Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Электротехника
Размещена 12.05.2016. Последняя правка: 12.05.2016.

Сравнение и технико-экономический анализ газопоршневых установок

Закиров Влад Русланович

бакалавр

Оренбургский Государственный Университет

студент

Горячев Сергей Вениаминович, кандидат технических наук, доцент кафедры электро- и теплоэнергетики, Оренбургский государственный университет


Аннотация:
Выбор газопоршневых установок путем сопоставления их технико-экономических показателей. Сравнение Российского оборудования с зарубежными аналогами. Экономическое обоснование выбора.


Abstract:
Choosing natural gas-fired installation by comparing their technical and economic parameters. Comparison of Russian equipment with foreign counterparts. The economic rationale for the choice.


Ключевые слова:
газопоршневая установка; электрическая энергия; тепловая энергия; когенерация; природный газ.

Keywords:
gas piston plant; electrical energy; thermal energy; cogeneration; natural gas.


УДК 678.002.8(075)

Газопоршневые агрегаты относятся к когенерационным установкам (КГУ), работающими на природном газе (ПГ) и предназначенными для комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Они находят широкое применение в системах автономного энергоснабжения отдельных зданий, спортивных и торгово-развлекательных комплексов, а также промышленных площадок небольших предприятий. Методика расчёта теплотехнических характеристик КГУ, исходными данными для которой служат результаты предварительного теплового расчёта, известна.

Энергетическое обследование (ЭО) предприятий и отдельных объектов, энергоснабжение которых осуществляется от собственных мини-ТЭЦ с КГУ, сводится к оценке эффективности использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в система энергоснабжения (СЭ) [1]. Эта оценка предствляет собой результат сопоставления нормативного и фактического потребления ТЭР в конкретных условиях эксплуатации СЭ. Исходными данными для оценки нормативного потребления ТЭР служат результаты очередных режимно-наладочных испытаний КГУ, приведённые в их режимных картах (РК).

Рассмотрим несколько вариантов газопоршневых установок, сделаем сравнительную часть и выберем наиболее выгодный в плане экономики и технических характеристик.

Газопоршевая установка Caterpillar G3516B, мощностной ряд которой начинается от 5 кВт и заканчивается на 5700 кВт [2]. Силовые агрегаты изготовлены из высококачественных сплавов и сталей. Работают данные электростанции  как на природном газе, так и на дизельном топливе, в зависимости  от потребителя. За счёт низкой эмиссии данный тип установок можно устанавливать как в городе, так и за его пределами, потому что они не наносят вред окружающей среде. Генераторные установки Cat оборудуются системами теплоутилизации – когенерации для одновременного приобретения электроэнергии и тепла. Установки экономят около 45% топлива в сопоставлении с раздельной выработкой тепловой и электрической энергии. Это положительно сказывается на срок окупаемости для потребителей.Газовый двигатель, созданный по конструкции дизельного двигателя, обеспечивает длительный срок службы и низкие эксплутационные расходы при работе на природной газе, поступающий из газопровода. Система с открытой камерой сгорания обеспечивает надежность и позволяет использовать различные виды газообразного топлива. В системах зажигания и регулирования соотношения количества воздуха и топлива в топливной смеси снижает выбросывредных веществ и повышает КПД двигателя. Всеми основными функциями системы двигателя, зажиганием, числом оборотов, регулированием соотношения количества воздуха и топлива и системой защиты двигателя, управляет единый электронный блок. Предлагаемая модель газопоршневой системы, для установки на Мелеузовский завод, Caterpillar G3516B вырабатывает электрическую мощность 1160кВт. У двигателя диаметр цилиндра 170 мм и ход поршня 190 мм. Рабочий объём двигателя 69 л. Номинальная частота вращения 1500 оборотов за минуту.[4] В системе охлаждения, при температуре окружающего воздуха равным 25ºС, максимальная температура рубашки охлаждения равна 99 ºС. Температура выхлопных газов 486 ºС. Электрический КПД 39,1%.

Следующим примером газопоршневой установки является система Английского производства Cummins 1160 GQKA [3]. Электрическая мощность варьируется от 150 до 2700 кВт. Могут работать как на природном, так и при особой подготовке, на попутном газе. Двигатели Cummins проектировались и создавались специально для работы на газовом топливе с низким рабочим давлением, от 0,2 бар. В газопоршневых системах такого типа, также как и в предыдущем примере используется камера сгорания открытого типа. Двигатель работает на обедненной газовой смеси, при соотношении массы воздуха к массе топлива 1,7 , что позволяет достичь низкого выброса вредных веществ. Содержание окислов азота в выхлопных газах не более 350 мг/м3. Частота вращения коленчатого вала достигает 1800 оборотов в минуту. Также, компанией Cummins разработано несколько модификаций двигателей с различной степенью сжатия для работы на газах с разными метановыми числами. Работа происходит без существенного снижения мощности на топливном газе с метановым числом от 52, со снижением номинальной мощности. Для непрерывного контроля основных параметров, температуры, давления подачи газа и объёма нагнетаемого воздуха, на двигателях датчики установлены на каждом цилиндре. Контроллер, автоматически регулируя поток газа, подачу воздуха и момент зажигания, выводит процесс горения из зоны детонации. Система управления позволяет принимать единовременно до 50% нагрузки с сохранением значений частоты и напряжения в допустимых пределах. Электронный блок контроля распределения активной и реактивной нагрузок, управляя двигателем и системой возбуждения генератора, минимизирует потери мощности при параллельной работе нескольких газопоршневых установок. Система зажигания оснащена отдельной катушкой и свечой зажигания на каждом цилиндре. Расход топлива при 100%-ной нагрузке 320 м3/час. Электрический КПД равен 39%.

Газовый мотор-генератор 11ГД100.[5] Данный энергоблок представляет собой комплекс, состоящий из газопоршневого мотор-генератора 11ГД100, водогрейного котла-утилизатора, оборудования и систем, обеспечивающих их работу и безопасность эксплуатации.

Основные установки данного энергоблока:

  1. газопоршневой мотор-генератор;

  2. вспомогательное оборудование;

  3. водогрейный котёл-утилизатор.

Управление мотор-генераторами производится со щита дистанционного управления, на который вынесены все приборы контроля и управления работой агрегатов и общих систем. 11ГД100 не требуют постоянного обслуживающего персонала непосредственно у агрегата.

Принцип действия. Выхлопные газы от мотор-генератора направляются в котёл-утилизатор с температурой 325 ºС, охлаждаясь в испарителе до 190 ºС, попадают в экономайзер и далее на выходе из котла с температурой 160 ºС отводятся в атмосферу.

Питательная вода через узел питания поступает в водяной экономайзер. Далее, подогретая в водяном экономайзере, поступает в нижний коллектор испарителя, а откуда – в испарительную поверхность нагрева, где образуется пароводяная смесь. Из испарительной поверхности нагрева пароводяная смесь попадает в верхний коллектор испарителя, откуда по пароотводящим трубам поступает в паровой сепаратор, где происходит разделение пароводяной смеси на воду и пар. Вода направляется в водоподготовительную установку и далее возвращается обратно в цикл, а пар – потребителю.

Сравнительные технические и экономические показатели.[6]На Российском рынке газопоршневые мотор-генераторы 11ГД100 мощностью 1000кВт работают на электростанциях собственных нужд магистральных газопроводов уже с 1960 года. Проведя технико-экономический анализ (табл.1) характеристик нашего двигателя и импортных аналогов, я сделал вывод: несмотря на то, что КПД наших машин ниже заявленных показателей импортных производителей ( что спорно), все остальные минусы импортных машин им не свойственны: стоимость двигателя и соответственно электростанции на его базе ниже на 20...30%; моторное масло меняется реже, применяется самое распространённое, доступное и дешёвое- типа М14В2; сервисное обслуживание, ремонт, запасные части и детали для двигателей серии Д100 производятся предприятиями на территории России, соответственно, затраты на техническое обслуживание и капитальный ремонт двигателя в 2...3 раза ниже.

Таблица 1.Сравнительные технические характеристики различных ГПА 

Наименование показателя

1

2

3

Номинальная мощность,                         кВт

1030

1160

1000

Перегрузочная способность, кВт

1030

1160

1100

Потребление топлива, кВт

2882

2974

3070

КПД электрический, %

35,7

39

32,6

Номинальная частота вращения, об/мин

1500

1500

750

Степень автоматизации по ГСТ 14228-80

3

Включение на паралл.работу на общую шину, распределение нагрузки между ГПУ

 

Автоматическое

Степень сжатия

12

14,5

12,5

Количество цилиндров, шт

16

16

10

Диаметр цилиндра/ход поршня, мм

170/190

159/190

207/2x254

Объём двигателя, л

69

81,44

170,9

Регулятор частоты

Электронный

 

 

Тип стартера

Э

Э

П

Ёмкость масляной системы, л

401

380

1000

Ёмкость рубашки охлаждения (Jw+Ax), л

-

-

150

Сервисные интервалы замены масла, ч

5000

1500

6000

Ресурс до капитального ремонта, моточас

65000

60000

80000

Полный ресурс, моточас

-

300000

-

Сухой вес, кг

12873

15000

28270

Удельная стоимость ГПУ, $/кВт

601,0

618,0

395,0

Средняя стоимость ТО, включая затраты на расходные материалы и запчасти, руб./кВт

21658

36844

8400

 

Примечание. Тип стартера: Э - электрический, П – пневматический;

1 – Caterpillar G3516 LE, 2 – Cummins 1160 GQKA, 3 – 11ГД100.

В заключении отметим, что выгоднее будет приобрести газопоршневую электростанцию Российского производства, т.к. технические показатели практически идентичны зарубежным аналогам, а экономический показателей значительно отличается в лучшую сторону.

Библиографический список:

1. Каримов З.Ф. Оценка нормативных характеристик газопоршневых агрегатов мини-ТЭЦ // Каримов З.Ф. Промышленная энергетика №4 2006.
2. Газопоршневые электростанции Caterpillar [Электронный ресурс] // URL: http://www.manbw.ru/analitycs/caterpillar.html (дата обращения: 03.02.2016).
3. Газопоршневые электростанции Cummins [Электронный ресурс] // URL: http://www.ngenergo.ru (дата обращения: 16.04.2016).
4. Технические данные Caterpillar G3516A мощностью 1100 кВт [Электронный ресурс] // URL: http://www.cogeneration.ru/caterpillar/generation/g3516a.html (дата обращения: 20.04.2016).
5. Газопоршневые электростанции 11ГД100 [Электронный ресурс] // URL: http://it-energetics.ru/news/ (дата обращения: 10.04.2016).
6.Сравнительные технические и экономические показатели газопоршневых установок [Электронный ресурс] // URL: http://it-energetics.ru/news/ (дата обращения: 10.04.2016).




Рецензии:

12.05.2016, 13:55 Лещенко Василий Васильевич
Рецензия: Текст не является научной статьей. Не сформулированы цель, предмет и объект исследования. Не указан метод исследования. Необходимо преобразовать текст и доработать представленный материал в научную статью. В представленном виде публиковать не рекомендую.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх