Что такое газопоршневой электрогенератор

Газопоршневые электростанции: принцип работы, особенности и преимущества

1. Виды газопоршневых генераторов
2. Особенности ГПЭС
3. Принцип работы
4. Описание конструкции
5. Преимущества использования ГПЭС
6. Область применения

Газопоршневая электростанция представляет собой систему генерации, вырабатывающую электричество в автономном режиме. Есть модели, обеспечивающие выработку не только электрической, но и тепловой энергии.

Виды газопоршневых генераторов

В зависимости от режима работы и вырабатываемой энергии газогенераторы разделяются на два основных вида:

• Когенерационная система. Данный тип вырабатывает два вида энергии: электричество и тепло. Общий КПД на выходе достигает 90%. Такие газогенераторы самые распространенные.
• Тригенерационная установка. При работе оборудования этого типа генерируется 3 вида энергии, направленных на выработку электричества, тепла и холода. Такой генератор может работать в холодный период на обогрев помещения, в жаркие дни обеспечивать работу вентиляционных систем.

Газовые электростанции с поршневым двигателем отличаются по виду используемого топлива. Для работы может использоваться:

• Газ с высокой теплотворной способностью (бутан, факельный, пропан).
• Сжиженный или магистральный природный газ.
• Газ с низкой степенью детонации и невысоким содержанием метана.
• Попутный газ нефтяных продуктов.
• Промышленный (коксовый, пиролизный, производные сточных вод, шахтный и т.д.).

Для бесперебойной работы установки не требуется большого количества топлива, при этом достигается высокий КПД.

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.

Принцип работы

Электрогенераторы с поршневой системой работают по следующему принципу:

• В камере с помощью свечи зажигания воспламеняется газовое топливо.
• В процессе сгорания выделяется энергия, которая приводит в движение коленчатый вал двигателя.
• Коленвал приводит в движение генератор электрического тока, вырабатывающий энергию.

Установка способна работать на природном газе, пропане, бутане, промышленных и попутных нефтяных газах.

Когенерационные станции — самый распространенный тип ГПУ: наряду с генерацией электричества вырабатывается теплоэнергия, которая может быть использована для нагрева воды и образования пара. Принцип работы этого типа станции:

• Холодная вода, циркулирующая по закрытому контуру, охлаждает двигатель, при этом происходит ее нагрев.
• После прохождения по системе жидкость направляется в теплообменник.
• На последней стадии теплоноситель попадает в котел.

Данный тип устройств нередко используется в жилых комплексах, обеспечивая население электричеством, горячей водой и теплом.

Тригенерационные комплексы способны вырабатывать холод. Принцип работы тригенерационной установки основан на той же схеме утилизации тепловой энергии, только в больших объемах. Для сбора холодных потоков и их дальнейшего распределения по системе используют компрессорные кондиционеры. При этом в чиллерах для охлаждения воды применяют уже отработанную теплую воду и пар.

Описание конструкции

Устройство состоит из следующих элементов:

• Газопоршневой двигатель.
• Синхронный генератор. Он соединен с мотором пальцевой муфтой.
• Вентилятор. Привод работает от коленвала посредством клиноременной передачи.
• Радиатор.
• Вспомогательные элементы (фильтры очистки воздуха, контрольные датчики, и т.д.).

Система зажигания обеспечивает воспламенение горючего в цилиндрах. Для этого используются свечи. Они располагаются в центральной части блока. Такое расположение обеспечивает лучшие условия сгорания топлива. Двигатель работает на батарейной системе зажигания. Она состоит из:

• Свечей.
• Электрических проводов.
• Источника питания.
• Прерывателя-распределителя.

Преимущества использования ГПЭС

В настоящее время газовые электростанции широко востребованы предприятиями жилищно-коммунального хозяйства, эффективны в промышленном производстве, сырьевой, угледобывающей сфере. Их эксплуатационные характеристики обеспечивают выполнение работы с высоким КПД.

Такая популярность станций с газопоршневым двигателем достигается благодаря множеству преимуществ:

• Устройство имеет высокий показатель выработки тепловой энергии в сравнении с турбинами и дизельными системами, предназначенными для работы с малыми мощностями.
• Оборудование устойчиво к температурным перепадам и неблагоприятным условиям окружающей среды.
• Есть возможность использовать разные варианты топлива, что делает станции универсальными.

• Низкий уровень выброса вредных веществ.

• Высокий коэффициент эффективности при работе без сопутствующих энергопотерь.
• Автоматизированная система защиты от перегрева.
• Различные проектные возможности, позволяющие создать модель, идеально подходящую под запросы клиента.
• Длительный срок эксплуатации.
• Возможность снижения затрат на энергопотребление.
• Лучшее соотношение технических параметров и цены.

Небольшие размеры ГПЭС позволяют удобно располагать ее на территории предприятия или в непосредственной близости к нему. При этом отпадает необходимость проведения дорогостоящих линий электропередач и установки трансформаторного оборудования. Это позволяет снизить расходы и создать надежный автономный источник энергии для предприятия.

Область применения

Электростанции на газопоршневом двигателе активно используются там, где необходима бесперебойная выработка энергии. Благодаря способности к автономной работе данные установки можно устанавливать в отдаленных районах, где сложно провести коммуникационные системы.

Широкий диапазон используемого сырья для топлива, высокие эксплуатационные характеристики позволяют использовать газовые генераторы в:

• Нефтегазовой и угольной промышленности (буровые платформы и скважины).
• Металлургии.
• Животноводстве, растениеводстве.
• Котельных, насосных станциях.
• Жилищно-коммунальной сфере.
• В качестве резервного или вспомогательного оборудования медицинских учреждений, аэропортов, системах жизнеобеспечения.

Использование метана в качестве сырья позволяет эффективно работать предприятиям, добывающим каменный уголь. Для уменьшения вредных выбросов углекислого газа используют газопоршневые системы в местах скопления мусора.

Многие коммерческие предприятия, офисные и торговые центры, государственные учреждения стараются уменьшить свои затраты на электричество за счет установки газогенератора с комбинированной системой выработки тепла и электроэнергии.

Газопоршневые электростанции широко распространены по всей территории страны, способствуя плодотворной работе различных предприятий и комфортной жизни людей.

Источник

Газопоршневая электростанция: принцип работы. Эксплуатация и обслуживание газопоршневых электростанций

Газопоршневая электростанция используется в качестве основного или резервного источника энергии. Для работы устройства требуется доступ к горючему газу любого типа. Многие модели ГПЭС дополнительно могут генерировать тепло для отопления и холод для вентиляционных систем, складов, промышленных объектов.

Газопоршневые электростанции: принцип работы

Основными элементами ГПЭС являются мотор-генератор и газовый поршневой двигатель. Горючий газ в камере ГПД воспламеняется посредством свечи зажигания и производит энергию, используемую для вращения рабочего вала генератора.

Автоматизированные электростанции и электроагрегаты с поршневыми газовыми двигателями, помимо электрической, могут вырабатывать тепловую энергию в утилизационном котле или водо-водяном нагревателе. Реже встречаются модели, генерирующие холод.

Устройство

Газопоршневая электростанция состоит из:

• газового двигателя и генератора переменного тока, соединённых упругой пальцевой муфтой;
• радиатора;
• вентилятора с приводом последнего от переднего конца коленчатого вала через клиноременную передачу;
• фильтров очистки воздуха и других вспомогательных устройств, смонтированных на общей раме установки.

Генератор имеет отдельное комплектное устройство с панелями управления и распределения.

Мотор

Работа газопоршневой электростанции невозможна без ГПД. Он работает на природных, попутных нефтяных и промышленных газах. Двигатель имеет литые алюминиевые головки блока, которые устанавливаются и крепятся к двум блокам цилиндров. Камера сгорания (чаще – открытого типа) находится в цилиндре между плоским днищем головки блока и днищем поршня с кольцевой выемкой.

Исходя из условий обеспечения бездетонационного сгорания газовоздушной смеси и ограничения максимальных давлений сгорания, в газовом двигателе применяется небольшая степень сжатия 10,5 (для природного газа) вместо 1415 в дизеле. Этого добиваются путём установки под головки блока более толстых, чем у дизеля, кольцевых алюминиевых прокладок (для каждого цилиндра – отдельная).

Система зажигания

В двигателе применена батарейная система зажигания, состоящая из:

• электрических свечей;
• прерывателя-распределителя катушки зажигания;
• источника питания;
• электрических проводов.

Для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах используются электросвечи (по одной свече на каждый цилиндр). Они установлены в головке блока в гнёздах с резьбой и выводными патрубками, которые предусмотрены в тех местах, где в дизеле располагаются форсунки. Центральное расположение электросвечи относительно камеры сгорания обеспечивает оптимальные условия сгорания смеси вследствие минимального пути распространения фронта пламени в цилиндре и нормальное охлаждение свечи циркулирующей в головке блока водой.

Эксплуатация газопоршневых электростанций

В качестве топлива в газовых двигателях используются различные типы газов:

• природный (как магистральный, так и сжиженный);
• попутный (нефтяной);
• пропан-бутан;
• биогаз;
• промышленный газ (сточных вод, шахтный, коксовый, пиролизный);
• прочие горючие газы.

Надежность электростанций с газовыми поршневыми двигателями подтверждена их длительной эксплуатацией в Западной Сибири, Якутии, Дальнем Востоке и прочих регионах РФ. В первую очередь их эксплуатируют на предприятиях, нефте-газовых, угольных месторождениях. Обилие попутного газа делает их эксплуатацию очень выгодной.

Обслуживание

Перед покупкой ГПЭС состав газа используемого в качестве топлива и его параметры согласовываются с предприятием-изготовителем. Наладку и ввод агрегатов в эксплуатацию по согласованию с потребителем также производит изготовитель.

В зависимости от сложности оборудования обслуживание газопоршневой электростанции осуществляется либо поставщиком, либо обученным и прошедшим проверку знаний персоналом. ТО или ремонт газовой аппаратуры, а также прочих узлов и агрегатов двигателя осуществляйте только после выработки газа из газовой магистрали и системы питания.

Воздух не должен содержать агрессивные и взрывчатые газы. В машинном отделении, где установлен газовый двигатель, рабочий воздух не должен иметь запылённость более 0,002 г/м 3 . При более высокой запыленности на входе в мотор должна быть установлена дополнительная система очистки.

Преимущества

Газопоршневая электростанция может длительно и устойчиво работать автономно и параллельно с другими идентичными по характеристике электростанциями с соотношением мощности от 3:1 до 1:3 или промышленной сетью.

Газовый поршневой двигатель, генератор, радиатор системы охлаждения смонтированы на обшей раме. Двигатель и генератор соединены между собой фланцами, исключающими необходимость центровки валов. Агрегат может поставляться в стационарном исполнении на раме и передвижном варианте в утепленном кузове.

Во время работы электростанций осуществляется автоматический мониторинг за:

• стабильностью выходных электрических параметров;
• перегревом охлаждающей жидкости;
• перегревом масла;
• падением давления масла в системе смазки двигателя;
• снижением сопротивления изоляции;
• появлением опасного потенциала на корпусе.

ГПЭС может быть обеспечена автоматическим или дистанционным управлением пуском, работой и остановкой двигателя.

Технические характеристики

Основные технические данные на примере российской модели АД200С-Т400-Р:

• Номинальная мощность: 200 кВт.
• Напряжение: 400 В.
• Частота тока: 50 Гц.
• Род тока: трёхфазный, переменный.
• Номинальная частота вращения: 1500 об/мин.
• Пуск двигателя: стартерный.
• Расход газа: не более 50 кг/ч.
• Габаритные размеры агрегата: 2950х1320х1610 мм.
• Масса агрегата сухая: 2960 кг.
• Ресурс работы двигателя до капремонта: 15000 ч.

Ненагруженная газопоршневая электростанция обеспечивает запуск короткозамкнутого асинхронного электродвигателя мощностью до 125 кВт с кратностью пускового тока до 7. ГПЭС оборудована средствами подогрева, обеспечивающими пуск при температуре ниже +5Сᵒ и устройствами подогрева воздуха внутри помещения (кузова).

Источник