Kuinka valitset sovelluksellesi oikeat maakaasugeneraattorisarjat?

Maakaasugeneraattorisarjat on vakiinnuttanut asemansa yhdeksi kaupallisesti ja teknisesti merkittävimmistä sähköntuotantoratkaisuista, joita on saatavilla asuin-, liike-, teollisuus- ja yleishyödyllisissä sovelluksissa. Nämä generaattorisarjat polttavat maakaasua dieselin tai raskaan polttoöljyn sijaan, ja ne tuottavat sähköä pienemmillä päästöillä, alhaisemmilla polttoainekustannuksilla useimmilla markkinoilla ja parempaa polttoaineen toimitusvarmuutta putkiinfrastruktuurin kautta, joka ei ole nestemäisten polttoaineiden logistiikan varastointi-, kuljetus- ja saastumishaasteiden alainen. Varavoimaa, jatkuvaa tehoa tai yhdistettyä lämmön ja sähkön tuotantoa vaativiin toimintoihin maakaasugeneraattorisarja tarjoaa vaikuttavan suorituskyvyn ja taloudellisuuden yhdistelmän, jota dieselvaihtoehdot eivät yhä useammin pysty vastaamaan polttoaineiden hintojen ja päästömääräysten kehittyessä.

Suora johtopäätös kenelle tahansa maakaasugeneraattorisarjoja arvioivalle on seuraava: jatkuvassa tai ensisijaisessa sähköntuotannossa, jossa on saatavilla maakaasun syöttö, maakaasugeneraattorit tuottavat pienemmät päästöt, pienemmät polttoainekustannukset kilowattituntia kohden ja pienemmät pitkän aikavälin ylläpitokustannukset kuin vastaavat dieselsarjat samalla kun ne saavuttavat vertailukelpoisen tehon tehoalueella 20 kW:sta reilusti yli 10 megawattiin. Varasovelluksissa maakaasusarjat riippuvat kaasun toimitusinfrastruktuurin luotettavuudesta, joka on arvioitava tietyssä paikassa. Kun kaasun syöttö on luotettavaa, maakaasugeneraattorisarja on suositeltu ominaisuus useimpiin pysyvään valmiustilaan ja jatkuvaan tehoon. Tämä artikkeli kattaa maakaasugeneraattorisarjojen tekniikan, suorituskykyvaatimukset, sovellukset ja valintakriteerit käytännöllisesti katsoen.

Kuinka maakaasugeneraattorisarjat toimivat

A Maakaasugeneraattorisarja yhdistää maakaasukäyttöisen polttomoottorin synkroniseen AC-generaattoriin (generaattoriin), joka on asennettu yhteiseen perusrunkoon, ja kaikki tarvittavat apujärjestelmät käynnistystä, ohjausta, jäähdytystä ja pakokaasujen käsittelyä varten integroituina yhdeksi avautuvaksi paketiksi. Moottori polttaa polttokammioissaan maakaasun ja ilman seosta, jolloin kaasun kemiallinen energia muuttuu mekaaniseksi pyörimisenergiaksi, joka käyttää generaattorin akselia, mikä puolestaan ​​tuottaa sähkön. Koko kokoonpano, mukaan lukien moottori, generaattori, ohjauspaneeli, jäähdytysjäähdytin ja äänenvaimennuskotelo, jos se on määritelty, muodostaa generaattorisarjan.

Maakaasugeneraattorisarjoissa käytetyt moottorityypit

Maakaasugeneraattorisarjoja valmistetaan kahdella päämoottorityypillä, ja valinnalla niiden välillä on merkittäviä vaikutuksia tehokkuuteen, tehoon ja sovellusten soveltuvuuteen:

• Kipinäsytytteiset (Otto-sykli) kaasumoottorit: Maakaasugeneraattorisarjojen vakiomoottorityyppi. Kaasumaisena polttoaineena maakaasua ei voida puristussytyttää kuten dieseliä, koska se ei syty itsesyttymään käytännöllisissä kaasumoottoreissa käytetyillä puristussuhteilla. Sen sijaan ilmapolttoaineseos sytytetään sytytystulpalla puristustahdin optimaalisessa kohdassa. Nykyaikaisissa kipinäsytytteisissä kaasumoottoreissa käytetään laihapolttotekniikkaa, jossa ilman polttoainesuhde on huomattavasti suurempi kuin stoikiometrinen (tyypillisesti lambda 1,6–2,0 tai enemmän), mikä alentaa palamisen huippulämpötiloja, alentaa NOx-päästöjä ja parantaa lämpötehokkuutta. Ensiluokkaiset vähäpolttoiset kaasumoottorit saavuttavat 40–45 prosentin sähköhyötysuhteen täydellä kuormituksella tehoalueella 500 kW–10 MW, mikä on suoraan verrattavissa nykyaikaisiin dieselmoottoreihin ja huomattavasti parempi kuin vanhemmille stoikiometrisille kaasumoottoreille tyypillinen 30–35 prosentin hyötysuhde.
• Pilottisytytteiset (kaksoispolttoaine) moottorit: Suuret maakaasumoottorit, erityisesti megawattialueella, käyttävät joskus pientä määrää dieselpolttoainetta (pilottiruiskutus) pääosin maakaasu-ilmaseoksen sytyttämiseen kussakin sylinterissä. Dieselpilotti tarjoaa luotettavan ja tarkan sytytysajoituksen suurireikäisissä sylintereissä, joissa sytytystulpan ulottuvuus ja luotettavuus ovat haastavampia kuin pienemmissä moottoreissa. Kaksipolttoainemoottorit tarjoavat lisäjoustavuutta, koska ne voivat toimia pelkällä dieselillä, jos kaasun syöttö katkeaa, mikä lisää mekaanista monimutkaisuutta ja vaatimusta ylläpitää dieselpolttoaineen syöttöä kaasun syötön rinnalla.

Generaattorikomponentti

Maakaasugeneraattorisarjan synkroninen vaihtovirtageneraattori muuntaa moottorin kampiakselin mekaanisen pyörimisen kolmivaiheiseksi vaihtovirtasähköksi sovellukselle määritetyllä jännitteellä ja taajuudella (tyypillisesti 400 V tai 11 kV 50 Hz taajuudella Euroopan ja Aasian markkinoilla ja 480 V tai 13,8 kV Pohjois-Amerikan markkinoilla 60 Hz). Generaattorin rakenne, eristysluokka ja jäähdytysmenetelmä sovitetaan sarjan tehoon ja käyttötarkoitukseen. Harjattomat, itsestään jännittävät generaattorit digitaalisilla jännitesäätimillä (AVR) ylläpitävät lähtöjännitteen ±1 prosentin sisällä asetuspisteestä täydellä kuormitusalueella ja transienttikuormitustapahtumissa, mikä on yhteensopivuus herkimpien elektronisten kuormien kanssa, mukaan lukien palvelimet, taajuusmuuttajalla varustetut moottorit ja lääketieteelliset laitteet.

Maakaasugeneraattorisarjojen polttoaineen saantia koskevat näkökohdat

Maakaasugeneraattorisarjan toimintavarmuus riippuu pohjimmiltaan sen polttoaineensyötön luotettavuudesta ja laadusta, ja polttoaineen syöttöjärjestelmä on suunniteltava oikein osana generaattorikoneiston asennusta. Maakaasu syötetään generaattoreihin yhden kolmesta ensisijaisesta syöttölähteestä, joilla kullakin on eri luotettavuus, paine ja asennusvaikutukset:

• Maakaasuputkisto: Yleisin toimituslähde kiinteisiin asennuksiin alueilla, joita palvelee kaasunjakeluinfrastruktuuri. Putkilinjakaasu toimitetaan jakelupaineella (tyypillisesti 20–200 mbar kiinteistön rajalla Isossa-Britanniassa tai 0,25–2 bar teollisuuden syöttöverkoissa), ja se vaatii paineensäätöaseman vähentämään ja vakauttamaan syöttöpainetta moottorin polttoainejärjestelmän vaatimukseen (tyypillisesti 20–100 mbar moottorin polttonesteen syöttöaukossa). Putkijohtokaasun toimitusvarmuus on erittäin korkea kehittyneillä markkinoilla, ja vuotuinen saatavuus on tyypillisesti yli 99,9 prosenttia kaupunki- ja esikaupunkialueilla.
• Puristettu maakaasu (CNG): Paikkoihin, joissa ei ole pääsyä putkilinjan kaasuun, maakaasua voidaan toimittaa puristettuna korkeapainesylintereissä tai perävaunuun kiinnitetyissä sylinterinipuissa jopa 250 baarin paineissa, mikä vaatii paineenalennussarjan kaasun tuomiseksi moottorin polttoaineen syöttöolosuhteisiin. CNG-toimitus on käytännöllinen keskipitkän aikavälin etäasennuksiin ja tarjoaa varteenotettavan vaihtoehdon dieselille paikoissa, joissa dieselin toimituslogistiikka on haastavaa.
• Nesteytetty maakaasu (LNG) ja nestekaasu (LPG): LNG:tä voidaan varastoida paikan päällä kryogeenisissa säiliöissä ja höyrystää generaattorisarjojen toimittamiseen putkilinjan infrastruktuurista kaukana oleviin paikkoihin. Nestekaasu (propaani tai butaani) tarjoaa vaihtoehtoisen kaasumaisen polttoaineen, jolla on samanlaiset palamisominaisuudet kuin maakaasulla, ja sitä voidaan käyttää sopivasti muunnetuissa generaattoreissa, joissa maakaasua ei ole saatavilla. Sekä LNG että nestekaasu vaativat erityisiä varastointi-, höyrystys- ja paineensäätölaitteita.

Suorituskyvyn, päästöjen ja tehokkuuden vertailu

Maakaasugeneraattorisarjojen suorituskykyedut dieselvaihtoehtoihin verrattuna näkyvät selkeimmin, kun verrataan keskeisiä toimintamittareita vastaavien teholuokkien välillä. Seuraavassa taulukossa on vertailu nykyaikaisten maakaasu- ja dieselgeneraattoreiden tyypillisistä suoritusarvoista 500 kW - 2 MW tehoalueella.

Maakaasugeneraattorisarjojen tärkeimmät sovellukset

Maakaasugeneraattorisarjas palvelevat laajaa valikoimaa sähköntuotantosovelluksia useilla sektoreilla, ja vaaditut kokoonpanot, tehoarvot ja lisäjärjestelmät riippuvat roolista, jota generaattorisarja on suunniteltu täyttämään:

• Yhdistetyt lämmön ja sähkön (CHP) järjestelmät: CHP-järjestelmät, jotka tunnetaan myös nimellä yhteistuotanto, keräävät hukkalämmön generaattorisarjan moottorin jäähdytysjärjestelmästä ja pakokaasuista kuuman veden tai höyryn tuottamiseksi tilan lämmitykseen, prosessin lämmitykseen tai absorptiojäähdytykseen. Hyvin suunnitellun maakaasugeneraattorisarjaa käyttävän CHP-laitoksen kokonaisenergiankäyttötehokkuus on 80–90 prosenttia verrattuna pelkän sähköntuotannon 38–44 prosenttiin, mikä vähentää dramaattisesti samanaikaista lämpöä ja sähköä tarvitsevien laitosten, kuten sairaaloiden, hotellien, yliopistojen, elintarviketehtaiden ja kaukolämpöverkkojen, energiakustannuksia.
• Jatkuva ja ensiluokkainen sähköntuotanto: Alueilla tai laitoksissa, joissa verkkoyhteys ei ole käytettävissä, epäluotettava tai liian kallis muodostaa, maakaasugeneraattorit tarjoavat jatkuvaa virtaa teollisuuslaitoksille, syrjäisille yhteisöille, kaivostoiminnalle sekä öljyn ja kaasun tuotantolaitoksille, joissa maakaasua saattaa olla saatavilla tuotannon sivutuotteena. Primääritehoiset maakaasugeneraattorisarjat on suunniteltu jatkuvaan toimintaan täydellä tai lähes täydellä teholla 24 tuntia vuorokaudessa, 365 päivää vuodessa, ja ne on suunniteltu kestävällä rakenteella, jäähdytysteholla ja huoltovälillä, jotka sopivat tähän tehtävään.
• Valmius- ja hätävirta: Liikerakennukset, palvelinkeskukset, terveydenhuoltolaitokset, vedenkäsittelylaitokset ja muut tärkeät infrastruktuurit käyttävät maakaasugeneraattorisarjoja ensisijaisena varavirtalähteenä verkon toimitushäiriöiden varalta. Maakaasun valmiustilasarjat tarjoavat etuna, että polttoaineen varastointia ei vaadita paikan päällä (poistaa palovaaran, varastointimääräykset ja dieselvalmiustilaan liittyvät polttoaineen heikkenemisongelmat) samalla kun ne tarjoavat 10–30 sekunnin käynnistysajat valmiustilasta täyden kuorman hyväksymiseen, mikä täyttää useimpien laitoksen varavirtastandardien automaattisen siirtovaatimukset.
• Kaatopaikkakaasun ja biokaasun sähköntuotanto: Maakaasugeneraattorit voidaan sovittaa toimimaan biokaasulla kaatopaikoilta, jätevedenkäsittelyn anaerobisista keittimistä, maatalouden jätekeittimistä ja teollisista biokaasuprosesseista. Biokaasu sisältää tyypillisesti 45-65 tilavuusprosenttia metaania, ja hiilidioksidi ja jäännösepäpuhtaudet muodostavat loppuosan. Biokaasupalvelua varten konfiguroiduissa generaattorisarjoissa käytetään moottoreita, joissa on säädetyt puristussuhteet, sytytysajoitus ja polttoainejärjestelmän komponentit, jotka on optimoitu biokaasun pienempään lämpöarvoon ja muuttuvaan koostumukseen, ja niihin voi kuulua kaasunkäsittelylaitteita, jotka poistavat kosteuden ja rikkivedyn, jotka vahingoittavat käsittelemättömän biokaasun moottorin osia.

Maakaasugeneraattorisarjojen valinta ja määrittäminen

Oikean valitseminen Maakaasugeneraattorisarja Tietty sovellus edellyttää useiden toisiinsa liittyvien teknisten ja kaupallisten tekijöiden systemaattista arviointia, jotka määrittävät, toimiiko valittu sarja luotettavasti, täyttääkö säädösten vaatimukset ja tarjoaako odotetun taloudellisen tuoton käyttöikänsä aikana.

1. Teholuokitus ja käyttöluokitus: Generaattorisarjan tehoarvo on määritettävä oikeaa käyttöä varten: valmiustilan teholuokitus (SPR) laitteille, joita käytetään vain verkkokatkosten aikana; ensisijainen teholuokitus (PPR) sarjoille, joita käytetään ensisijaisena virtalähteenä ja joiden käyttötunteja ei ole rajoitettu; ja jatkuva teholuokitus (CPR) vakiotehoa tuottaville sarjoille. Generaattorisarjan valmiustilateho on tyypillisesti 10–15 prosenttia korkeampi kuin sen päätehon nimellisarvo samassa moottorikokoonpanossa, koska valmiustila rajoittaa sarjan enintään 500 tuntiin vuodessa tällä teholla, kun taas käynnistys- ja jatkuvan tehon on säilyttävä ikuisesti. Sarjan määrittäminen valmiustilaan jatkuvaa käyttöä varten on yleinen ja vakava virhe, joka johtaa moottorin ennenaikaiseen kulumiseen ja käyttöiän lyhenemiseen.
2. Kohteen korkeuden ja ympäristön lämpötilan alentaminen: Kaasumoottorin teho pienenee korkeuden kasvaessa (ilman tiheys pienenee) ja ympäristön lämpötilan noustessa (ilman tiheys pienenee ja jäähdytystarve kasvaa). Moottorien valmistajat julkaisevat korkeuden ja lämpötilan vähennyskäyrät, joita on sovellettava nimellistehoon asennuspaikalla käytettävissä olevan todellisen tehon määrittämiseksi. Generaattoriyksikön, joka on asennettu 1 500 metrin korkeuteen merenpinnan yläpuolelle ilmastoon, jossa ympäristön lämpötila on 40 celsiusastetta, alennettu teho voi olla 15–25 prosenttia tyyppikilven arvoa pienempi, ja tämä on otettava huomioon alkuperäisessä mitoituslaskelmassa.
3. Päästövaatimukset: Kaasumoottoriasennuksiin sovelletaan päästörajoja, jotka vaihtelevat lainkäyttöalueen, asennuskoon ja käyttötuntiprofiilin mukaan. Yli 1 MW:n eurooppalaisia ​​laitoksia koskevat tyypillisesti keskikokoisten polttolaitosten direktiivin (MCPD) NOx-, CO- ja orgaanisen hiilen kokonaispäästörajat, kun taas puhtaan ilman vyöhykkeillä tai lähellä asuinalueita sijaitseville laitoksille voi kohdistua tiukempia paikallisia rajoituksia. Moottorin valinnan on vahvistettava, että moottorin sertifioitu päästösuorituskyky täyttää soveltuvat viranomaisvaatimukset tietyssä paikassa ja käyttöprofiilissa, mukaan lukien selektiivisen katalyyttisen pelkistyksen (SCR) jälkikäsittelyn vaatimukset NOx-rajojen saavuttamiseksi, joita moottori ei yksin voi täyttää.
4. Äänitasoa ja akustista kotelointia koskevat vaatimukset: Maakaasugeneraattorisarjat tuottavat merkittävää mekaanista ja palamismelua moottorista, jäähdytystuulettimesta ja pakojärjestelmästä. Asennettujen äänitasojen tulee olla paikallisten suunnittelu- ja ympäristömääräysten mukaisia ​​tonttien rajalla ja lähimmällä meluherkällä vastaanottimella. Generaattorisarjan toimittaja voi toimittaa laitteen akustisessa katoksessa tai tarkoitukseen rakennetussa akustisessa kotelossa, joka vaimentaa melua vaaditulle tasolle, ja kotelon suunnittelussa tulee huomioida sekä moottorin suora säteilevä melu että perustusten ja rakennuksen rakenteen kautta kulkeva rakenteen kantama melu.

Maakaasugeneraattorisarjat ovat yksi tehokkaimmista ja taloudellisesti oikeutetuimmista sähköntuotantoinvestoinneista nykypäivän energiamarkkinoilla, erityisesti sovelluksissa, joissa alhaisemmat polttoainekustannukset, pienemmät päästöt, pidemmät huoltovälit ja CHP-lämmön talteenottomahdollisuudet voidaan täysin toteuttaa. Perusteellinen paikan arviointi, oikea käyttöluokitus, päästö- ja melumääräysten noudattaminen sekä linjaus sijainnin maakaasun toimitusinfrastruktuurin kanssa ovat perusta onnistuneelle generaattorisarjan spesifikaatiolle, joka takaa odotetun suorituskyvyn ja taloudellisen järjestelmän koko käyttöiän ajan.