Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое газопоршневой двигатель

Сравнение газопоршневых и газотурбинных установок

В диапазоне мощностей от 20 до 30 МВт(э) газопоршневые когенерационные установки стабильно показывают лучшие по сравнению с другими технологиями результаты. Более того, для мощностей 3-5 кВт(э) ничто не может с ними конкурировать. Возникает вполне логичный вопрос: почему? Какие технические характеристики позволяют им быть настолько результативными.

Во-первых, следует отметить высокий показатель электрического КПД.

Наивысших значений электрического КПД (у газовой турбины до 30 %, а у газопоршневого двигателя около 40 % ) оборудование достигает только при работе со 100%-ной нагрузкой (Рис. 2.1). Снижение нагрузки даже до 50%, уменьшает электрический КПД используемой газовой турбины почти в 3 раза. В то время как, в случае использования газопоршневого двигателя такие изменения режима нагрузки ни на общий, ни на электрический КПД практически не влияют.

Pиc. 1. Графики зависимости КПД от нагрузки:

Приведенные графики позволяют нагляно убедиться, что газовые двигатели отличаются более высоким электрическим КПД, показатели которого почти не изменяются при нагрузке от 50 до 100 %.

Вторым важны показателем являются условия размещения.

Номинальная мощность, как газовой турбины, так и газопоршневого двигателя находится в прямой зависимости от температуры воздуха и высоты используемой площадки относительно уровня моря. На графике (рис. 2) ясно видно, что повышение температуры с -30°С до +30°С приводит к падению электрического КПД газовой турбины примерно на 15-20%. При дальнейшем повышении температуры выше +30°С, КПД у газовой турбины становится еще ниже. И в этом случает газопоршневой двигатель выгодно отличается от газовой турбины, имея не только постоянный, но и более высокий электрический КПД на всем интервале температур вплоть до +25°С.

Рис. 2. График зависимости электрического КПД газовой турбины от температуры окружающего воздуха

Третий, но не менее важный показатель: условия работы.

Количество запусков: газопоршневой двигатель можно запускать и останавливать неограниченное количество раз, и это не повлияет на общий заявленный моторесурс двигателя, в то время как 100 запусков газовой турбины уменьшат её ресурс примерно на 500 часов.

Время запуска: промежуток времени необходимый для принятия полной нагрузки с момента запуска у газовой турбины составляет примерно 15-17 минут, а у газопоршневого двигателя всего 2-3 минуты.

К четвертым важным показателям относятся: проектный срок службы и интервалы техобслуживания.

Ресурс газовой турбины до первого капитального ремонта составляет от 20 000 до 30 000 рабочих часов. Ресурс же газопоршневого двигателя значительно больше и равен 60 000 рабочих часов (табл. 1). Кроме того и затраты на капитальный ремонт газовой турбины, учитывая стоимость запчастей и материалов, значительно выше.

Полный капремонт газовой турбины — значительно более сложный процесс, чем капремонт необходимый газовому двигателю. Ремонт газовой турбины можно выполнить только на заводе-изготовителе. Более того, для ремонта газовой турбины требуются довольно дорогие запчасти, что увеличивает его стоимость. Все эти факторы увеличивают время простоя газовой турбины по сравнению с газовым двигателем. Затраты на материалы и запчасти необходимые для выполнения капитального ремонта при использовании газового двигателя также заметно ниже.

Таблица №1: Интервалы техобслуживания

Ремонтные работы, интервал (часы)Турбины, авиационные и малые промышленныеТурбины, промышленныеГазопоршневой двигатель
Ремонт камеры сгорания5 00010 000
Средний ремонтРемонт турбины и камеры сгоранияРемонт головок цилиндров
10 00015 00030 000
Капитальный ремонт20 00030 00060 000

В-пятых, необходимо упомянуть довольно низкие капиталовложения.

Опираясь на данные расчётов видно, что удельные капиталовложения (Евро/кВт) для производства тепловой и электрической энергии с использованием газопоршневых двигателей ниже. Это их явное преимущество неоспоримо применительно к мощностям до 30 МВт. Таким образом, ТЭЦ мощность которой 10 МВт, оборудованная газопоршневыми двигателями обойдется примерно в 7,5 миллионов ?, если же использоват газовые турбины, то затраты возрастут до 9,5 миллионов ? (рис. 3).

Также важно учитывать, что давление газа в газопроводной сети, как правило, не превышает 4-х атмосфер, что вполне достаточно для работы газового двигателя. А для работы газовой турбины давление подаваемого газа должно быть не меньше 6-10 атмосфер. Таким образом, в случае использования на станции газовой турбины в роли силового агрегата возникает необходимость в установке еще и газовой компрессорной станции, что приводит к дополнительному увеличению капиталовложений.

Читать еще:  Двигатель dj5 t9a характеристики

Рис. 3. Объемы капитальных вложений в ТЭЦ с разными силовыми агрегатами.

Таблица №2: Преимущества и недостатки газовой турбины и поршневого двигателя

Характеристикигазовая турбинапоршневой двигатель
Мощность единичной машины0.25 — 300 МВт (э)0.2 — 20 МВт (э)
Общий КПД65-87%70-92%
ПреимуществаОтсутствие водяной системы охлаждения.
Гибкость в выборе топлива.
Низкая эмиссия вредных веществ.
Работа установки на нескольких видах топлива.
Солидный ресурс.
Достаточно большая возможная единичная мощность.
Наивысшая производительность.
Эффективная работа при малой нагрузке (от 30% до 100%).
Относительно низкий уровень начальных инвестиций за 1 кВт(э).
Широкая линейка моделей по выходной мощности (от 4 кВт).
Возможность автономной работы.
Быстрый запуск (от 15 с, газовым турбинам требуется 0.5-2 ч).
Настоящая гибкость в выборе топлива.
Преобладание производства электроэнергии.
Малые размеры — низкие инвестиционные затраты.
Работа с малым давлением газа (ниже 1 бара).
Относительно простой капитальный ремонт.
Солидный ресурс.
Возможность кластеризации (параллельная работа нескольких установок).
Работа установки на нескольких видах топлива.
НедостаткиНижний порог эффективного применения (от 5 МВт электроэнергии).
Производительность ниже, чем у поршневых двигателей.
Высокий уровень шума.
Требуется подготовка топлива (очистка, осушка, компрессия).
Низкая эффективность при неполной загрузке.
Длительный период запуска (0.5 -2 часа).
Сложный и дорогой капитальный ремонт.
Если тепло не используется, то требуется охлаждение.
Высокий уровень (низкочастотного) шума.
Высокое соотношение вес/выходная мощность.
Относительно малая мощность единичной машины.

14 Декабря 2016 г.

© 2007–2021 «ГК «Газовик». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.

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 ГПЭС

Газопоршневые электростанции имеют относительно небольшие размеры и вес. Благодаря минимальному уровню производимого шума и вибрации ее можно устанавливать на территории предприятия или в городских районах без дополнительных зон отчуждения.

Вне зависимости от типа генерации энергии и его дальнейшего использования все газопоршневые электростанции имеют базовый принцип выработки энергии. По расчетам специалистов, выработка тепла на типовых газогенераторах позволяет генерировать порядка 40% электроэнергии. Остальное тепло уходит в окружающую среду.

Иными словами, только половина вырабатываемой энергии идет на получение электричества. Но конструкция электростанции такова, что позволяет эффективно расходовать тепло на обогрев помещений. При этом каждый вид станции разрабатывается с учетом предполагаемых графиков нагрузки потребителя.

Сфера применения

Газопоршневая электрическая станция используется как аварийный, постоянный или периодический источник электроэнергии при пиковых нагрузках:

  • на шахтах, скважинах, буровых установках;
  • в строительстве и на предприятиях;
  • в медучреждениях, аэропортах, узлах связи;
  • в системах обеспечения, мобильных или стационарных;
  • с промышленным оборудованием – холодильниками, компрессорами и насосами и т.д.

Эксплуатация

В качестве топлива это оборудование может использовать газы различных типов:

  • Природного (из магистрали или баллона);
  • Попутного (нефтяного);
  • Пропан-бутанового;
  • Газ промышленного происхождения (шахтный, отходный и прочее);
  • Биогаз;
  • Другие горючие газы.
Читать еще:  Eg33 что за двигатель

Электрические станции с газопоршневыми моторами отличаются высокой надежностью, которая подтверждается длительной работой в северных регионах России. Чаще всего такая техника используется на крупных промышленных предприятиях, нефтяных, газовых и угольных месторождениях. Эксплуатация этих электростанций выгодна на этих объектах из-за обилия попутного газа по доступной стоимости.

Принцип работы газопоршневых электростанций

ГПЭС когенерационного типа функционируют по следующему принципу:

  1. Топливо поступает в цилиндрическую камеру сгорания, в которой оно сжимается поршнем и воспламеняется.
  2. Энергия, выделяемая при сгорании топлива, приводит в движение коленвал газопоршневого ДВС. Цикл работы ДВС обычно четырехтактный.
  3. Вращающийся коленвал передает движение через специальную муфту генератору электрического тока. При вращении ротора с обмоткой в магнитном поле статора происходит выработка электроэнергии.
  4. Выработанная электроэнергия поступает через кабельные линии на генераторное распределительное устройство (генераторную ячейку).
  5. Во время выработки электроэнергии высвобождается значительное количество тепла, которое снимается с дымовых газов и нагретого масла с помощью теплообменников и котлов-утилизаторов. Вода, нагретая за счет этого тепла, циркулирует по замкнутому контуру и выполняет функции теплоносителя в отопительной системе объекта. Неиспользованное попутное тепло сбрасывают в атмосферу.

Высококачественные газопоршневые электростанции, при работе которых используются турбонаддув и двухступенчатое охлаждение, имеют электрический КПД около 45 %. На 1 кВт вырабатываемой электроэнергии затрачивается всего 0,22 м 3 газа.

Преимущества использования ГПЭС

Популярность генерирующих агрегатов на основе газопоршневых ДВС обеспечивают следующие эксплуатационные преимущества:

  • высокий коэффициент полезного действия, минимальное количество сопутствующих энергопотерь;
  • сохранение рабочих характеристик в неблагоприятных условиях окружающей среды, при резких температурных перепадах;
  • экологичность – работа газопоршневых электрогенераторов сопровождается малым количеством вредных выбросов;
  • наличие автоматизированной системы, защищающей агрегат от перегрева, и других защит;
  • длительный эксплуатационный период.

Установка ГПЭС, подобранной под конкретные характеристики объекта, позволяет значительно снизить затраты на его энергоснабжение. Компактные характеристики этих установок и экологичность позволяют устанавливать их на обслуживаемом объекте или в непосредственной близости от него, благодаря чему отпадает необходимость в устройстве дорогостоящих опор, прокладке линий электропередач, использовании мощных трансформаторов.

Сферы применения газопоршневых электростанций

Благодаря комплексной выработке электрической и тепловой энергии, ГПЭС широко используются в отдаленных районах, в которые сложно провести коммуникационные системы, области их применения:

  • жилищно-коммунальное хозяйство;
  • промышленные предприятия;
  • предприятия по добыча угля, нефти и газа;
  • насосные станции, котельные;
  • в качестве резервного и аварийного энергетического оборудования – медицинские учреждения, аэропорты и другие объекты, в которых важны бесперебойность электропитания.

Агрегаты комплексной выработки тепловой и электрической экономически выгодно устанавливать в торговых комплексах и на других коммерческих объектах, в общественных учреждениях.

Газопоршневая электростанция: надежность, выгода, безопасность

Газопоршневая электростанция (ГПЭС или АГП) — автономное устройство, генерирующее электроэнергию. Установку успешно применяют в промышленности, строительстве, коммунальных и административных учреждениях, а также в коммерческой отрасли и быту. ГПЭС отлично подходят для использования в любых климатических условиях благодаря надежности, высокому КПД и долговечности.

Устройство газопоршневого генератора и принцип работы

Основой для ГПЭС является газовый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и генератор переменного тока. Газопоршневая установка (ГПУ), оснащенная технологией тригенерации, способна вырабатывать до трех ресурсов: электричество, тепло и холод. Однако наибольшей популярностью пользуются установки с когенерационной системой, которая позволяет вырабатывать тепло и электроэнергию.

Для функционирования ГПУ могут использоваться различные виды газа: бутан, пропан, факельный, пиролизный и т. д. Важной особенностью ГПЭС является небольшое потребление топлива при сохранении высокого КПД. Принцип действия газопоршневой электростанции:

  1. В специальной камере происходит возгорание газового топлива с помощью свечи зажигания (СЗ).
  2. Горение приводит к выработке энергии, приводящей в движение коленвал.
  3. Коленчатый вал запускает генератор, который начинает вырабатывать электричество.

Устройство состоит из нескольких важных элементов:

  • газопоршневого двигателя;
  • синхронного генератора;
  • вентилятора;
  • радиатора;
  • системы и свечей зажигания;
  • электрических кабелей;
  • источника питания;
  • распределителя;
  • дополнительных систем и приборов (датчики контроля, аварийная система, фильтрация воздуха и т. д.).

Установка, работающая на газу, является полноценной альтернативой дизельным или бензиновым генераторам. В зависимости от условий использования и технических характеристик модели ГПУ может быть даже более эффективной в сравнении с аналогами.

Читать еще:  Двигатель 1kz не развивает обороты

Преимущества газопоршневых электростанций

Спрос на ГПЭС в последние годы неизменно растет, поскольку они обладают массой положительных сторон. Существенными преимуществами газовых установок являются:

  • более высокий уровень выработки теплоэнергии, чем у турбин и дизельных станций;
  • устойчивость к резким скачкам температуры и способность функционировать в неблагоприятных погодных условиях;
  • универсальность достигается благодаря возможности применять различные виды топлива;
  • невысокий уровень загрязнения атмосферы вредными веществами;
  • оснащение устройств системой автоматического предохранения от перегрева;
  • надежность и долговечность;
  • экономное потребление топлива;
  • компактность и автономность.

Чтобы агрегат эффективно работал в неблагоприятных условиях, его помещают в специальный защитный кожух. Он защищает от негативного воздействия окружающей среды.

Технические особенности ГПУ

Существует огромное разнообразие моделей газопоршневых электростанций, которые различаются не только внешним видом, но и основными техническими характеристиками. Поэтому при выборе подходящего устройства нужно внимательно изучить параметры аппарата. Наиболее важным свойством является мощность, которая в зависимости от модели может составлять от 30 киловатт до нескольких мегаватт.

Особенности газопоршневых электростанций:

  1. Коэффициент насыщенности пара, вырабатываемого в процессе функционирования ГПУ, составляет приблизительно 0,65. Поэтому его часто применяют для отопления цехов или других производственных нужд.
  2. Использование в устройстве жидкостной системы охлаждения, в которой чаще всего используют воду. Если станция имеет небольшую мощность, охладительная система наполняется антифризом высокого качества.
  3. Масляной расход обычно установлен на уровне 0,5 кг/ч на 1 мВт вырабатываемой энергии. Если станция крупная и мощная, ее оснащают автоматической системой, пополняющей ДВС моторным маслом, которое хранится в специальных резервуарах. Электронные контрольные датчики осуществляют постоянный мониторинг уровня масла и сигнализируют в случае необходимости пополнения.

Чтобы ГПЭС оставалась работоспособной на протяжении многих лет, необходимо использовать масло и топливо высокого качества. На некоторых предприятиях выделяются специальные лаборатории, отвечающие за контроль химического состава и качества расходных материалов.

Безопасная эксплуатация газопоршневых установок

Современные электростанции производятся с учетом международных и российских стандартов экологической безопасности. Низкий уровень выброса вредных веществ обеспечивается использованием выхлопных катализаторов. Высота трубы для отвода выхлопа формируется под воздействием нескольких факторов:

  • текущего уровня загрязнения воздуха и окружающей среды;
  • показателя выработки от использования ГПУ.

В современных электростанциях оба показателя учитываются при изготовлении, подгоняются под безопасные стандарты. Вдобавок это обеспечивается невысоким уровнем вредных выбросов в процессе горения природного газа.

Стоимость и особенности покупки

Цена газопоршневых электростанций формируется на основе множества факторов:

  • технических характеристик (мощность, силовой агрегат, генератор и т. д.);
  • материалы, использованные при производстве;
  • вес и габариты устройства;
  • функционал и наличие вспомогательных систем;
  • комплектация и дополнительные аксессуары;
  • компания-изготовитель и страна производства.

Также на итоговую стоимость могут влиять другие факторы, включая год выпуска, стоимость госпошлины при импорте и официального дилера. В среднем стоимость газопоршневых установок возрастает на 500-1500 долларов на каждый 1 мВт мощности. Маломощные электростанции, изготовленные в России, обойдутся в полтора-два миллиона рублей. Агрегаты мощностью выше 300 кВт стоят приблизительно 4,5-5,5 млн рублей.

При необходимости заказчик может из составных частей сконструировать ГПУ по индивидуальному запросу. Сборка «под ключ» осуществляется в строгом соответствии с оговоренными требованиями и пожеланиями. Каждый пункт и характеристика предварительно обсуждаются. В этом случае стоимость газопоршневой установки определяется, исходя из требований клиента и использованных материалов.

Услуга позволяет оптимизировать устройство под конкретные условия, добившись максимальной эффективности. Вдобавок незапланированные траты минимизируются, что позволяет рационализировать использование бюджетных средств компании-заказчика.

На сайте компании «Энергодизельцентр» можно выбрать и купить газопоршневую электростанцию любой мощности и конфигурации. Мы успешно и стабильно работаем в сфере производства и обслуживания газопоршневых и дизельных электростанций, начиная с 2002 года. За это время нам удалось сформировать широкую базу клиентов и партнерскую сеть. Мы предлагаем высококачественное оборудование с использованием передовых отечественных и зарубежных технологий по привлекательным ценам.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector