Impianti a gas: fonte di energia autonoma in una vasta gamma di potenza

Sezioni dell’articolo

• Il principio di funzionamento delle centrali elettriche a gas
• Centrali elettriche a turbina a gas (GTE)
• Centrali elettriche a gas (GGE)
• Il vantaggio di utilizzare centrali elettriche a pistoni a gas in una singola fattoria
• Generatori di gas a bassa potenza
• Centrali di tipo modulare di media potenza
• Complessi energetici e mini-CHP
• Cogenerazione su piccola scala
• Dispositivo di una sala generatori per GGE
• Connessione e funzionamento
• Manutenzione e ammissione
• Conclusione

Le centrali portatili a pistoni a gas sono diventate un eccellente analogo delle unità alimentate a gasolio e benzina. Quanto è proficuo l’uso di tali fonti di elettricità, come equipaggiarle con la tua casa e quali sfumature devi considerare quando le usi, questo articolo dirà.

L’aumento dei prezzi dell’elettricità dà vita a nuove proposte sul mercato delle fonti di approvvigionamento energetico autonome. Una nuova parola in questo settore sono le centrali termoelettriche alimentate a gas naturale. Negli ultimi 15 anni, la produzione di questo tipo di impianti è quasi raddoppiata e la stessa tecnologia di generazione di energia locale è diventata così sofisticata che il costo di un chilowatt di elettricità generata è più economico rispetto a quando viene consumato dalle reti urbane. Maggiori informazioni sui vantaggi delle centrali elettriche a gas:

1. Versatilità di posizionamento. Le centrali elettriche a gas non richiedono condizioni geologiche o climatiche speciali per l’installazione. A causa delle sue dimensioni e peso relativamente piccoli, è necessaria solo una base in cemento preparato per l’installazione di una stazione autonoma. Anche la mancanza di un grande apporto di acqua per loro non è critica..
2. Durevolezza. Diversi produttori garantiscono una diversa durata. In generale, le stazioni funzionano senza grandi riparazioni per 30 anni e con la sostituzione di un numero di unità esecutive – fino a 100 anni.
3. Modalità operativa completamente automatica. L’unità di controllo elettronica integrata, che si trova in quasi tutte le installazioni, regola automaticamente l’alimentazione di carburante e monitora lo stato dell’unità in tempo reale. Il ruolo del personale di servizio è ridotto alla commutazione operativa, al monitoraggio e al controllo dei parametri.
4. Ampia gamma di potenza. Le mini centrali elettriche a gas possono fornire elettricità sia alle imprese ad alta intensità energetica che a una piccola casa di campagna. A seconda della versione, garantiscono la produzione di elettricità da 5 kW a diversi megawatt..
5. La possibilità di utilizzare come origine di backup. Quasi tutte le centrali elettriche possono essere equipaggiate con un ATS e un’unità di avvio automatico. Molti produttori producono moduli standard per l’aggiornamento di generatori precedentemente installati.
6. Basso costo dell’elettricità generata. Il costo dell’elettricità consumata dalle reti urbane include i costi del suo trasporto attraverso le linee elettriche e la manutenzione delle sottostazioni. Il trasporto di un vettore di energia del gas è molto più economico, quindi il costo dell’elettricità generata dalle centrali a gas è inferiore a due rubli per chilowatt.
7. Libertà nella scelta del carburante. Le centrali elettriche funzionano con qualsiasi tipo di combustibile gassoso, compreso il biogas. Ciò è rilevante per gli allevamenti: la combinazione di un reattore a metano, un impianto di arricchimento e una centrale elettrica in un unico complesso energetico renderà la produzione indipendente dalle forniture energetiche.

Il principio di funzionamento delle centrali elettriche a gas

Secondo il principio del dispositivo, le centrali elettriche sono divise in due tipi: turbina a gas e pistone a gas. Questi ultimi hanno un design più semplice, non richiedono costose manutenzioni durante il funzionamento e sono l’opzione più economica per un’installazione a gas. Inoltre, non hanno quasi limiti nella massima potenza. Le centrali elettriche a turbina a gas sono più tecnologiche e complesse nella progettazione, ma meno economiche: il loro uso è giustificato solo sulla scala della produzione industriale. Il loro principale vantaggio è l’elevata resistenza all’usura delle unità e la completa mancanza di pretese per il tipo di carburante: in alcuni casi è possibile utilizzare anche la polvere di carbone, ma è necessario un modulo speciale per preparare la miscela di carburante.

Centrali elettriche a turbina a gas (GTE)

La base della GTE è una turbina a gas, disposta secondo il principio di un motore per aereo a reazione. È una camera di combustione cilindrica che ospita la girante principale della turbina a gas. I vapori di aria e carburante ad alta pressione entrano nella camera, dove si accendono. Nel processo di combustione del combustibile, si forma un flusso di gas caldi, che fa ruotare la turbina. A sua volta, trasmette la rotazione al compressore e al generatore, fornendo così la generazione di energia..

È caratteristico che le centrali a turbina producono quasi il doppio dell’energia termica rispetto all’elettricità. Pertanto, vengono spesso utilizzati come componenti di un impianto di cogenerazione installando una caldaia per il riscaldamento dei rifiuti nel sistema di scarico, garantendo così non solo la generazione di elettricità, ma anche la fornitura di calore in grandi volumi e con un costo minimo..

Centrali elettriche a gas (GGE)

Nelle centrali elettriche a pistoni a gas, la fonte di energia cinetica è un’unità di macchina che funziona secondo il principio di un motore a combustione interna. L’alimentazione del carburante viene effettuata da un iniettore ed è controllata da un’unità di controllo elettronica, grazie alla quale le centrali elettriche a pistoni hanno un’efficienza sufficientemente elevata. Uno svantaggio significativo del sistema a pistoni a gas è l’elevato livello di rumore e vibrazioni durante il funzionamento a causa della presenza di un gran numero di parti mobili. Il vantaggio di questi motori è la loro elevata adattabilità a varie modalità e livelli di carico, che non può essere raggiunta negli impianti a turbina a gas che funzionano a potenza quasi costante..

Il vantaggio di utilizzare centrali elettriche a pistoni a gas in una singola fattoria

I generatori di gas autonomi sono di grande interesse sia per i singoli imprenditori che per i residenti di settori privati, cottage e piccoli agglomerati. In pratica, le centrali elettriche a gas giustificano pienamente il loro utilizzo e il loro rimborso è realizzabile in un tempo molto prevedibile. L’unico inconveniente è la necessità di investimenti seri, inoltre, ci sono le seguenti sfumature:

1. Le unità a pistone a gas sono utilizzate principalmente.
2. Il periodo di ammortamento è inferiore, maggiore è la capacità effettiva dell’impianto.
3. L’installazione richiede un terreno separato.
4. Nel caso di uso condiviso, è necessaria un’infrastruttura sviluppata.
5. Il funzionamento degli impianti è impossibile senza manutenzione qualificata.

Le centrali elettriche a gas e gli impianti di cogenerazione autonomi possono essere suddivisi in tre gruppi.

Generatori di gas a bassa potenza

Esternamente sono simili a quelli della benzina, hanno un principio di funzionamento simile e il più alto costo dell’elettricità generata. Possono essere protetti sotto forma di involucro per tutte le stagioni o richiedere una stanza speciale. Non sono utilizzati come principale fonte di energia elettrica con pochissime eccezioni. La scelta di tali generatori è scelta da abitazioni private e officine di produzione che necessitano di una fonte di energia elettrica di riserva e hanno una fornitura di gas naturale alla struttura. Progettato per il carburante in bottiglia, ma questa funzione viene utilizzata raramente. A differenza delle installazioni più potenti, hanno una significativa limitazione del funzionamento continuo (da 6 a 10 ore). Svantaggio anche della bassa qualità dell’elettricità generata.

Caratteristiche principali:

1. Tipo di motore: carburatore monocilindrico a quattro tempi con raffreddamento forzato.
2. Tipo di generatore: generatore asincrono di solito monofase o trifase asincrono.
3. Potenza in uscita: fino a 20 kW.
4. Carburante: gas naturale, propano-butano.
5. Controllo: unità di controllo analogica, protezione relè, interruttore di trasferimento automatico nella maggior parte dei modelli.
6. Messa in servizio: meno di un minuto.
7. Costo: da $ 2000 a $ 10000.

Questo è l’unico tipo di generatore di gas che può essere spostato senza sforzo. È spesso usato in quei cantieri in cui non c’è alimentazione o durante gli eventi sul campo. L’uso mobile comporta il costo elevato di una centrale elettrica portatile, il che rende più efficiente l’uso del carburante a benzina in questo caso..

Centrali di tipo modulare di media potenza

Sono blocchi meccanici di grandi dimensioni, possono essere aperti o limitati da un involucro protettivo fonoassorbente. Sono utilizzate principalmente come fonti di energia elettrica principale o di riserva per cooperative di abitazioni suburbane, uffici e piccoli centri industriali e commerciali, magazzini. La produttività di tali centrali elettriche è piuttosto elevata e il costo dell’elettricità generata è paragonabile all’elettricità della rete cittadina..

Caratteristiche principali:

1. Tipo di motore: carburatore di tipo V o motore a iniezione con 6-16 cilindri, valvole in testa e raffreddamento ad acqua.
2. Tipo di generatore: generatore brushless trifase asincrono con autoeccitazione.
3. Potenza in uscita: fino a 1 MW.
4. Carburante: gas naturale, biometano, propano-butano.
5. Controllo: controller digitale, protezione multilivello combinata, interruttore di trasferimento automatico, autodiagnosi. Il lavoro è completamente automatizzato.
6. Uscita alla potenza nominale: fino a un’ora.
7. Costo: da $ 10.000 a $ 250.000.

Le unità a pistoni a gas di questa classe sono il metodo più razionale per la fornitura autonoma di elettricità alle aree residenziali e alle imprese ad alta intensità energetica. Il limite stabilito delle ore del motore consente di utilizzarle su base permanente, fermandosi due volte l’anno per un giorno per la manutenzione. Le centrali elettriche sono dotate di unità separate per la preparazione di combustibile gassoso e di quadri interni per la commutazione primaria.

Questa apparecchiatura è completamente stazionaria e, quando installata, richiede siti o edifici appositamente attrezzati e dotati di una base di cemento preparata per compensare vibrazioni, contenitori di carburante, estrazione di gas e sistemi di ventilazione. Grazie alla regolazione automatica della fornitura di carburante, il costo dell’elettricità generata è significativamente inferiore alla rete.

Complessi energetici e mini-CHP

Sebbene le centrali elettriche a gas includano la possibilità di operare in modalità di cogenerazione a partire da 100 kW di energia elettrica, la maggiore efficienza dovrebbe essere attesa dai complessi di potenza con un potenziale di diversi megawatt. Queste unità sono centrali termiche combinate in miniatura dotate di caldaie ad acqua calda o vapore o pompe di calore. I sistemi energetici più avanzati incentrati sul lavoro di risparmio delle risorse utilizzano contemporaneamente diversi livelli di rimozione del calore: una caldaia per il calore di scarto, un economizzatore e un circuito di rimozione del calore a basso potenziale.

Caratteristiche principali:

1. Tipo di motore: 12 e più cilindri, con iniezione d’aria forzata, un circuito di raffreddamento a due livelli e uno scambiatore di calore sul collettore di scarico.
2. Tipo di generatore: generatore brushless trifase asincrono.
3. Potenza: oltre 1 MW.
4. Carburante: gas naturale, biocarburanti, propano-butano, gas di petrolio associato.
5. Gestione: posta operativa completamente automatizzata.
6. Piena potenza: 4-5 ore.

La progettazione, la fabbricazione e l’installazione di complessi energetici vengono eseguite individualmente. Il compito di ciascun progetto è la massima armonizzazione dei carichi termici ed elettrici dell’impianto con la capacità produttiva del complesso. La costruzione di centrali elettriche viene solitamente eseguita su base chiavi in ​​mano. I principali consumatori sono complessi residenziali, imprese ad alta intensità energetica, data center e campi a turni. Il costo di 1 kW di energia generata – non più di un anno e mezzo di rubli.

Cogenerazione su piccola scala

Di recente, in Russia hanno cominciato a comparire relativamente piccoli impianti di cogenerazione che funzionano con combustibili gassosi, ma hanno dimostrato un’eccellente efficienza. Oggi nella Federazione Russa operano oltre 200 installazioni, la maggior parte delle quali situate in regioni remote. L’argomento principale per l’installazione di un mini-CHP presso la struttura è il requisito di completa autonomia o l’impossibilità di collegarsi alle linee di alimentazione principali. In questo caso, la questione della fattibilità economica viene messa in secondo piano..

Il vantaggio di un mini-CHP è che la stazione produce energia elettrica, che è quasi la metà del costo della rete. L’energia termica è completamente gratuita nella produzione e pertanto il suo valore per il consumatore consiste esclusivamente nel costo della manutenzione e del trasporto delle apparecchiature a breve distanza..

La prospettiva di utilizzare impianti mini-CHP ovunque è solo una questione di tempo. Quindi, durante la costruzione di complessi residenziali di nuova generazione, la questione della connessione a fonti centralizzate di calore ed elettricità non ne vale affatto la pena. Poiché la qualità e le modalità di fornitura di queste risorse lasciano molto a desiderare, i nuovi edifici sono dotati di sistemi di alimentazione propri, di cui beneficiano sia i proprietari che i loro utenti..

La ricostruzione di linee di servizio per l’uso di mini-CHP è associata a una serie di difficoltà. Prima di tutto, questa è la questione degli investimenti volumetrici di capitale. Ristrutturare l’industria elettrica per una piccola impresa con un carico termico ed elettrico di 2 MW costerà all’amministrazione 20 milioni di rubli. Il secondo motivo della scarsa distribuzione è il problema della mancanza della propria rete di comunicazioni ingegneristiche: se le fonti centrali di calore e di alimentazione vengono abbandonate, l’impresa dovrà acquistare l’intera infrastruttura esistente o crearne una propria. È redditizio solo se le risorse energetiche sono vendute a consumatori terzi..

Dispositivo di una sala generatori per GGE

Non sarà possibile eseguire i lavori di installazione e messa in servizio da soli, con tutto il desiderio, a meno che non si parli di generatori a bassa potenza. Ma è del tutto possibile preparare una stanza o un sito per l’installazione di una centrale elettrica: ciò contribuirà a risparmiare parzialmente sui costosi servizi delle organizzazioni di installazione.

Posizionamento aperto. Quando si installa un impianto con una potenza elettrica superiore a 500 kW, sarà necessario installare una piattaforma in cemento dotata di mezzi di smorzamento delle vibrazioni passive. Il vantaggio principale della posizione aperta dell’unità di potenza è l’effettiva rimozione del calore e l’assenza della necessità di sistemi di scarico del fumo. Per aumentare la praticità del personale di servizio, sui pannelli operativi e sul blocco meccanico è costruita una tettoia.

Installazione interna. La necessità di un isolamento completo della centrale dipende dal design climatico dell’apparecchiatura. La stanza deve essere dotata di un sistema avanzato di ventilazione di mandata e di scarico e di estinzione incendi. Il sistema di scarico fumi è rappresentato da aspiratori di fumo abbinati a un colpo di testa comune. Sarà necessario installare un camino, la cui portata e altezza sono selezionati in conformità con le raccomandazioni del produttore dell’apparecchiatura. I requisiti per gli edifici delle centrali termoelettriche sono regolati da SNiP II-58-75.

Connessione e funzionamento

La centrale è alimentata da un cilindro tramite uno speciale riduttore, oppure dal gas principale, la cui pressione corrisponde ai parametri richiesti. Per collegarsi alla rete principale, la centrale deve essere registrata come un apparecchio a gas aggiuntivo, che viene eseguita secondo la procedura standard con l’introduzione di modifiche al progetto di fornitura di gas della casa.

Il generatore di gas è collegato alla rete elettrica tramite un interruttore a due posizioni, se l’installazione stessa non accende l’unità ATS o attraverso un limitatore di potenza, un interruttore automatico o un sezionatore di linea con un complesso RZAiT. È molto utile organizzare un’unità di misurazione interna per il collegamento diretto o sui trasformatori di corrente sulla linea del generatore – questo aiuterà a controllare il costo dell’elettricità generata e a monitorare rapidamente il consumo di carburante.

Durante il funzionamento, è importante rispettare la modalità operativa prescritta, espressa nel numero di ore del motore al giorno. Gli impianti di potenza superiore a 100 kW hanno una modalità di funzionamento costante per 361 giorni all’anno, quelli meno potenti possono funzionare dalle 6 alle 20 ore al giorno. Durante il funzionamento, quasi tutti i parametri vengono monitorati automaticamente, in caso di malfunzionamento, il motore si arresta o il generatore interrompe l’alimentazione di tensione. Ulteriore diagnostica viene eseguita secondo il manuale di istruzioni.

Manutenzione e ammissione

La maggior parte degli impianti a pistoni a gas con una capacità fino a 5 MW non richiede la presenza costante del personale operativo. Il monitoraggio e il controllo dei parametri possono essere stabiliti tramite il collegamento wireless, ma l’ispezione periodica deve essere effettuata personalmente. La manutenzione della stazione consiste nell’esecuzione di riparazioni programmate da parte di specialisti delle società di servizi e nel mantenimento di un normale livello dell’olio nel motore. L’intervento indipendente nella progettazione della stazione non è consentito dai termini del servizio di garanzia. Tutto ciò che è richiesto al proprietario è di interrompere il funzionamento del generatore durante una riparazione programmata o di trasportare una stazione a bassa potenza in un centro di assistenza, se necessario.

Conclusione

L’industria della produzione locale di elettricità e calore è considerata un potenziale di sviluppo a livello globale. Generare energia in questo modo è un contributo significativo al risparmio delle riserve mondiali di combustibili fossili e darà abbastanza tempo per una transizione completa all’estrazione di elettricità e calore da fonti rinnovabili..

Il problema principale dell’uso locale delle centrali elettriche è il mantenimento della sicurezza ambientale entro i confini dello sviluppo urbano. Ma anche questo inconveniente è molto facile da eliminare quando si utilizzano impianti che assorbono i prodotti della combustione del gas naturale.

Per i cittadini comuni, le centrali elettriche a gas offrono un’eccellente opportunità per ridurre il prezzo dell’elettricità di quasi la metà e, se necessario, utilizzare il riscaldamento centralizzato quasi gratuito..

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