергия направляется на следующее распределительное устройство.

Важно! Подключение ГПЭС к системе газо-, электро- и теплоснабжения предприятия зависит от месторасположения действующих коммуникаций на объекте.

Режим работы электростанции

Относительно внешней энергетической системы ГПЭС может производить энергию в автономном или параллельном режиме в зависимости от особенностей работы промышленного предприятия. В первом случае внешние сети отключаются. Автономный режим работы даже позволяет не выполнять подключение к ним. Во втором случае на предприятие поступает энергия как от ГПЭС, так и из внешних сетей. Параллельный режим работы является более надежным вариантом.

Важно! При запуске в параллельном режиме происходит синхронизация электрической станции с эталонными значениями внешней сети. При такой выработки энергии нужно выполнять строгий контроль и следить, чтобы не было ее обратного перетока. Этого требуют все владельцы внешних сетей при подключении мини электростанций.

Топливо для газопоршневых установок

Топливом для газопоршневого двигателя может являться разный горючий, но исключительно качественный газ. Чаще используется природное углеводородное газообразное сырье. В электростанции также может сгорать:

• биогаз;
• свалочное газовое топливо;
• шахтный газ;
• пропан или другой газ-топливо в жидком состоянии;
• коксовальный газ;
• метан из угольных пластов;
• очистное или попутное нефтяное газовое топливо.

Если сжигается не природный газ, тогда альтернативный вариант перед использованием обязательно анализируется. Проверяются его характеристики и составные компоненты, чтобы они не нарушали требования производителя ГПЭС.

Система утилизации тепла газопоршневых установок

При производстве электрической энергии газопоршневая электростанция выделяет много тепла. Его источником являются:

• отработавшие газы;
• охлаждающая рубашка ДВС;
• горячее масло.

Чтобы снять образующуюся теплоэнергию, применяют теплообменные аппараты и утилизирующие котловые агрегаты. После этого тепло попадает в промышленную теплосеть. Иначе его сбрасывают в атмосферу.

Благодаря системе утилизации теплоэнергии ГПУ удается получить тепло с требуемыми параметрами. Одним из его видов является горячая вода, которая производится благодаря работе теплообменников и утилизирующих котлов. Ресурс получается со стандартным графиком температур — 90/70 °С. Если требуется вода с более высокими параметрами, используют пиковые котловые агрегаты.

Система утилизации тепла ГПУ также позволяет получить насыщенный пар. Он производится за счет работы утилизирующих паровых котлов. Когда нужно получить перегретый пар, используют пароперегреватели.

Исполнение газопоршневых электростанций

Исполнение ГПЭС — это вид и способ размещения ГПУ на промышленном предприятии. При этом конструкцией не предусмотрен монтаж электростанции на открытом воздухе. Производители изготавливают газопоршневые электростанции в одном из двух видов исполнения:

1. Блочно-модульный вариант — все дополнительные системы вместе с газопоршневой установкой размещаются в контейнере модульного типа. Это быстровозводимое компактное здание собирается как конструктор. В каждом из его модулей находится определенная система ГПУ и сама установка.
2. Стационарный вариант — газопоршневая установка вместе с дополнительными системами размещается в капитальном строении.

Когда монтаж выполняется на территории ограниченной по размерам, выбирают электростанцию в блочном исполнении. Этот вариант позволит сократить сроки ввода ГПЭС в эксплуатацию и расходы. Демонтировать, переместить, выполнить повторный монтаж и запустить в работу станцию в блочном исполнении удается максимально быстро.

Преимущества блочно-модульного исполнения ГПЭС

У газопоршневой электрической станции в блочно-модульном исполнении следующие достоинства:

1. Минимальное время запуска в работу 
2. Оптимальный уровень расходов — за счет сборки блочной конструкции модульного типа удается существенно уменьшить стоимость проекта.
3. Быстрое увеличение мощности — благодаря монтажу дополнительных модулей получается за короткий промежуток времени нарастить мощность электрической станции.
4. Легкий ремонт — блочная конструкция быстро и просто демонтируется при необходимости ремонта.
5. Простая транспортировка — упаковка блоков обеспечивает ускоренное и недорогое перемещение станции на любых транспортных средствах.
6. Мобильность — модульное исполнение позволяет оперативно перенести мини-ТЭС на другое место.

Эффективность газопоршневых электростанций

Применение газа в качестве топлива для газопоршневых электростанций — это экономически эффективный вариант производства энергии. Он более выгоден для большого количества энергозависимых объектов промышленного назначения, потому что расходы на топливо часто достигают 50% себестоимости добываемой электро- и теплоэнергии.

Эффективность производства электричества зависит от состава используемого газа при работе газопоршневых станций. Поэтому для обеспечения рентабельности проекта обращают внимание на следующие параметры газообразного топлива:

• степень детонации;
• процентное количество серы;
• содержание метана;
• удельную теплотворность.

У конструктивно простых, но надежных газопоршневых установок более высокий КПД, чем у других видов электрических станций. У них во время производства электричества при сгорании природного газа коэффициент полезного действия может составлять 45%.

При работе ГПЭС обеспечивается когенерация или тригенерация благодаря нагреву выходных выхлопных газов до 400°С. За счет этого удается дополнительно получить 1 МВт тепловой энергии на каждый 1 МВт электричества. Поэтому происходит двукратное повышение КПД.

Монтаж и эксплуатация ГПЭС — это выгодное капиталовложение. Газопоршневые электростанции используют не только на промышленных предприятиях, но и на других объектах, включая:

• газовые котельные;
• аэровокзалы, порты и другие транспортные узлы;
• населенные пункты с небольшим количеством людей;
• вахтовые городки;
• и иные объекты.

Чтобы газопоршневая электростанция эффективно бесперебойно работала, нужно учитывать количество сгораемого газа и продумать всю логистику доставки этого топлива. Его расход обозначает производитель в характеристиках ГПЭС. Нужно также учитывать режим эксплуатации станции, потому что установка может работать непрерывно или только в конкретные временные промежутки.

На заметку! Чтобы понять порядок цифр относительно расхода газообразного топлива для ГПЭС, допустимо ориентироваться на потребление в количестве от 3 до 4 млн м³ в год при непрерывной работе электростанции.

Плюсы и минусы ГПУ

У ГПУ и установок с ДВС схожи достоинства и недостатки. Это связано с тем, что двигатель ГПУ представляет собой один из типов ДВС.

Газопоршневые установки — альтернативный автономный вариант центральному энергоснабжению. Оборудование постоянно подвергается совершенствованию, из-за чего централизованное производство энергии уже не является дешевой выработкой. Применение мини-ТЭС становится более выгодным по сравнению с центральным энергоснабжением.

Благодаря использованию газопоршневой установки удастся:

• стать независимым от централизованного энергоснабжения, которое не всегда стабильно и часто поставляет некачественную электроэнергию;
• обеспечить без промедления потребление энергии в достаточном количестве и стабильную работу энергозависимого оборудования, даже если отсутствует возможность подключения предприятия к городским электрическим сетям или электролинию нужно слишком далеко тянуть;
• сэкономить, потому что не придется выполнять подключение к централизованным электро- и теплосетям, а также не нужно будет строить подвод к таким коммуникациям;
• уменьшить ежемесячную плату, так как себестоимость автономно произведенного электричества ниже, чем в сетевых компаниях.

Преимуществом генератора газопоршневого типа также является возможность работы в режиме когенерации и тригенерации. В зависимости от комплектации эксплуатация установки позволяет полезно утилизировать попутное тепло. Экономическая эффективность  его использования будет превосходить приобретение тепловой энергии у сторонней организации.

Недостаток мини-ТЭС – высокая цена строительства газопоршневой установки. Но такая инвестиция быстро начинает приносить прибыль владельцу оборудования. 

Реализация проектов газопоршневых электростанций

Проекты ГПЭС реализуют обычно инжиниринговые специализированные компании, выполняющие услуги «под ключ» профессионально, качественно, со знанием дела, от проектирования до пусконаладки.

Реализация проекта газопоршневой электростанции всегда проводится последовательно. Технологическая цепочка строительства генератора не может быть нарушена. В противном случае невозможно будет выполнить последующий этап работы.

Лучше, когда проект ГПЭС реализует одна компания «под ключ». Это позволяет уменьшить итоговую стоимость поршневой электрической станции на газе. Кроме того, один подрядчик будет обязательно контролировать качество выполнения работ на всех этапах.

Преимущества газопоршневых электростанций

Максимальные преимущества от применения мини-ТЭС удается получить только при комплексном строительстве электростанции. По этой причине чаще обращаются за услугами в специализированные компании, которые готовы выполнить работы «под ключ», включая поставку оборудования с завода известного производителя.

Газопоршневые электростанции от крупнейших производителей имеют много  плюсов:

• КПД, достигающим 45-48%;
• производством почти бесплатной дополнительной энергии в виде попутного тепла;
• сниженной ценой;
• низкой себестоимостью выработки электричества;
• продолжительным временным интервалом между техническими обслуживаниями и максимально длительным периодом работы до капитального ремонта;
• большой выбор мощностей;
• небольшими размерами и возможность контейнерного исполнения;
• оптимальными затратами на сервис и эксплуатацию;
• высоким уровнем безопасности и экологичности в соответствии с европейскими стандартами;
• минимальными сроками окупаемости проекта генерации энергии.

Экономика газопоршневых электростанций

Окончательное решение о необходимости монтажа ГПЭС принимают после оценки экономической эффективности использования установки. Применение газопоршневой электростанции позволяет уменьшить затраты на энергоснабжение. Экономии удается добиться благодаря близкому размещению оборудования по отношению к потребителю. Это позволяет осуществлять энергоснабжение объекта по себестоимости произведенного электричества.

Автономно полученная электроэнергия дешевле, чем у так называемого сетевика.

Срок окупаемости собственного оборудования составляет всего 2-3 года, в зависимости от стоимости тарифов. Для монтажа же ГПЭС требуется обычно не более 1 года. При этом подключение мощного производственного предприятия к внешним электрическим сетям может тянуться несколько лет. Часто предварительно требуется проложить новую электролинию и выполнить строительство подстанции.

Поставщики электроэнергии медленно выполняют работу, когда нужно подключить к сетям новое предприятие. У крупных потребителей они даже часто требуют компенсировать свои затраты. Логичным шагом в такой ситуации является реализация проекта газопоршневой электрической станции.

Стоимость газопоршневых электростанций

Владельцы бизнеса всегда считают деньги, особенно при совершении крупных покупок. Поэтому при организации автономного энергоснабжения их первоначально интересует стоимость проекта.

В среднем монтаж станции «под ключ» обходится от 600 до 650 € за киловатт мощности ГПЭС. Такая стоимость является конкурентной  с учетом всех плюсов от эксплуатации газопоршневой электрической станции. Этот факт прекрасно понимают грамотные руководители предприятий.

Безопасность и экологичность газопоршневых электростанций

Функционирующая ГПЭС загрязняет окружающую среду. Когда сгорает природный газ, в атмосферу осуществляется выброс оксидов азота (NOx). Если используется генератор MWM, в воздух попадает не более 500 мг/Нм³ загрязнений. Для определения их уровня рассеивания выполняется расчет с учетом фактических условий. При вычислении принимается во внимание срез дымовой трубы электростанции. Он обязан возвышаться на 300 мм над подпором рядом расположенного строения.

ГПЭС излучает шум из-за функционирования ДВС ГПУ. Дополнительно шум появляется из-за работы вентиляционного оборудования.

Если эксплуатируется блочная ГПЭС, ДВС находится в отдельном контейнере, у которого шумопоглощение составляет примерно от 31 до 32 дБа. Этот вариант позволяет значительно уменьшить уровень шума. Это важно, когда рядом с электростанцией расположены другие здания. При необходимости дополнительно используют иные способы защиты от шума и других физических воздействий ГПЭС.

Важно! Давление звука и уровень шума вычисляется в соответствии с требованиями ГОСТ 31295.2.

Стадии строительства газопоршневых электростанций

При обращении в специализированную компанию специалисты выполняют следующие работы «под ключ»:

1. Проектирование — формирование основных решений, разработка и согласование проекта, визуализация готовой к эксплуатации ГПЭС.
2. Поставка генератора после согласования спецификации с заказчиком.
3. Производство (пакетировка) — увязывается генератор и дополнительные системы, изготавливаются опоры и ограждения, производятся технические узлы, которые не предусмотрены конструкцией газопоршневой электрической станции.
4. Строительство и монтажные работы — возведение фундаментного основания, здания, установка и сборка стационарного или блочного оборудования, прокладка коммуникаций, устройство ограждающих конструкций, обустройство подъездных путей, благоустройство территории.
5. Пусконаладка — испытание и запуск генерирующего оборудования как под нагрузкой, так и без нее.

В специализированной компании можно заказать удаленную диспетчеризацию и мониторинг ГПЭС. Если воспользоваться таким сервисом, станет возможным в реальном времени следить за работой оборудования. Диспетчеризация и мониторинг позволяет повысить надежность производства энергии и быстро реагировать на нарушение функционирования электростанции.

Обслуживание ГПЭС должен выполнять технически подготовленный персонал. Поэтому часто ТО газопоршневых электростанций доверяют сотрудникам специализированной компании. Владельцы мини-ТЭС стараются заключить договор с официальным дилером производителя генератора, чтобы приобретать запасные части по оптимальной стоимости и уменьшить период их доставки.

С особенностями и преимуществами автономной генерации электроэнергии при пользовании ГПЭС поможет разобраться этот видеоматериал: