Газотурбинные электростанции: основные понятия и принцип действия

Предложение актуально для потребителей электрической и тепловой энергии, стремящихся стать независимыми и уйти от длительных контактов с энергоснабжающими компаниям. Решение есть: поможет установка газотурбинных агрегатов, используемых для выработки электричества и тепла.

Сфера энергетики все чаще предлагает альтернативные варианты теплосиловых установок небольшой мощности для совместного производства электричества и тепла (когенерации). Одной из моделей служат газотурбинные электростанции с одновременной утилизацией тепловой энергии.

Назначение газотурбинных электростанций

Газотурбинная электростанция относится к высокотехнологичным энергетическим комплексам по производству тепловой и электрической энергии. В составе можно отметить газотурбинные силовые установки и генератор электрический. Все компоненты соединяются между собой механически и связаны единой системой управления.

ГТЭС позиционируется как основной или дополнительный источник питания, который работает самостоятельно или параллельно с энергосистемой. Устройство монтируется на открытом пространстве или располагается внутри отдельного помещения.

Газотурбинные установки способны вырабатывать от десятков кВт до сотен МВт электрической энергии, при электрическом КПД в районе 33-39%. В этих условиях они вырабатывают вдвое больше тепловой энергии. Вырабатываемое уходящими газами тепло на первом этапе улавливается котлами-утилизаторами, которые вырабатывают пар для дополнительного производства электричества, горячей воды и т. д.

Как устроена ГТЭС

Теплосиловая установка малой мощности использует в работе компрессор, камеру сгорания, турбину, электрогенератор и т. д. Не считая камеры сгорания все они расположены на одном валу, что позволяет значительно экономить кинетическую энергию в системе.

Принцип действия установки включает ряд поочередно протекающих процессов:

• При помощи высокого давления компрессор нагнетает воздух в камеру сгорания.
• Туда же производится подача газообразного топлива.
• Происходит воспламенение топливно-воздушной смеси.
• Образуются высокотемпературные газы со значительным энергетическим потенциалом.
• Образовавшийся газовый поток воздействует на лопатки турбины.
• Генератор приводится в действие вращением рабочего колеса турбины.
• Происходит выработка электрической энергии, с дальнейшим отпуском, трансформацией и передачей потребителям.
• В процессе генерации все отработанные газы выбрасываются в атмосферу или утилизируются посредством теплообменников и котлов-утилизаторов для теплотехнических нужд.

Области использования

Применение ГТЭС ограничивается требованиями экономического и технического порядка. Эксплуатация установок экономически оправдана в следующих случаях:

• на удаленных объектах;
• по индивидуальным потребностям обособленных потребителей;
• при наличии недорогого и легкодоступного топлива, например, газовых и газонефтяных месторождений;
• при недоступности централизованного отопления или недостатка тепловой энергии на не располагающих свободными территориями местах.

Полностью окупается эксплуатация пользователями с продолжительными циклами работы или простоя. Такой подход делает невыгодным использование других средств малой энергетики, а также подключение к централизованным источникам энергоснабжения.

ГТЭС востребованы в таких областях, как:

• сооружений общественных назначений;
• спортивных и физкультурно-оздоровительных комплексов;
• жилищно-коммунальных хозяйств;
• агропромышленных предприятий;
• кооперативных объектов;
• топливных месторождений.

Газотурбинные электростанции

Промышленность выпускает следующие виды ГТЭС:

• Стационарные. Самый мощный в энергетическом отношении класс. Устанавливаются на капитальном фундаменте.
• Мобильные. Агрегаты с возможностью передвижения, предназначенные для производства электроэнергии и тепла для удаленных объектов, располагающихся в районах поиска полезных ископаемых. При необходимости установка может транспортироваться в любое место. Универсальность соответствует классу ГТЭС, а ход работы обеспечивается газообразным и жидким топливом.
• Блочно-модульные. ГТЭС изготовленные в виде передвижных блоков и оснащенных системами отопления, вентиляции и освещения.
• Мини-установки. Их популярность связана с компактными размерами и возможностью размещения в непосредственной близости от группы потребителей.

Основные преимущества

Теплосиловые газотурбинные установки широко используются потребителями благодаря особым достоинствам:

• Более простая конструкция в сравнении с паровыми установками.
• Минимальный расход воды, только для охлаждения масла в подшипниках.
• Быстрый старт, время до подключения нагрузки не превышает 20 минут.
• Прочность и долговечность, ведь микротурбинные агрегаты контейнерного типа разрабатываются на основе инверторов и бесколлекторных генераторов. Они могут работать без капитального ремонта в течение 60 тысяч часов эксплуатации. А ГТЭС больших размеров служат без капремонта в течение 130 тысяч часов.
• Высокий КПД, с показателем в 93% при использовании тепла уходящих газов.
• Относительно малые габариты, что существенно упрощает их монтаж и ускоряет окупаемость в сравнении с массивными аналогами.
• Незначительные эксплуатационные затраты. Полностью оправдываются работой в автономном режиме, минимальными расходами на обслуживание персонала, доступностью диагностики при поломке оборудования и простотой управления.
• Высокие экологические показатели, которые возможны вследствие низкого уровня вибрации и малой токсичности отходов.

Газотурбинные и газопоршневые электростанции

Проведение сравнительного анализа показателей этих двух электростанций показало:

• сходство по экономичности тепла и электричества, что доводит КПД когенерации до уровня 85%;
• одинаковый расход на обслуживание;
• высокий уровень экологичности и показателей быстроты запуска.

Электростанции различаются большей частью ценой за 1 кВт мощности. Для газотурбинных устройств она составляет 1000-1400 долларов, тогда как для газопоршневых обходится за 400-600 долларов. Помимо перечисленного газопоршневые установки имеют более высокий КПД по электричеству, до 40-47%.

В итоге можно отметить, что газотурбинные установки максимально применимы в условиях строго обозначенной территории и способны предоставлять тепло за счет использования недорогого и легкодоступного топлива. Другие условия потребуют более целесообразной эксплуатации газопоршневых установок, обладающих другими параметрами и значительно большим ресурсом.

Техобслуживание газопоршневой электростанции

Газопоршневая электростанция относится к разряду устройств силового оборудования, которые используются как основной или резервный источник питания электроэнергии. В качестве топлива применяется сжиженный или магистральный горючий газ. Система работ некоторых моделей газопоршневых генераторов налажена под отопление и охлаждение систем вентилирования в помещениях. Этот сложный агрегат требует профессионального обслуживания и полного соблюдения правил эксплуатации, согласно выдвинутым производителем техническим требованиям.

Принцип действия

Работа ГПЭС поддерживается вращением вала генератора за счет двигателя внутреннего сгорания на газовом топливе. Устройства подобного типа могут применяться как для выработки электроэнергии, так и для производства холодного воздуха или тепла.

Газопоршневая электростанция представляет собой технически сложное устройство и состоит из следующих элементов:

• Двигателя внутреннего сгорания, функционирующего на газовом топливе.
• Кольцевой упругой муфты, соединяющей двигатель с генератором.
• Электрогенератора по выработке переменного тока во время вращения.
• Вентилятора, с задачей охлаждения жидкости в радиаторе.
• Радиатора, играющего роль важной части системы охлаждения двигателя.
• Остальных узлов и элементов для подачи жидкостей, газов, а также обеспечения вентиляции и поддержания общей работы системы.

Газопоршневые генераторы в промышленности особенно популярны благодаря экономичности рабочего процесса и обслуживания подобных систем. Известно, что ГПЭС потребляет 2% энергии, что в сравнении с дизельными двигателями для энергоустановок крайне мало. Станции подобного типа можно использовать в регионах с сильными заморозками. Легкое воспламенение газа не требует много энергии на обогрев установки для запуска.

Осуществление работы двигателя внутреннего сгорания в газопоршневой установке поддерживают следующие виды газа:

• сжиженный природный или магистральный газ;
• нефтяной попутный газ;
• шахтные, сточные, пиролизные промышленные газы;
• продукты иного происхождения с возможностью горения.

Работа ГПЭС не нуждается в подвозе или отдельных емкостях для хранения топлива. Можно использовать газ, передаваемый по персонально проложенным для станции магистралям. При отсутствии возможности подключения к магистральному газопроводу применяются специальные емкости для хранения — газгольдеры.

Профессиональное обслуживание

Станция газопоршневого генератора вводится в эксплуатацию исключительно специалистами компании-изготовителя. В первую очередь проводится полная проверка оборудования на работоспособность и согласовывается состав газа, предназначенного для работы системы.

В дальнейшем технические осмотры, ремонты и замены вспомогательных элементов осуществляются как сотрудниками предприятия, так и официальными представителями компании-изготовителя. Независимо от обстоятельств техническое обслуживание может быть доверено только специалистам. ТО газопоршневой установки включает следующие мероприятия:

• Своевременная замена материалов и деталей системы в связи с показателями графика. Требуется замена фильтров, масла, свечей зажигания и антифриза. По показаниям меняются прокладки, согласно ТО.
• Чистка и смазка отдельных частей и целых агрегатов системы.
• Осуществляется проверка подаваемого тока под нагрузкой и без нее. Если показатели вырабатываемой энергии не совпадают с нормой, все оборудование подвергается перенастройке.
• При выявлении мелких неисправностей выполняется их оперативное устранение.
• Производится очистка ГПЭС и прилегающей к ней территории.

Техническое обслуживание планируется согласно установленной производителем периодичности. План со стандартной периодичностью включает:

• Техническое обслуживание в разовом варианте с периодичностью в 50–200 моточасов. В ходе работ специалисты меняют жидкости, фильтры и расходные материалы с подошедшим к концу сроком службы.
• По прошествии очередных 1000 моточасов производится полная замена расходных материалов в купе с диагностикой системы. Может быть предложена замена коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и поршневой группы.
• Учитывается сезонное техническое обслуживание в связи с переходом на новый сезон работы.
• Регулярность технического обслуживания ГПЭС является необходимостью для отладки подаваемого электрогенератором напряжения и поддержки рабочего состояния.

Персонал по обслуживанию

Доверить техническое обслуживание можно только прошедшему необходимое обучение персоналу. Знания и профессиональные навыки сотрудников гарантируют бесперебойную эксплуатацию газопоршневого генератора. ТО осуществляется работниками организации, в которой установлена газопоршневая установка:

• организацией и руководством ТО занимается главный энергетик или руководитель энергетической службы предприятия;
• в проведении ТО участвуют работники смены, иногда к техобслуживанию привлекаются другие сотрудники;
• контроль над проведением ТО и последующим пробным запуском берет на себя главный инженер предприятия.

Плановое техническое обслуживание обычно доверяется опытным слесарям и электрикам. Процесс не требует особых знаний в плане ремонта двигателя внутреннего сгорания или энергетической установки. Серьезные неполадки системы, например, сбои в подаче напряжения или в работе управляющих цепей, налаживаются специалистами сервисных компаний или организации-изготовителя.

Эксплуатация под контролем

Оставлять газопоршневой генератор в момент эксплуатации без надзора запрещается. За газопоршневой установкой во время работы должны непрерывно наблюдать один или несколько сотрудников смены. Во время рабочего процесса обязательно поддерживается контроль:

• Стабильности напряжения при изменениях нагрузки. Например, включение дополнительного оборудования во время работы генератора;
• Перегрева двигателя внутреннего сгорания. Регулируется доливанием охлаждающей жидкости. При продолжении нагрева система отключается до полного устранения неисправности;
• Показателей уровня масла или его перегрева, а также изменение давления. Проблемы подобного рода часто связаны с износом поршневой группы двигателя, увеличением нагрузки на двигатель или с использованием масла низкого качества;
• Нагрева изоляции кабелей. Причиной может стать увеличение нагрузки на генератор или нагрузка фазного провода на землю. Возникновение проблемы потребует отключения определенного количества потребителей.

Возникновения корпусного электрического потенциала. Наблюдается при пробое токоведущих кабелей, а также при их соприкосновении с корпусом генератора. Причиной может служить пробой внутренней обмотки или обгорание изоляции подающих напряжение кабелей. Для решения вопроса проводится мониторинг посторонних шумов во время работы механизма.

Появившиеся в ходе работы неисправности нуждаются в быстром обнаружении с последующим ремонтом. В этих целях производится принудительная остановка поршневого генератора, с уведомлением о происшествии главного энергетика и инженера предприятия.

Оценка важности контроля во время эксплуатации подчеркивается обязательствами контролирования работы газопоршневого генератора и системы подачи напряжения. Обнаруженные в ходе работы неполадки необходимо срочно устранить, чтобы не допустить критической поломки с ущербом для здоровья сотрудников рабочей смены.

Необходимость присутствия представителей компании-производителя во время техобслуживания

Техническое обслуживание и плановый ремонт установки не предполагают присутствия сторонних специалистов. Вопрос сложного ремонта, возникшего во время работы, решается мастерами компании-производителя согласно контракту или по условиям гарантийного обслуживания.

Если сравнивать эксплуатацию газопоршневого генератора с дизельными аналогами, то она окажется более экономичной и практичной. Снижается расход топлива при увеличенном КПД, также наблюдается меньше токсичных выбросов в атмосферу. Согласно допустимым нормам и стандартам техническое обслуживание дает возможность бесперебойно поставлять напряжение потребителям. Газопоршневые двигатели могут работать в любых климатических условиях, даже в регионах с низкими температурами.

Газопоршневые установки от компании ТЕХ – это сочетание инновационных и годами проверенных решений в плане технологичности. Компания с 2015 года занимается разработкой и производством ГПУ. Газопоршневые электростанции Вы можете купить по цене производителя с доставкой в Липецке.
По всем вопросам обращайтесь по телефону: ☎ +7 (800) 250-250-7.