Zloženie plynovej turbíny. Aký pohon si vybrať: piestovú alebo plynovú turbínu. Plynové piestové motory verzus agregáty s plynovou turbínou - ekológia

Princíp činnosti jednotiek plynovej turbíny

Obr.1. Schéma agregátu plynovej turbíny s jednohriadeľovým motorom s plynovou turbínou jednoduchého cyklu

Kompresor (1) pohonnej jednotky plynovej turbíny je dodávaný s čerstvý vzduch. Pod vysokým tlakom je vzduch z kompresora nasmerovaný do spaľovacej komory (2), kde je privádzané hlavné palivo, plyn. Zmes sa zapáli. Pri horení zmesi plynu a vzduchu vzniká energia vo forme prúdu horúcich plynov. Toto vlákno s vysoká rýchlosť sa ponáhľa k obežnému kolesu turbíny (3) a otáča ho. Rotačná kinetická energia cez hriadeľ turbíny poháňa kompresor a elektrický generátor (4). Zo svoriek elektrického generátora sa vyrobená elektrina, zvyčajne cez transformátor, posiela do elektrickej siete k spotrebiteľom energie.

Plynové turbíny sú opísané Braytonovým termodynamickým cyklom Brayton/Jouleov cyklus je termodynamický cyklus, ktorý popisuje prevádzkové procesy plynových turbín, prúdových a náporových spaľovacích motorov, ako aj plynových turbínových motorov s vonkajším spaľovaním s uzavretou slučkou plynného (jednofázová) pracovná kvapalina.

Cyklus je pomenovaný po americkom inžinierovi Georgovi Braytonovi, ktorý vynašiel piestový spaľovací motor, ktorý pracoval na tomto cykle.

Niekedy sa tento cyklus nazýva aj Jouleov cyklus – na počesť anglického fyzika Jamesa Jouleho, ktorý zaviedol mechanický ekvivalent tepla.

Obr.2. P,V diagram Brightonský cyklus

Ideálny Braytonov cyklus pozostáva z nasledujúcich procesov:

• 1-2 Izoentropická kompresia.
• 2-3 Izobarický prívod tepla.
• 3-4 Izoentropická expanzia.
• 4-1 Izobarický odvod tepla.

Berúc do úvahy rozdiely medzi skutočnými adiabatickými procesmi expanzie a kompresie od izoentropických, je skonštruovaný skutočný Braytonov cyklus (1-2p-3-4p-1 na T-S diagrame) (obr. 3).

Obr.3. T-S diagram Brightonský cyklus
Perfektné (1-2-3-4-1)
Skutočné (1-2p-3-4p-1)

Tepelná účinnosť ideálneho Braytonovho cyklu sa zvyčajne vyjadruje vzorcom:

• kde P = p2 / p1 je stupeň zvýšenia tlaku v procese izontropickej kompresie (1-2);
• k - adiabatický index (pre vzduch rovný 1,4)

Zvlášť treba poznamenať, že tento všeobecne akceptovaný spôsob výpočtu účinnosti cyklu zakrýva podstatu prebiehajúceho procesu. Obmedzujúca účinnosť termodynamického cyklu sa vypočíta pomocou teplotného pomeru pomocou Carnotovho vzorca:

• kde T1 je teplota chladničky;
• T2 - teplota ohrievača.

Presne rovnaký teplotný pomer možno vyjadriť veľkosťou tlakových pomerov použitých v cykle a adiabatickým indexom:

Účinnosť Braytonovho cyklu teda závisí od počiatočných a konečných teplôt cyklu presne rovnakým spôsobom ako účinnosť Carnotovho cyklu. S nekonečne malým ohrevom pracovnej tekutiny pozdĺž línie (2-3) možno tento proces považovať za izotermický a úplne ekvivalentný Carnotovmu cyklu. Množstvo ohrevu pracovnej tekutiny T3 počas izobarického procesu určuje množstvo práce súvisiacej s množstvom pracovnej tekutiny použitej v cykle, ale žiadnym spôsobom neovplyvňuje tepelnú účinnosť cyklu. Pri praktickej realizácii cyklu sa však ohrev zvyčajne vykonáva na najvyššie možné hodnoty, obmedzené tepelnou odolnosťou použitých materiálov, aby sa minimalizovala veľkosť mechanizmov, ktoré stláčajú a rozťahujú pracovnú tekutinu.

V praxi spôsobuje trenie a turbulencie:

• Neadiabatická kompresia: Pre daný celkový tlakový pomer je výstupná teplota kompresora vyššia ako ideálna.
• Neadiabatická expanzia: Hoci teplota turbíny klesne na úroveň potrebnú pre prevádzku, kompresor nie je ovplyvnený, tlakový pomer je vyšší, čo má za následok nedostatočnú expanziu na zabezpečenie užitočnej prevádzky.
• Straty tlaku v prívode vzduchu, spaľovacej komore a výstupe: v dôsledku toho expanzia nie je dostatočná na zabezpečenie užitočnej prevádzky.

Rovnako ako u všetkých cyklických tepelných motorov, čím vyššia je teplota spaľovania, tým vyššia je účinnosť. Limitujúcim faktorom je schopnosť ocele, niklu, keramiky alebo iných materiálov, ktoré tvoria motor, odolávať teplu a tlaku. Veľa inžinierstva ide do odstraňovania tepla z častí turbíny. Väčšina turbín sa tiež snaží získavať teplo z výfukových plynov, ktoré by sa inak minulo.

Rekuperátory sú výmenníky tepla, ktoré odovzdávajú teplo z výfukových plynov stlačený vzduch pred spaľovaním. V kombinovanom cykle sa teplo prenáša do systémov parné turbíny. A pri kombinovanej výrobe elektriny a tepla (kogenerácia) sa odpadové teplo využíva na výrobu teplej vody.

Mechanicky môžu byť plynové turbíny podstatne jednoduchšie ako piestové spaľovacie motory. Jednoduché turbíny môžu mať jednu pohyblivú časť: zostavu hriadeľ/kompresor/turbína/alternatívny rotor (pozri obrázok nižšie), bez palivového systému.

Obr.4. Tento stroj má jednostupňový radiálny kompresor,
turbína, rekuperátor a vzduchové ložiská.

Zložitejšie turbíny (tie používané v moderných prúdových motoroch) môžu mať viacero hriadeľov (cievok), stovky lopatiek turbíny, pohyblivé statorové lopatky a rozsiahly systém zložitých potrubí, spaľovacích komôr a výmenníkov tepla.

Vo všeobecnosti platí, že čím menší je motor, tým vyššia je rýchlosť hriadeľa(ov) potrebná na udržanie maximálnej lineárnej rýchlosti lopatiek.

Maximálna rýchlosť lopatiek turbíny určuje maximálny dosiahnuteľný tlak, výsledkom čoho je maximálny výkon bez ohľadu na veľkosť motora. Prúdový motor sa točí frekvenciou asi 10 000 ot./min a mikroturbína frekvenciou asi 100 000 ot./min.

Jednotky s plynovou turbínou (GTU) sú žiadané v priemysle, sektor dopravy, sú široko používané v energetickom priemysle. Toto zariadenie nie je príliš zložité v dizajne, má vysokú účinnosť a je ekonomické.

Plynové turbíny sú v mnohých ohľadoch podobné motorom na naftu alebo benzín: rovnako ako v spaľovacom motore sa tepelná energia získaná spaľovaním paliva premieňa na mechanickú energiu. V tomto prípade sa produkty spaľovania používajú v inštaláciách otvoreného typu, zatiaľ čo v uzavretých systémoch sa používa plyn alebo obyčajný vzduch. Obe sú rovnako žiadané. Okrem otvorených a uzavretých sú tu turbokompresorové turbíny a inštalácie s generátormi plynu s voľnými piestami.

Najjednoduchším spôsobom je zvážiť dizajn a princíp fungovania plynová turbína na inštalácii turbokompresorového typu, ktorý pracuje pri konštantnom tlaku.

Dizajn plynovej turbíny

Plynová turbína sa skladá z kompresora, vzduchového potrubia, spaľovacej komory, dýzy, dráhy prúdenia, stacionárnych a pracovných lopatiek, výfukového potrubia, prevodovky, vrtule a štartovacieho motora.

Štartovací motor je zodpovedný za spustenie turbíny. Poháňa kompresor, ktorý sa roztočí na požadovanú rýchlosť. potom:

• kompresor odoberá vzduch z atmosféry a stláča ho;
• vzduch sa posiela do spaľovacej komory vzduchovým potrubím;
• palivo vstupuje do tej istej komory cez dýzu;
• plyn a vzduch sa miešajú a horia pri konštantnom tlaku, čo vedie k tvorbe produktov spaľovania;
• produkty spaľovania sa ochladzujú vzduchom, po ktorom vstupujú do prietokovej časti;
• v stacionárnych lopatkách sa zmes plynov rozširuje a zrýchľuje, potom je nasmerovaná na pracovné lopatky a uvádza ich do pohybu;
• vyčerpaná zmes opúšťa turbínu potrubím;
• turbína prenáša kinetickú energiu na kompresor a vrtuľu cez prevodovku.

Plyn zmiešaný so vzduchom, horiaci, tvorí pracovné médium, ktoré rozpínaním urýchľuje a roztáča lopatky a za nimi vrtuľu. Následne sa kinetická energia premení na elektrickú energiu alebo sa použije na pohyb lode.

Použitím princípu rekuperácie tepla môžete ušetriť na palive. V tomto prípade je vzduch vstupujúci do turbíny ohrievaný výfukovými plynmi. Výsledkom je, že jednotka spotrebuje menej paliva a generuje viac kinetickej energie. Regenerátor, kde sa ohrieva vzduch, slúži súčasne na chladenie výfukových plynov.

Vlastnosti uzavretých plynových turbín

Plynová turbína otvoreného typu odoberá vzduch z atmosféry a výfukové plyny odvádza von. To nie je veľmi efektívne a je to nebezpečné, ak sa inštalácia nachádza v uzavretom priestore, kde pracujú ľudia. V tomto prípade sa používa jednotka uzavretého typu plynovej turbíny. Takéto turbíny nevypúšťajú spotrebovanú pracovnú tekutinu do atmosféry, ale smerujú ju do kompresora. Nemieša sa so splodinami horenia. Ako výsledok, Pracovné prostredie cirkulujúci v turbíne zostáva čistý, čo zvyšuje životnosť zariadenia a znižuje počet porúch.

Uzavreté turbíny sú však príliš veľké. Plyny, ktoré neunikajú, musia byť dostatočne efektívne chladené. To je možné len vo veľkých výmenníkoch tepla. Preto sa inštalácie používajú na veľkých lodiach, kde je dostatok miesta.

Uzavreté jednotky s plynovou turbínou môžu mať tiež nukleárny reaktor. Ako chladivo používajú oxid uhličitý, hélium alebo dusík. Plyn sa zahrieva v reaktore a posiela sa do turbíny.

Plynové turbíny a ich rozdiely od parných turbín a spaľovacích motorov

Plynové turbíny sa líšia od spaľovacích motorov jednoduchšou konštrukciou a jednoduchou opravou. Dôležité je aj to, že nemajú kľukový mechanizmus, vďaka čomu je spaľovací motor objemný a ťažký. Turbína je približne dvakrát ľahšia a menšia ako motor podobného výkonu. Okrem toho môže jazdiť na palivo nízkej kvality.

Plynové turbíny sa líšia od parných turbín ich malými rozmermi a jednoduchým spustením. Ich údržba je jednoduchšia ako jednotky poháňané parou.

Turbíny majú aj nevýhody: nie sú také ekonomické v porovnaní so spaľovacími motormi, vytvárajú viac hluku a rýchlejšie sa opotrebúvajú. To však nebráni používaniu jednotiek plynových turbín v doprave, priemysle a dokonca aj v každodennom živote. Turbíny sú inštalované na námorných a riečnych plavidlách, používajú sa v elektrárňach, čerpacích zariadeniach a mnohých ďalších oblastiach. Sú pohodlné a mobilné, takže sa používajú pomerne často.

Pohonné jednotky - pohony elektrických generátorov pre autonómne malé tepelné elektrárne môžu byť dieselové, plynové piestové, mikroturbínové a plynové turbínové motory.

O výhodách určitých generačných zariadení a technológií bolo napísaných veľké množstvo diskusných a polemických článkov. Spravidla pri sporoch v koterci zostáva buď jeden, alebo druhý často v hanbe. Skúsme prísť na to prečo.

Určujúcimi kritériami pre výber energetických jednotiek na výstavbu autonómnych elektrární sú otázky spotreby paliva, výšky prevádzkových nákladov, ako aj doby návratnosti zariadení elektrárne.

Dôležitými faktormi pri výbere pohonných jednotiek sú jednoduchosť obsluhy, úroveň Údržba a oprava, ako aj miesto, kde sa vykonávajú opravy pohonnej jednotky. Tieto otázky súvisia predovšetkým s nákladmi a problémami, ktoré následne môže mať majiteľ autonómnej elektrárne.

Autor v tomto článku nemá sebecký cieľ uprednostniť v prospech piestových alebo turbínových technológií. Správnejšie a optimálnejšie je vybrať typy elektrární elektrární priamo do projektu, na základe individuálnych podmienok a zadávacích podmienok zákazníka.

Pri výbere energetického zariadenia na výstavbu autonómnej plynovej kogeneračnej jednotky je vhodné poradiť sa s nezávislými odborníkmi z inžinierskych spoločností, ktoré sa už zaoberajú výstavbou elektrární na kľúč. Inžinierska firma musí mať hotové projekty, ktoré si možno prezrieť a vziať na prehliadku. Je potrebné vziať do úvahy aj taký faktor, ako je slabosť a nedostatočný rozvoj trhu s výrobnými zariadeniami v Rusku, ktorého skutočné objemy predaja sú v porovnaní s rozvinutými krajinami malé a zanechávajú veľa želaní - to je predovšetkým sa odráža v objeme a kvalite ponúk.

Plynové piestové motory vs motory s plynovou turbínou - prevádzkové náklady

Je pravda, že prevádzkové náklady minikogeneračnej jednotky s piestovými strojmi sú nižšie ako náklady na prevádzku elektrárne s plynovými turbínami?

Náklady na generálnu opravu plynového piestového motora môžu byť 30–350% počiatočných nákladov na samotnú pohonnú jednotku, a nie na celú elektráreň - počas generálnej opravy sa skupina piestov vymení. Oprava plynových piestových jednotiek môže byť vykonaná na mieste bez zložitého diagnostického zariadenia raz za 7-8 rokov.

Náklady na opravu jednotky plynovej turbíny sú 30–50 %. počiatočné investície. Ako vidíte, náklady sú približne rovnaké. Podobné sú aj reálne, poctivé ceny za samotné plynové turbíny a piestové jednotky porovnateľného výkonu a kvality.

Väčšie opravy agregátu plynovej turbíny sa vzhľadom na jeho zložitosť nevykonávajú na mieste. Dodávateľ musí použitý agregát odviezť a priniesť náhradný agregát s plynovou turbínou. Starú jednotku je možné obnoviť iba v továrenských podmienkach.

Vždy by ste mali brať do úvahy dodržiavanie harmonogramu bežnej údržby, charakter záťaže a prevádzkové režimy elektrárne bez ohľadu na typ inštalovaných energetických jednotiek.

Často diskutovaná otázka o vhodnosti turbíny na prevádzkové podmienky sa spája so zastaranými informáciami spred štyridsiatich rokov. Potom sa „na zemi“ na pohon elektrární použili letecké turbíny „odstránené z krídla“ lietadla. Takéto turbíny boli s minimálnymi zmenami prispôsobené na prácu ako hlavné energetické jednotky pre elektrárne.

Moderné autonómne elektrárne dnes využívajú turbíny priemyselného dizajnu, určené na nepretržitú prevádzku s rôznym zaťažením.

Spodná hranica minimálneho elektrického zaťaženia, oficiálne deklarovaná výrobnými závodmi pre priemyselné turbíny, je 3–5 %, ale v tomto režime sa spotreba paliva zvyšuje o 40 %. Maximálne zaťaženie jednotky plynovej turbíny môže v obmedzených časových intervaloch dosiahnuť 110-120%.

Moderné plynové piestové jednotky majú fenomenálnu účinnosť založenú na vysokej úrovni elektrickej účinnosti. „Problémy“ spojené s prevádzkou plynových piestových jednotiek pri nízkom zaťažení sú pozitívne vyriešené v štádiu projektovania. Dizajn musí byť vysoko kvalitný.

Dodržiavanie prevádzkového režimu odporúčaného výrobcom predĺži životnosť častí motora, čím ušetrí peniaze majiteľovi autonómnej elektrárne. Niekedy, aby sa plynové piestové motory dostali do nominálneho režimu pri čiastočnom zaťažení, sú do konštrukcie tepelného okruhu stanice zahrnuté jeden alebo dva elektrické kotly, ktoré umožňujú poskytnúť požadovaných 50% zaťaženia.

Pri elektrárňach na báze plynových piestových jednotiek a plynových turbín je dôležité dodržať pravidlo N+1 - počet prevádzkových jednotiek plus jeden pre rezervu. „N+1“ je pohodlný, racionálny počet inštalácií pre obsluhujúci personál. Je to spôsobené tým, že pre elektrárne akéhokoľvek typu a typu je potrebné vykonať regulačné a renovačné práce.

Podnik pripojený k sieti môže nainštalovať iba jednu inštaláciu a používať svoju vlastnú elektrickú energiu za cenu a počas údržby môže byť napájaný zo všeobecnej elektrickej siete, pričom platí podľa merača. Je to lacnejšie ako „+1“, ale bohužiaľ to nie je vždy možné. Zvyčajne je to spôsobené nedostatočnou elektrickou sieťou alebo neuveriteľne vysokými nákladmi Technické špecifikácie pre samotné pripojenie.

Bezohľadní predajcovia plynových piestových jednotiek a plynových turbín pred predajom zariadenia kupujúcemu spravidla poskytujú iba brožúry - všeobecnú obchodnú literatúru a veľmi zriedkavo presné informácie o úplných prevádzkových nákladoch a technických predpisoch.

Na výkonných plynových piestových jednotkách nie je potrebné meniť olej. O trvalé zamestnanie jednoducho sa vyrába bez času na starnutie. Olej v takýchto zariadeniach sa neustále dopĺňa. Takéto prevádzkové režimy sú zabezpečené špeciálnou konštrukciou výkonných plynových piestových motorov a odporúča ich výrobca.

Odpad motorového oleja je 0,25 – 0,45 gramu na vyrobený kilowatt za hodinu. Vyhorenie je vždy vyššie, keď sa záťaž zníži. Súprava plynového piestového motora spravidla obsahuje špeciálny zásobník na priebežné dopĺňanie oleja a minilaboratórium na kontrolu jeho kvality a určenie doby výmeny.

Preto je potrebné vymeniť aj olejové filtre alebo vložky v nich.

Pretože motorový olej stále horí, piestové jednotky majú o niečo vyššiu úroveň škodlivých emisií do atmosféry ako jednotky s plynovou turbínou. Ale keďže plyn horí úplne a je jedným z najviac čistý druh palivo, potom hovoriť o vážnom znečistení ovzdušia je len „otupenie mečov“. Oveľa vážnejšie škody na životnom prostredí spôsobuje pár starých maďarských autobusov Ikarus. Pre dodržanie environmentálnych požiadaviek je pri použití piestových strojov potrebné vybudovať vyššie komíny s ohľadom na existujúcu úroveň maximálnych prípustných koncentrácií v prostredí.

Použitý olej z plynových piestových zariadení nemožno jednoducho vyliať na zem - vyžaduje si likvidáciu - to je „náklad“ pre majiteľov elektrárne. Ale môžete na tom zarobiť peniaze - použitý motorový olej nakupujú špecializované organizácie.

Mnohí z nás používajú motorový olej v piestových motoroch našich áut. Ak je motor v dobrom prevádzkovom stave, správne prevádzkovaný a natankovaný bežným palivom, nenastanú žiadne finančné kataklizmy spojené s jeho spotrebou.

To isté platí aj pri piestových elektrárňach: - spotreby motorového oleja sa nemusíte báť, nezruinuje vás, pri bežnej prevádzke moderných kvalitných plynových piestových elektrární sú náklady na túto položku len 2 -3 (!) kopejky na 1 kW vyrobenej elektriny.

V moderných jednotkách s plynovou turbínou sa olej používa iba v prevodovke. Jeho objem možno považovať za nevýznamný. Prevodový olej v jednotkách plynových turbín sa vymieňa v priemere raz za 3-5 rokov a nie je potrebné dopĺňanie.

Na vykonanie úplného servisu musí výkonná inštalácia plynového piestu obsahovať nosníkový žeriav. Pomocou žeriavového nosníka sa odstraňujú ťažké časti piestových motorov. Použitie nosníkového žeriavu vyžaduje vysoké stropy strojovní piestovej elektrárne. Na opravu plynových piestových jednotiek s nízkym a stredným výkonom si vystačíte s jednoduchšími zdvíhacími mechanizmami.

Pri dodaní môžu byť plynové piestové elektrárne vybavené rôznymi opravárskymi nástrojmi a príslušenstvom. Jeho prítomnosť znamená, že aj všetky kritické operácie môže vykonávať kvalifikovaný personál na mieste. Prakticky všetky opravárenské práce na plynových turbínach je možné vykonávať buď vo výrobnom závode výrobcu, alebo s priamou pomocou továrenských špecialistov.

Zapaľovacie sviečky je potrebné vymeniť raz za 3-4 mesiace. Výmena zapaľovacích sviečok je len 1-2 (!) kopejky v nákladoch 1 kW/h vlastnej elektriny.

Piestové jednotky, na rozdiel od jednotiek plynových turbín, sú chladené kvapalinou, preto musí personál autonómnej elektrárne neustále monitorovať hladinu chladiacej kvapaliny a pravidelne ju vymieňať, a ak ide o vodu, musí byť chemicky pripravená.

Vyššie uvedené vlastnosti činnosti piestových jednotiek v jednotkách plynových turbín chýbajú. Inštalácie plynových turbín nepoužívajú spotrebný materiál a komponenty ako:

• motorový olej,
• zapaľovacia sviečka,
• olejové filtre,
• chladiaca kvapalina,
• sady vysokonapäťových vodičov.

Plynové turbíny sa však nedajú opraviť na mieste a oveľa vyššia spotreba plynu sa nedá porovnať s nákladmi na prevádzku a spotrebný materiál piestových jednotiek.

Čo si vybrať? Jednotky s plynovým piestom alebo plynovou turbínou?

Ako súvisí výkon elektrární elektrární s teplotou okolia?

S výrazným zvýšením teploty životné prostredie Výkon jednotky plynovej turbíny klesá. Ale keď teplota klesá, elektrický výkon jednotky plynovej turbíny sa naopak zvyšuje. Parametre elektrického výkonu, podľa existujúcich normy ISO, merané pri t +15 °C.

Niekedy dôležitý bod je tiež skutočnosť, že jednotka plynovej turbíny je schopná dodať 1,5-krát viac voľnej tepelnej energie ako piestová jednotka podobného výkonu. Pri použití výkonnej (od 50 MW) autonómnej tepelnej elektrárne napríklad vo verejných službách to môže mať rozhodujúci význam pri výbere typu pohonných jednotiek, najmä pri veľkej a rovnomernej spotrebe tepelnej energie.

Naopak tam, kde teplo nie je potrebné vo veľkých množstvách, ale je potrebný dôraz na výrobu elektrickej energie, bude ekonomicky výhodnejšie použiť plynové piestové jednotky.

Vysoká teplota na výstupe z agregátov plynovej turbíny umožňuje použitie parnej turbíny ako súčasti elektrárne. Toto zariadenie je žiadané, ak spotrebiteľ potrebuje pri rovnakom objeme spotrebovaného plynového paliva získať maximálne množstvo elektrickej energie a tým dosiahnuť vysokú elektrickú účinnosť - až 59%. Energetický komplex tejto konfigurácie je náročnejší na prevádzku a stojí o 30 – 40 % viac ako zvyčajne.

Elektrárne, ktoré majú vo svojej štruktúre parné turbíny, sú spravidla navrhnuté na pomerne vysoký výkon - od 50 MW a viac.

Povedzme si to najdôležitejšie: plynové piestové jednotky verzus pohonné jednotky plynových turbín – účinnosť

Účinnosť elektrárne je viac ako relevantná - koniec koncov ovplyvňuje spotrebu paliva. Priemerná merná spotreba plynového paliva na vyrobenú 1 kW/h je výrazne nižšia pre inštaláciu s plynovým piestom a pri akomkoľvek režime zaťaženia (hoci dlhodobé zaťaženie nižšie ako 25 % je kontraindikované pre piestové motory).

Elektrická účinnosť piestových strojov je 40–44 % a plynových turbín 23–33 % (v paroplynovom cykle je turbína schopná dosiahnuť účinnosť až 59 %).

Paroplynový cyklus sa používa pri vysokých elektrárňach - od 50-70 MW.

Ak potrebujete vyrobiť lokomotívu, lietadlo alebo námornú loď, potom faktor účinnosti elektrárne možno považovať za jeden z určujúcich ukazovateľov. Teplo, ktoré vzniká pri prevádzke motora lokomotívy, lietadla (alebo lode), sa nevyužíva a uvoľňuje sa do atmosféry.

Ale nestaviame lokomotívu, ale elektráreň a pri výbere typu pohonných jednotiek pre autonómnu elektráreň je prístup trochu iný - tu je potrebné hovoriť o úplnom využití horľavého paliva - o využití paliva. faktor (FUI).

Pri spaľovaní palivo vykonáva hlavnú prácu - otáča generátor elektrárne. Všetka zostávajúca energia zo spaľovania paliva je teplo, ktoré sa môže a malo by sa využiť. V tomto prípade bude takzvaná „celková účinnosť“ alebo skôr faktor využitia paliva (FUI) elektrárne asi 80 – 90 %.

Ak spotrebiteľ očakáva použitie termálna energia Autonómna elektráreň v plnom rozsahu, čo je väčšinou málo pravdepodobné, potom faktor účinnosti (účinnosti) autonómnej elektrárne nemá praktický význam.

Keď sa zaťaženie zníži na 50 %, elektrická účinnosť plynovej turbíny sa zníži.

Turbíny navyše vyžadujú vysoký vstupný tlak plynu, a preto nevyhnutne inštalujú kompresory (piestové) a tiež zvyšujú spotrebu paliva.
Porovnanie jednotiek s plynovou turbínou a plynových piestových motorov v rámci mini-CHP ukazuje, že inštalácia plynových turbín je vhodná v zariadeniach, ktoré majú jednotné elektrické a tepelné potreby s výkonom nad 30-40 MW.

Z uvedeného vyplýva, že elektrická účinnosť pohonných jednotiek rôznych typov má priamy vplyv na spotrebu paliva.

Plynové piestové jednotky spotrebujú o štvrtinu alebo dokonca tretinu menej paliva ako jednotky s plynovou turbínou – to je hlavná nákladová položka!

V súlade s tým, s podobnými alebo rovnakými nákladmi na samotné zariadenie, lacnejšie Elektrická energia získané v inštaláciách plynových piestov. Plyn je hlavnou nákladovou položkou pri prevádzke autonómnej elektrárne!

Plynové piestové inštalácie verzus motory s plynovou turbínou - vstupný tlak plynu

Je vždy potrebné mať pri použití plynových turbín vysokotlakový plynovod?

Pre všetky typy moderných energetických jednotiek elektrární nemá tlak prívodu plynu praktický význam, pretože jednotka plynovej turbíny vždy obsahuje plynový kompresor, ktorý je zahrnutý v nákladoch na energetický komplex.

Kompresor poskytuje požadované tlakové výkonové charakteristiky plynového paliva. Moderné kompresory sú mimoriadne spoľahlivé a nenáročné na údržbu. Vo svete moderné technológie Pre plynové piestové motory aj plynové turbíny je dôležité mať iba správny objem plynového paliva normálna operácia autonómna elektráreň.

Na to by sme však nemali zabúdať Pomocný kompresor tiež vyžaduje veľa energie, Zásoby a služieb. Paradoxne, piestové kompresory sa často používajú pre výkonné turbíny.

Plynové piestové motory verzus jednotky s plynovou turbínou - dvojpalivové jednotky

Často sa píše a hovorí, že dvojpalivové inštalácie môžu byť poháňané iba piestom. Je to pravda?

To nie je pravda. Všetci známi výrobcovia plynových turbín majú vo svojom sortimente dvojpalivové jednotky. Hlavnou črtou dvojpalivovej jednotky je jej schopnosť prevádzky na zemný plyn aj naftu. Vďaka použitiu dvoch druhov paliva v dvojpalivovej inštalácii možno v porovnaní s jednopalivovou inštaláciou zaznamenať niekoľko jej výhod:

• pri absencii zemného plynu sa inštalácia automaticky prepne na prevádzku na motorovú naftu;
• Počas prechodných procesov sa zariadenie automaticky prepne na prevádzku na motorovú naftu.

Pri vstupe do prevádzkového režimu sa spätný proces prechod na prácu so zemným plynom a motorovou naftou;
Netreba zabúdať ani na skutočnosť, že prvé turbíny boli pôvodne navrhnuté na prevádzku na kvapalné palivo – petrolej.

Dvojpalivové inštalácie majú stále obmedzené využitie a nie sú potrebné pre väčšinu autonómnych KVET – existujú na to jednoduchšie technické riešenia.

Jednotky s plynovým piestom verzus jednotky s plynovou turbínou - počet štartov

Aký môže byť počet štartov plynových piestových jednotiek?

Počet štartov: plynový piestový motor je možné naštartovať a zastaviť neobmedzený počet krát, čo nemá vplyv na jeho životnosť. Ale časté spúšťanie a zastavovanie plynových piestových jednotiek so stratou napájania pre ich vlastné potreby môže viesť k opotrebovaniu najviac zaťažovaných komponentov (ložiská turbodúchadla, ventily atď.).

Z dôvodu náhlych zmien tepelných napätí, ktoré vznikajú v najkritickejších komponentoch a častiach horúcej časti agregátu plynovej turbíny pri rýchlych štartoch bloku zo studeného stavu, je výhodné použiť agregát plynovej turbíny na stálu, nepretržitú prevádzku. .

Plynové piestové motory elektrární verzus jednotky s plynovou turbínou - zdroj do generálnej opravy

Aká môže byť životnosť inštalácie pred väčšími opravami?

Životnosť plynovej turbíny pred generálnou opravou je 40 000 – 60 000 prevádzkových hodín. Pri správnej prevádzke a včasnej údržbe plynového piestového motora sa toto číslo rovná aj 40 000 – 60 000 prevádzkovým hodinám. Existujú však aj iné situácie, keď k väčším opravám dôjde oveľa skôr.

Plynové piestové elektrárne verzus motory s plynovou turbínou – kapitálové investície a ceny

Aké kapitálové investície si vyžiada výstavba elektrárne? Aké sú náklady na vybudovanie autonómneho energetického komplexu na kľúč?

Ako ukazujú výpočty, kapitálové investície (dolár/kW) do výstavby tepelnej elektrárne s plynovými piestovými motormi sa približne rovnajú investíciám do jednotiek s plynovou turbínou. fínsky tepelná elektráreň WARTSILA s výkonom 9 MW vyjde zákazníka na približne 14 miliónov eur. Podobná tepelná elektráreň s plynovou turbínou založená na prvotriednych jednotkách, kompletne na kľúč, bude stáť 15,3 milióna dolárov.

Plynové piestové motory verzus agregáty s plynovou turbínou - ekológia

Ako sú splnené environmentálne požiadavky?

Treba poznamenať, že plynové piestové jednotky sú z hľadiska emisií NOx horšie ako jednotky s plynovou turbínou. Keďže motorový olej horí, piestové jednotky majú o niečo vyššiu úroveň škodlivých emisií do atmosféry ako jednotky s plynovou turbínou.

To však nie je kritické: SES požaduje úroveň pozadia podľa maximálnej prípustnej koncentrácie v mieste mini-CHP. Potom sa vykoná výpočet rozptylu, aby sa „pridanie“ škodlivých látok z mini-CHP pridalo. na pozadie nevedie k prekročeniu maximálnej prípustnej koncentrácie. Prostredníctvom niekoľkých iterácií sa vyberie minimálna výška komína, pri ktorej sú splnené požiadavky SanPiN. Prírastok zo 16 MW stanice z hľadiska emisií NOx nie je taký významný: pri výške komína 30 m - 0,2 MAC, pri 50 m - 0,1 MAC.

Úroveň škodlivých emisií z väčšiny moderných zariadení s plynovou turbínou nepresahuje 20 – 30 ppm a v niektorých projektoch to môže mať určitý význam.

Piestové jednotky sú počas prevádzky vystavené vibráciám a nízkofrekvenčnému hluku. Uvedenie hluku na štandardné hodnoty je možné, potrebujete len vhodné technické riešenia. Okrem výpočtu rozptylu pri vývoji sekcie projektovej dokumentácie„Ochrana životného prostredia“, urobí sa akustický výpočet a skontroluje sa, či zvolené konštrukčné riešenia a použité materiály spĺňajú požiadavky SanPiN z hľadiska hluku.

Akékoľvek zariadenie vydáva hluk v určitom frekvenčnom spektre. Inštalácie plynových turbín sa tejto kríze nevyhli.

Plynové piestové inštalácie verzus motory s plynovou turbínou - závery

Pri lineárnom zaťažení a dodržiavaní pravidla N+1 je možné použitie plynových piestových motorov ako hlavného zdroja napájania. Takáto elektráreň si vyžaduje záložné jednotky a zásobníky na druhý druh paliva – naftu.

Vo výkonovom rozsahu do 40-50 MW sa použitie piestových motorov v mini-CHP považuje za absolútne opodstatnené.

V prípade použitia plynových piestových jednotiek sa spotrebiteľ môže úplne vyhnúť externému napájaniu, ale len s premysleným a vyváženým prístupom.

Piestové jednotky je možné použiť aj ako záložné alebo núdzové zdroje elektrickej energie.

Alternatívou k piestovým jednotkám sú plynové mikroturbíny. Je pravda, že ceny za mikroturbíny sú veľmi vysoké a dosahujú ~ 2 500 – 4 000 USD za 1 kW inštalovaného výkonu!

Porovnanie agregátov s plynovou turbínou a plynových piestových motorov v rámci mini-CHP ukazuje, že inštalácia plynových turbín je možná na všetkých zariadeniach, ktoré majú elektrické zaťaženie viac ako 14-15 MW, ale vzhľadom na vysokú spotrebu plynu sú turbíny odporúčané pre elektrárne s oveľa vyšším výkonom - 50-70 MW.

Pre mnoho moderných elektrární nie je 200 000 prevádzkových hodín kritickou hodnotou, aj keď sa dodržiava plán údržby a fázová výmenačasti turbíny podliehajúce opotrebovaniu: ložiská, vstrekovače, rôzne pomocné zariadenia (čerpadlá, ventilátory), ďalšia prevádzka agregátu plynovej turbíny zostáva ekonomicky realizovateľná. Kvalitné plynové piestové jednotky dnes úspešne prekonávajú aj 200 000 prevádzkových hodín.

Potvrdzuje to moderná prax v prevádzke plynových turbín/plynových piestových zariadení na celom svete.

Pri výbere pohonných jednotiek autonómnej elektrárne je potrebná odborná konzultácia!

Odborné poradenstvo a dozor sú nevyhnutné aj pri výstavbe autonómnych elektrární. Na vyriešenie problému potrebujete inžiniersku firmu so skúsenosťami a zrealizovanými projektmi.

Inžinierstvo vám umožňuje kompetentne, nestranne a objektívne určiť výber hlavného a pomocného zariadenia na výber optimálnej konfigurácie - konfigurácie vašej budúcej elektrárne.

Kvalifikovaný inžiniering vám umožňuje ušetriť značné peniaze pre zákazníka, a to 10–40 %. celková suma náklady. Technika od profesionálov v elektroenergetike vám umožňuje vyhnúť sa nákladným chybám v dizajne a pri výbere dodávateľov zariadení.

Plynová turbína sa zvyčajne nazýva nepretržite pracujúci motor. Ďalej budeme hovoriť o tom, ako je navrhnutá plynová turbína a aký je princíp činnosti jednotky. Zvláštnosťou takéhoto motora je, že v jeho vnútri sa vyrába energia stlačeným alebo zohriatym plynom, výsledkom ktorého premeny je mechanická práca na hriadeli.

História plynovej turbíny

Je zaujímavé, že turbínové mechanizmy začali inžinieri vyvíjať už veľmi dávno. Prvá primitívna parná turbína bola vytvorená už v 1. storočí pred Kristom. e.! Samozrejme, že je to nevyhnutné
Tento mechanizmus dosiahol svoj vrchol až teraz. Turbíny sa začali aktívne rozvíjať koncom 19. storočia súčasne s rozvojom a zdokonaľovaním termodynamiky, strojárstva a hutníctva.

Zmenili sa princípy mechanizmov, materiálov, zliatin, všetko sa zdokonalilo a dnes ľudstvo pozná najpokročilejšiu zo všetkých predtým existujúcich foriem plynovej turbíny, ktorá sa delí na rôzne typy. Je tu letecká plynová turbína a je tu aj priemyselná.

Plynová turbína sa zvyčajne nazýva druh tepelného motora, jej pracovné časti sú predurčené iba jednou úlohou - otáčať sa vplyvom prúdu plynu.

Je riešená tak, že hlavnú časť turbíny tvorí koleso, ku ktorému sú pripevnené sady lopatiek. , pôsobiace na lopatky plynovej turbíny, spôsobuje ich pohyb a otáčanie kolesa. Koleso je zase pevne spojené s hriadeľom. Tento tandem má špeciálny názov – rotor turbíny. V dôsledku tohto pohybu vo vnútri motora s plynovou turbínou sa získava mechanická energia, ktorá sa prenáša na elektrický generátor, lodnú vrtuľu, vrtuľu lietadla a iné pracovné mechanizmy podobného princípu činnosti.

Aktívne a reakčné turbíny

Účinok prúdu plynu na lopatky turbíny môže byť dvojaký. Preto sú turbíny rozdelené do tried: trieda aktívnych a reaktívnych turbín. Reaktívne a aktívne plynové turbíny sa líšia svojimi konštrukčnými princípmi.

Impulzná turbína

Aktívna turbína sa vyznačuje tým, čo je tu uvedené: vysoká rýchlosť prietok plynu k lopatkám rotora. Pomocou zakrivenej lopatky sa prúd plynu odchyľuje od svojej trajektórie. V dôsledku odchýlky vzniká veľká odstredivá sila. Pomocou tejto sily sa lopatky uvedú do pohybu. Počas celej opísanej dráhy plynu sa stráca časť jeho energie. Táto energia smeruje k pohybu obežného kolesa a hriadeľa.

Prúdová turbína

V prúdovej turbíne je všetko trochu iné. Plyn tu prúdi k listom rotora nízkou rýchlosťou a pod vplyvom vysokého tlaku. Tvar lopatiek je tiež odlišný, vďaka čomu sa rýchlosť plynu výrazne zvyšuje. Prúd plynu teda vytvára akúsi reaktívnu silu.

Z vyššie opísaného mechanizmu vyplýva, že konštrukcia plynovej turbíny je pomerne komplikovaná. Aby takáto jednotka fungovala hladko a prinášala zisk a úžitok svojmu majiteľovi, mala by byť jej údržba zverená odborníkom. Spoločnosti zaoberajúce sa servisným profilom zabezpečujú servis inštalácií s využitím plynových turbín, dodávky komponentov, všetkých druhov dielov a komponentov. DMEnergy je jednou z takýchto spoločností (), ktoré poskytujú svojim klientom pokoj a istotu, že nezostanú sami s problémami, ktoré vznikajú pri prevádzke plynovej turbíny.

V autonómnej výrobe – maloobjemovej energetike sa v poslednom čase venuje značná pozornosť plynové turbíny iná sila. Elektrárne na základni plynové turbíny sa využívajú ako hlavný alebo záložný zdroj elektriny a tepelnej energie na priemyselné alebo domáce účely. Plynové turbíny ako súčasť elektrární sú určené na prevádzku v akýchkoľvek klimatických podmienkach Ruska. Oblasti použitia plynové turbíny prakticky neobmedzené: ropný a plynárenský priemysel, priemyselné podniky, bývanie a komunálne služby.

Pozitívny faktor použitia plynové turbíny v sektore bývania a komunálnych služieb je obsah škodlivých emisií vo výfukových plynoch NO x a CO na úrovni 25 a 150 ppm (pre piestové jednotky sú tieto hodnoty oveľa vyššie), čo umožňuje inštalovať elektráreň vedľa obytných budov. Použitie plynové turbíny ako energetické jednotky elektrární sa vyhýba výstavbe vysokých komínov.

V závislosti od vašich potrieb plynové turbíny je vybavená parnými alebo teplovodnými kotlami na odpadové teplo, čo umožňuje prijímať buď paru (nízko, stredno, vysokotlakovo) z elektrárne pre technologické potreby, príp. horúca voda(TÚV) so štandardnými hodnotami teploty. Môžete získať paru a horúcu vodu súčasne. Výkon tepelnej energie vyrobenej elektrárňou na báze plynových turbín je zvyčajne dvojnásobný oproti elektrickej energii.

V elektrárni s plynové turbíny v tejto konfigurácii sa palivová účinnosť zvyšuje na 90 %. Vysoká účinnosť použitia plynové turbíny ako pohonné jednotky je zabezpečená pri dlhodobej prevádzke s maximálnym elektrickým zaťažením. Pri dostatočne vysokom výkone plynové turbíny Je tu možnosť kombinovaného využitia parných turbín. Toto opatrenie môže výrazne zlepšiť účinnosť elektrárne a zvýšiť elektrickú účinnosť na 53%.

Koľko stojí elektráreň založená na plynových turbínach? Aká je jeho plná cena? Čo je zahrnuté v cene na kľúč?

Autonómna tepelná elektráreň založená na plynových turbínach má veľa ďalších drahých, ale často jednoduchých potrebné vybavenie(reálny príklad – dokončený projekt). Pri použití prvotriedneho vybavenia náklady na elektráreň na kľúč tejto úrovne nepresahujú 45 000 - 55 000 rubľov na 1 kW inštalovaného elektrického výkonu. Konečná cena elektrárne na báze plynových turbín závisí od konkrétnych úloh a potrieb spotrebiteľa. V cene sú zahrnuté projektové, stavebné a kolaudačné práce. Samotné plynové turbíny, ako pohonné jednotky, bez doplnkové vybavenie, v závislosti od výrobnej spoločnosti a výkonu, stojí od 400 do 800 dolárov za 1 kW.

Pre získanie informácií o nákladoch na výstavbu elektrárne alebo tepelnej elektrárne vo vašom konkrétnom prípade je potrebné zaslať našej spoločnosti vyplnený dotazník. Potom po 2–3 dňoch dostane zákazník-klient predbežný technický a obchodný návrh - TCP (krátky príklad). Zákazník na základe TCP urobí konečné rozhodnutie o výstavbe elektrárne na báze plynových turbín. Klient spravidla pred rozhodnutím navštívi už existujúce zariadenie, aby na vlastné oči videl modernú elektráreň a „všetko si ohmatal rukami“. Zákazník dostane odpovede na svoje otázky priamo na stránke.

Výstavba elektrární na báze plynových turbín často vychádza z koncepcie blokovo-modulárnej výstavby. Blokový modulárny dizajn zaisťuje vysokú úroveň pripravenosti vo výrobe elektrárne s plynovou turbínou a skracuje čas výstavby energetických zariadení.

Plynové turbíny - malá aritmetika nákladov na vyrobenú energiu

Na výrobu 1 kW elektriny spotrebujú plynové turbíny iba 0,29–0,37 m³/hod plynového paliva. Pri spaľovaní jedného kubického metra plynu vyrobia plynové turbíny 3 kW elektrickej energie a 4–6 kW tepelnej energie. S cenou (priemernou) za zemný plyn v roku 2011 3 rubľov. na 1 m³ sú náklady na 1 kW elektriny získanej z plynovej turbíny približne 1 rubeľ. Okrem toho spotrebiteľ dostáva 1,5–2 kW bezplatnej tepelnej energie!

Pri autonómnom napájaní z elektrárne založenej na plynových turbínach sú náklady na vyrobenú elektrinu a teplo 3-4 krát nižšie ako súčasné tarify v krajine, a to nezohľadňuje vysoké náklady na pripojenie k štátnej energii. siete (60 000 rubľov na 1 kW v moskovskom regióne, 2011).

Výstavba autonómnych elektrární na základe plynové turbíny umožňuje značné úspory Peniaze Elimináciou nákladov na výstavbu a prevádzku drahých elektrických prenosových vedení (PTL) môžu elektrárne na báze plynových turbín výrazne zvýšiť spoľahlivosť dodávok elektriny a tepla tak pre jednotlivé podniky či organizácie, ako aj pre regióny ako celok.
Stupeň automatizácie elektrárne na báze plynových turbín umožňuje eliminovať veľký počet personálu údržby. Počas prevádzky plynovej elektrárne jej prevádzku zabezpečujú len tri osoby: operátor, elektrikár v službe a mechanik v službe. V prípade núdzových situácií sú zabezpečené spoľahlivé ochranné systémy na zaistenie bezpečnosti personálu a bezpečnosti systémov a zostáv plynových turbín.

Atmosférický vzduch cez prívod vzduchu vybavený filtračným systémom (nie je znázornený na schéme) sa privádza na vstup viacstupňového axiálneho kompresora. Kompresor stláča atmosférický vzduch a dodáva ho pod vysokým tlakom do spaľovacej komory. Súčasne je zásobovaná spaľovacia komora turbíny určité množstvo plynové palivo. Palivo a vzduch sa zmiešajú a zapália. Zmes paliva a vzduchu horí, pričom sa uvoľňuje veľké množstvo energie. Energia plynných produktov spaľovania sa premieňa na mechanickú prácu v dôsledku otáčania lopatiek turbíny prúdmi horúceho plynu. Časť prijatej energie sa minie na kompresiu vzduchu v turbínovom kompresore. Zvyšok práce sa prenáša na elektrický generátor cez os pohonu. Táto práca je užitočnou prácou plynovej turbíny. Spaliny, ktoré majú teplotu asi 500-550 °C, sú odvádzané cez výfukový trakt a difúzor turbíny a môžu byť ďalej použité napríklad vo výmenníku tepla na získanie tepelnej energie.

Plynové turbíny ako motory majú spomedzi spaľovacích motorov najvyššiu hustotu výkonu, až 6 kW/kg.

Môžu sa použiť tieto palivá pre plynové turbíny: petrolej, motorová nafta, plyn.

Jednou z výhod moderných plynových turbín je dlhá životný cyklus- životnosť motora (celkovo až 200 000 hodín, pred väčšími opravami 25 000–60 000 hodín).

Moderné plynové turbíny sú vysoko spoľahlivé. Existujú dôkazy o nepretržitej prevádzke niektorých blokov niekoľko rokov.

Mnoho dodávateľov plynových turbín vykonáva veľké generálne opravy zariadení na mieste, pričom vymieňajú jednotlivé komponenty bez ich prepravy k výrobcovi, čo výrazne znižuje časové náklady.

Možnosť dlhodobej prevádzky v akomkoľvek výkonovom rozsahu od 0 do 100 %, absencia vodného chladenia, prevádzka na dva druhy paliva – to všetko robí z plynových turbín obľúbené pohonné jednotky pre moderné autonómne elektrárne.

Najefektívnejšie využitie plynových turbín je pri priemerných výkonoch elektrární a pri výkonoch nad 30 MW je voľba jasná.