Газопоршневая электростанция (ГПЭС) – это энергоэффективный, независимый, локальный генерирующий комплекс, предназначенный для одновременной выработки электрической и тепловой энергии. Она состоит из одного или нескольких газовых двигателей внутреннего сгорания, соединённых валами с генераторами переменного тока. Несколько силовых агрегатов могут быть объединены в единый энергокомплекс. ГПЭС позволяет получать электроэнергию и тепло в автономном режиме.
Газопоршневые установки (ГПУ) и газопоршневые электростанции (ГПЭС) – это распространённые названия для таких систем. В печати и интернете их иногда называют мини-ТЭЦ, но правильно использовать аббревиатуру мини-ТЭС, что означает тепловая электростанция.
Основным видом топлива для ГПЭС является природный газ. Простейшие установки мощностью от 10 до 100 кВт имеют один двигатель внутреннего сгорания и используются в системах резервного энергоснабжения. Более мощные ГПЭС мощностью до 50 МВт, рассчитанные на постоянную работу, имеют несколько силовых агрегатов, что позволяет гибко реагировать на изменяющиеся электрические нагрузки и экономить расход газового топлива. Несколько газопоршневых установок в едином энергокомплексе также способствуют более равномерному распределению нагрузки и продлевают моторесурс газовых двигателей.
Топливом для газопоршневых электростанций может быть природный газ, биогаз, свалочный газ или попутный нефтяной газ (ПНГ). Работа в режиме ТЭС-ТЭЦ, при котором вырабатываются одновременно электричество и тепло, называется когенерацией. Из тепловой энергии можно получать дополнительный ресурс – холод, что называется тригенерацией (требуется дополнительная поставка абсорбционно-холодильных машин – АБХМ).
Устройство газопоршневой электростанции на примере современных изделий от компании «ЛИЮ»
Газопоршневая электростанция, созданная компанией «ЛИЮ», представляет собой высокотехнологичное устройство, основным компонентом которого является газовый двигатель. Этот двигатель установлен на одной раме с генератором переменного тока и соединен с ним через крутильно-упругую муфту. Рама, в свою очередь, закреплена на фундаменте с использованием антивибрационных опор.
Электростанция оснащена электронным и механическим управляющим оборудованием «ЛИЮ», необходимым для ее функционирования. Съем и сбор аналоговой информации для цифровой системы управления осуществляется через датчики давления, температуры, импульсов, детонации, частоты вращения и других параметров.
Инженеры компании «ЛИЮ» стремятся достичь наивысшего значения электрического КПД при одновременном обеспечении надежности работы и длительного срока эксплуатации оборудования.
Газопоршневые установки, согласно требованиям заказчика, могут быть установлены внутри специального всепогодного контейнера с элементами звукоизоляции и вентиляции или смонтированы в открытом виде на раме с генератором и фундаментом в быстровозводимом здании. Для обеспечения надлежащих условий эксплуатации и соответствия нормативно-технической документации, электростанция оснащается необходимыми системами и вспомогательным оборудованием.
Основные системы и элементы инженерного обеспечения и безопасности включают:
- систему топливного снабжения;
- систему подачи и хранения моторного масла;
- систему вентиляции;
- тепловые модули (теплообменники);
- систему управляющей автоматики;
- систему удаленного управления и контроля основных параметров;
- систему охранно-пожарной сигнализации и пожаротушения;
- систему звукоизоляции;
- систему сбора и архивации параметров.
Тепловая энергия отбирается посредством теплообменников и котлов системы утилизации тепла. Собранная таким образом энергия, посредством теплоносителя, направляется по теплотрассе в сеть потребителя. При неполной востребованности полученного таким образом сателлитного тепла от электростанции, производится его утилизация, посредством сухих градирен.
В техническом задании заказчик указывает точки подключения к системе энергообеспечения своего предприятия. Места расположения узлов подключений определяются в процессе выполнения проектирования тепловой электростанции.
Режимы работы электростанции включают:
Автономный режим: электроснабжение осуществляется от газопоршневой электростанции без использования внешних сетей. Основной функцией является поддержка постоянного уровня напряжения независимо от нагрузки. В данном варианте требуется резервная установка, например, силовые агрегаты на дизельном топливе, мощность которых рассчитывается проектом.
- Параллельный режим: газопоршневая электростанция подключается к внешним сетям для обеспечения дополнительной мощности или резервирования.
- Синхронный режим: электростанция синхронизируется с внешними сетями для обеспечения общей стабильной работы.
Основное топливо для газопоршневых электростанций (ГПЭС) – природный газ (метан)
В Российской Федерации природный газ наиболее распространен и доступен. Однако, существуют и альтернативные виды газообразного топлива:
- биогаз,
- свалочный газ мусорных полигонов,
- попутный нефтяной газ,
- коксовый газ,
- сжиженный газ.
Биогаз получают из органических отходов методом анаэробного брожения в метантенках. Он содержит метан с примесями оксида углерода, водорода и азота. Свалочный газ также является метаном, образующимся на полигонах твердых коммунальных отходов (ТКО). Попутный нефтяной газ добывают вместе с нефтью или в процессе ее переработки на НПЗ.
Попутный газ (ПНГ) может добываться вместе с нефтью, так как он растворён в ней или его можно получить в процессе переработки нефти на НПЗ. Попутный нефтяной газ имеет достаточно разнящиеся составы, но основным газом в нём опять же, как правило, является метан, часто вместе с пропаном и бутаном. При использовании альтернативных видов газообразного топлива необходим предварительный анализ газа, проверка состава и параметров газа на соответствие требованиям завода-изготовителя.
Не все марки газопоршневых установок могут работать на альтернативных видах газа без детонации и перегрева. Установки компании ЛИЮ имеют специальную серию силовых агрегатов, предназначенных для работы на таких видах газа. В этих установках осуществляется регулировка зажигания и подачи топлива в каждом цилиндре.
Однако, даже такие установки требуют подготовки газа. Например, из биогаза необходимо удалять примеси и влагу. Технический холдинг «Электросистемы» имеет опыт реализации проектов в России с электростанциями на биогазе. В качестве основных агрегатов используются китайские двигатели ЛИЮ, изготовленные на основе немецких технологий.
Метановое число - индекс детонационной устойчивости газа
Для газовых двигателей электростанций ЛИЮ основным критерием является детонационная стабильность. Газовая смесь не должна самопроизвольно воспламеняться до момента зажигания и не должна детонировать после зажигания. Это не актуально для стандартного природного газа.
Эта задача обычно решаема. Для определения детонационных качеств газа используют метановое число. Метановое число показывает, насколько детонационная стойкость исследуемого газа соответствует детонационной стойкости смеси метана и водорода. Система автоматического управления непрерывно подбирает оптимальный режим работы газового двигателя ЛИЮ на основе метанового числа, что позволяет избежать детонации и перегрева, значительно увеличивая моторесурс силовых агрегатов.
Для обеспечения детонационной безопасности необходимо использовать газ с метановым числом, указанным официальным дилером ЛИЮ, например компанией «Электросистемы». Специалисты компании помогут разобраться с составом и метановым числом вашего газа. Метановое число можно определить с помощью газоанализаторов.
Квалифицированную консультацию можно получить по многоканальному телефону: +7 (495) 649-81-79.
СУТ – система утилизации тепла газопоршневой ТЭС
Газопоршневая ТЭС использует когенерацию для производства тепловой и электрической энергии. Система утилизации тепла (СУТ) подключается к установке для эффективного использования тепла выхлопных газов, охлаждения и смазки. Щит управления обеспечивает мониторинг и управление процессами СУТ.
СУТ может работать в ручном или автоматическом режиме. Она конструктивно размещена на раме и предназначена для общей утилизации тепла. Тепловая энергия может отбираться непосредственно из водяной рубашки газового мотора или через теплообменники из контура охлаждения и выхлопных газов.
Температура производимой воды находится в пределах 65-95ºС. Вся тепловая энергия направляется потребителям через сборный пункт. Объём тепловой энергии сопоставим с количеством производимой электроэнергии. На каждый 100 кВт электроэнергии вырабатывается 100-110% тепла. СУТ позволяет производить пар с заданными параметрами, хладоноситель и углекислый газ для тепличных комплексов. Это называется квадрогенерацией.
Максимальная утилизация тепла – экономическое преимущество газопоршневых электростанций. Из одной единицы газового топлива получают 40-45% электроэнергии и остальную энергию в виде тепла. Это позволяет эффективно использовать потенциал топлива и снизить стоимость электроэнергии.
Для обеспечения безопасности объекта в структуру газопоршневой станции интегрирована пиковая котельная. Она обеспечивает тепловую энергию при неработающих силовых агрегатах и имеет независимый запас топлива. Пиковая котельная сглаживает пики потребления тепла.
Система утилизации тепловой энергии на станции мощностью 10 МВт может экономить до 15 миллионов рублей в год. Экономия достигается по сравнению с газовой котельной, работающей 200 дней в году. При круглогодичной работе котельной экономия может быть выше.
Особенно впечатляющей экономия становится при использовании тепловой энергии в технологических целях. Это приводит к снижению себестоимости продукции предприятия.
Виды размещения газопоршневых электростанций
В зависимости от требований заказчика и условий размещения автономной электростанции на предприятии выделяют два основных вида исполнения газопоршневых установок:
- Контейнерное исполнение — ГПУ со всем вспомогательным оборудованием и системами устанавливается внутри специального контейнера (один двигатель). Согласно техническому заданию может быть установлено различное число контейнеров с ГПУ, объединённых между собою в единый энергокомплекс — ГПЭС.
- Стационарное исполнение — ГПУ со всем вспомогательным оборудованием и системами устанавливаются на отдельных фундаментах в быстровозводимом здании (несколько двигателей).
Контейнерное исполнение газопоршневой электростанции значительно ускоряет сроки запуска объекта генерации в эксплуатацию и уменьшает затраты на владение им. Контейнер с ГПУ может быть смонтирован и запущен в работу в течение нескольких недель. Стандартные размеры контейнеров позволяют быстро доставить генерирующий комплекс на объект заказчика различными видами транспорта. Простым путём добавления идентичных контейнеров можно достаточно быстро масштабировать мощность автономного энергокомплекса. Этот фактор желательно учитывать на предыдущих этапах, при выполнении проектных работ.
Газопоршневые электростанции стационарного типа проще обслуживать и проводить плановые сервисные работы. Здания такого типа, как правило, должны быть оборудованы кран-балками.
Пример контейнерной газопоршневой электростанции собственного производства технического холдинга «Электросистемы», Санкт-Петербург:
Внешний вид стационарной электростанции, построенной «под ключ» техническим холдингом «Электросистемы», Санкт-Петербург:
Во сколько же обойдётся один киловатт электроэнергии на собственной газопоршневой электростанции?
Современные энергоэффективные автономные газопоршневые электростанции тратят на производство 1 кВт электричества около 0,23–0,35 м³/час газового топлива. При этом потребитель бесплатно получает бонус – примерно 1 кВт тепловой энергии.
В современных ценах на природный газ, из одного кубического метра газа (стоимостью 6 рублей за 1 м³), автономные электростанции вырабатывают примерно 3 кВт электричества и ~3 кВт тепловой энергии.
Себестоимость 1 кВт электроэнергии от собственной электростанции составляет примерно 2 рубля.
Тариф от энергосбытовой компании составляет 6-7 рублей, причем это плата только за электрическую энергию. Тепловая энергия также стоит дорого и оплачивается по отдельному тарифу.
Цена 1 кВт тепловой энергии составляет ~70 копеек в Московской области (2020 год). В различных регионах РФ эта цена зачастую ещё выше.
В месяц на отопление помещения площадью 1000 квадратных метров необходимо ~15 гигакалорий. 1 гигакалория равна 1163 кВт.
Длительность отопительного сезона тоже разная по регионам, но в среднем она не менее 6 месяцев. Эти цифры приведены для идеальной ситуации, без учёта реальных теплопотерь, которые легко могут увеличить потребление вдвое! А если на предприятии в технологических целях нужен ещё и промышленный пар? Экономия для предприятия, решившего построить собственную тепловую электростанцию, более чем очевидна.
Как осуществляется строительство газопоршневых электростанций «под ключ» – стадии работ
Технический холдинг «Электросистемы», имея двадцатипятилетний опыт реализации таких проектов, выполняет полный цикл работ от проектирования до сдачи готовой электростанции в эксплуатацию. Безусловно, предоставляется гарантия и сервисное обслуживание, а также поставка расходных материалов.
География поставок
География поставок технического холдинга «Электросистемы» газопоршневых установок обширна – компания с огромным практическим опытом работает по всей стране.
Преимущества работы с нами
Одним из конкурентных преимуществ технического холдинга «Электросистемы» является наличие собственных производственных мощностей по изготовлению и комплектации контейнерных газопоршневых установок различной мощности. Наш завод располагается в Санкт-Петербурге, впрочем, как и головной офис. Имеются филиалы в Москве и других крупных городах России.
Получить квалифицированную консультацию можно по многоканальному телефону: +7 (495) 649-81-79.
Этапы строительства газопоршневой электростанции
Для снижения рисков и соблюдения сроков выполнения работ идеально доверить строительство газопоршневой электростанции одной, но известной на рынке инжиниринговой компании без привлечения сторонних подрядчиков.
Этапы выполнения работ по строительству газопоршневой электростанции «под ключ»:
- согласование,
- проектирование,
- производство и комплектация,
- монтаж и строительство, пуско-наладочные работы,
- сервисное обслуживание и поставка расходных материалов.
Проектирование
Проектные работы являются, по сути, виртуальным «фундаментом» строительства газопоршневой электростанции
Ошибки при проектировании
Часто при проектировании встречаются ошибки при выборе количества и единичной мощности газопоршневых установок.
В Московской области приходилось видеть, как компания сэкономила деньги на системе подготовки воды для тепловой электростанции. Спустя всего лишь три года с начала эксплуатации пришлось менять несколько километров труб и элементов отопительной системы предприятия.
В одном из проектов изначально отсутствовали фильтры на подающем топливном газопроводе. Это тоже оказалось дорогостоящей ошибкой.
Большая удаленность от основного потребителя также оказалась в конечном итоге довольно недёшевой ошибкой. Пришлось закупать и устанавливать дополнительные трансформаторные подстанции (ТП). А ведь с устранением избыточных шумов электростанции можно было разобраться гораздо дешевле.
Важность ТЭО проекта
Всегда должно быть тщательно проанализировано технико-экономическое обоснование проекта. Грамотно и обоснованно подобраны все узлы, силовые агрегаты и компоненты. Тщательно продуманный перспективный план развития объекта автономной генерации позволит сэкономить денежные средства заказчика.
Важен точный сбор данных от потребителя по электрическим нагрузкам, необходимы значения реальной пусковой мощности и характеристики запуска снабжаемого электроэнергией оборудования.
Поэтому проектирование газопоршневой электростанции является важнейшим этапом, которому должно уделяться значительное внимание и серьезный, обстоятельный подход. В процессе проектирования газопоршневой электростанции следует тщательно изучать и прорабатывать три основных этапа:
- рабочий проект электростанции.
- технический проект ГПЭС,
- техническое задание на проектирование
Технический холдинг «Электросистемы», как одно из передовых инжиниринговых предприятий России, предоставляет качественные услуги в сфере проектирования объектов генерации разной степени сложности на основе двадцатипятилетнего опыта работ в данной отрасли и большого количества успешно реализованных проектов в России и странах СНГ.
Поставка оборудования
Контейнерная электростанция оснащается стандартными транспортировочными узлами. Обеспечивается возможность многократных перевозок электростанции. На площадку заказчика блочно-контейнерная газопоршневая установка поставляется в максимальной заводской готовности. Все эти ответственные работы проходят под тщательным надзором инженеров ЛИЮ. В конечном итоге производится надлежащая упаковка контейнерной электростанции и её отправка транспортом на площадку для монтажа.
Строительно-монтажные работы
Технический холдинг «Электросистемы» проводит и осуществляет полный перечень строительно-монтажных работ (СМР) при установке на площадке заказчика контейнерных ГПЭС и строительстве стационарной тепловой электростанции. Характер и объёмы СМР различаются в зависимости от ситуации.
Вначале проводятся инженерно-геодезические изыскания, анализ грунта и уточнение трассировки коммуникаций. Затем следуют земляные работы, объём которых зависит от мощности тепловой ГПЭС. После окончания земляных работ начинается строительство фундамента, зависящего от мощности газопоршневой установки.
Специалисты, проводящие строительно-монтажные работы, должны иметь соответствующую сертификацию и допуски, а также быть внесёнными в государственный реестр. Контейнерные электростанции устанавливаются на фундамент, а силовые агрегаты монтируются на отдельные фундаменты в стационарные здания из сэндвич-панелей. Далее осуществляется обвязка энергокомплекса оборудованием, подключение газопровода и силовых линий. Если предусмотрено проектом, строятся дополнительные объекты, такие как трансформаторная подстанция, резервные дизель-генераторные установки и аварийная пиковая котельная. Вся территория газопоршневой электростанции огораживается и благоустраивается.
Пусконаладочные работы – ПНР
С 1994 года специалисты компании «Электросистемы» занимаются выполнением пусконаладочных работ на газопоршневых электростанциях по всей России. Наладка и пусковые работы являются конечной стадией строительства, включающей тестирование оборудования, запуски-остановы и проверку систем вспомогательного оборудования.
Основные цели пусконаладочных работ — тестирование на холостом ходу, проверка под нагрузкой и выход на запланированные параметры. Технический холдинг «Электросистемы» предоставляет полный комплекс ПНР на объектах любой сложности. Специалисты компании прошли обучение на заводе-изготовителе газопоршневых электростанций в КНР.
Удалённый мониторинг – дистанционное наблюдение за работой электростанции
С 1994 года специалисты компании «Электросистемы» занимаются выполнением пусконаладочных работ на газопоршневых электростанциях по всей России. Наладка и пусковые работы являются конечной стадией строительства, включающей тестирование оборудования, запуски-остановы и проверку систем вспомогательного оборудования. Основные цели пусконаладочных работ — тестирование на холостом ходу, проверка под нагрузкой и выход на запланированные параметры.
Технический холдинг «Электросистемы» предоставляет полный комплекс ПНР на объектах любой сложности. Специалисты компании прошли обучение на заводе-изготовителе газопоршневых электростанций в КНР. Современные газопоршневые электростанции ЛИЮ могут работать без постоянного присутствия обслуживающего персонала: диспетчеров, энергетиков, механиков.
Дистанционное наблюдение за работой ГПЭС осуществляется из диспетчерского пункта, находящегося там, где удобно заказчику. Возможна функция подключения удалённого заводского контроля. Данные по режимам и параметрам нагрузок и работы газопоршневой электростанции в целом можно архивировать для поддержки стабильной и безопасной эксплуатации. Электронный эксплуатационный журнал с его функциями ведения протокола заменяет заполняемый вручную журнал работы электростанции. Все рабочие сообщения, важные для эксплуатации коммутационные операции и изменения параметров (до 84) вносятся в протокол с точными датами и временными отметками (до 600 событий). Сигналы о выходах во внештатные и аварийные режимы незамедлительно передаются по всем каналам связи на диспетчерский пункт и отдельным ответственным лицам, даже в виде SMS-сообщений, например, главному энергетику предприятия.
Технический холдинг «Электросистемы» предлагает заказчикам услуги мониторинга и контроля работы оборудования. Мониторинг работы электростанции в режиме онлайн позволяет отслеживать техническое состояние оборудования, вовремя проводить плановые работы и сервисное обслуживание.
Однако следует объективно заметить, что в российской жизни на газопоршневых электростанциях, даже с самым лучшим оборудованием высшей, четвёртой степени автоматизации, обычно находятся «живые» люди: операторы, диспетчеры, специалисты. Таковы наши реалии.
Сервисное обслуживание
Поддержание газопоршневой электростанции (ГПЭС) в надлежащем техническом состоянии требует регулярного проведения сервисных работ. Эти работы должны выполняться квалифицированными специалистами, прошедшими обучение и имеющими опыт работы с данным оборудованием. Одним из ключевых факторов надежности является сотрудничество с инжиниринговой компанией, являющейся официальным дилером поставляемого оборудования. Это обеспечивает наличие складов расходных материалов, моторных масел, лубрикантов и запасных частей на территории Российской Федерации.
Заключение договоров с инжиниринговой компанией, строившей газопоршневую установку, является оптимальным решением. Такие договоры могут быть рамочными, с оплатой за каждый визит специалистов для проведения плановых сервисных работ. Также возможен заключение абонентских договоров для удобства обслуживания.
Инжиниринговая компания "Электросистемы" всегда готова пойти навстречу клиенту, включая обучение местного персонала и осуществление авторского надзора за выполнением профилактических и сервисных работ. На все оборудование, поставляемое официальным дилером ЛИЮ, предоставляются гарантии.
Экономика газопоршневых электростанций (ГПЭС) ЛИЮ действительно экономна
Многие бизнесмены строят собственные ГПЭС, чтобы иметь дешёвую электроэнергию и бесплатное тепло. Это снижает затраты на энергоснабжение и себестоимость продукции, повышая её конкурентоспособность. После политических потрясений это станет важным фактором для энергоёмких сфер мировой экономики. Компании увеличивают капитализацию, становятся привлекательными для инвестиций и перестают отдавать деньги гарантирующим поставщикам.
При наличии собственной электростанции исчезает дорогая транспортировка электроэнергии. Вы производите её на месте, где она нужна, в нужных объёмах, обретая энергонезависимость. Цена киловатта на ГПЭС в 2023 году не превышала 2 рублей. При равномерных нагрузках и использовании тепловой энергии себестоимость киловатта не растёт.
Инвестиции в ГПЭС окупаются за 3-5 лет, в зависимости от нагрузок и использования тепла. Лизинг может быть наиболее приемлемым вариантом.вой схемы, уместно вспомнить, что предприятие прекращает платить бешеные деньги за электричество чужому дяде.
Стоимость газопоршневых электростанции
Преимущества газопоршневых электростанций для бизнеса очевидны, но каждый владелец стремится оптимизировать расходы. Поэтому вопрос стоимости таких электростанций всегда актуален. Из практики технического холдинга «Электросистемы» известно, что удельная стоимость строительства газопоршневой электростанции «под ключ» составляет около 600–650 евро за 1 кВт установленной мощности. Эти цены коррелируются с преимуществами и выгодами от владения собственной электростанцией. Элементарные расчеты и бизнес-планы подтверждают это.
Чем выше мощность электростанции, тем дешевле стоимость одного установленного киловатта электрической мощности.
Технический холдинг «Электросистемы» строит электростанции любой мощности в зависимости от потребностей предприятия и планов перспективного развития.
Для консультации по стоимости и срокам строительства можно позвонить по телефону: +7 (495) 649-81-79 или бесплатно по многоканальному телефону: +7 (800) 555-05-37.
Безопасность и экологичность газопоршневых электростанций
Газопоршневые электростанции (ГПЭС) считаются одними из самых экологически чистых источников энергии. Они выделяют значительно меньше вредных веществ по сравнению с другими типами электростанций. Например, при работе ГПЭС на биогазе количество выбросов парниковых газов снижается еще больше, ведь в качестве топлива используется метан.
Особенности газопоршневых электростанций
Газопоршневые установки ЛИЮ отличаются низким расходом моторного масла и длительным интервалом между заменами. Это позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу.
Шум и дымовые трубы
Для снижения уровня шума от работы ГПЭС используются специальные глушители и звукоизоляция. Высота дымовых труб рассчитывается с учетом скорости потока выхлопных газов, что обеспечивает эффективное рассеивание вредных веществ.
Технический холдинг «ЭЛЕКТРОСИСТЕМЫ» является ведущим инжиниринговым предприятием России, специализирующимся на строительстве газопоршневых электростанций. За 30 лет компания ввела в эксплуатацию более 500 установок в различных регионах РФ.
Холдинг также является официальным российским дилером и сервис-партнером ЛИЮ. Получить квалифицированную консультацию можно по многоканальным телефонам: +7 (495) 649-81-79 или +7 (800) 555-05-37.