Генератор на природном газе обычно предпочтителен, если объект имеет надёжное снабжение сетевым газом, а установка будет работать много часов в год в основном, непрерывном режиме или для покрытия пиковых нагрузок: во многих регионах стоимость топлива на единицу энергии ниже, интервалы замены масла больше, а выбросы меньше. Дизельный генератор обычно предпочтителен для аварийного резервного питания, удалённых объектов и мобильного применения: он использует собственный запас топлива на объекте, быстро принимает большие ступени нагрузки и, как правило, стоит дешевле при той же мощности в kW.
Основные выводы
- В генераторных установках на природном газе используются поршневые двигатели с искровым зажиганием; в дизельных установках применяется воспламенение от сжатия, и при одинаковом рабочем объёме они обычно имеют более высокую удельную мощность.
- Дизельное топливо хранится на объекте, тогда как подача сетевого газа зависит от газоснабжающей сети. Это важно для резервного питания систем обеспечения безопасности людей и должно быть согласовано с компетентным надзорным органом.
- Согласно опубликованным рекомендациям производителей, в резервном режиме газовые двигатели часто работают около 1000 часов между заменами масла, тогда как для дизельных двигателей типичный интервал составляет примерно 250–300 часов.
- Газовые двигатели на обеднённой смеси работают с избытком воздуха, что снижает выбросы NOx и повышает эффективность; газовым двигателям на богатой смеси требуется трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор, но традиционно они легче принимают нагрузку.
- Дизель обычно выигрывает по первоначальным затратам и при редком использовании в резервном режиме; газ чаще выигрывает по затратам на топливо и обслуживание при большом количестве рабочих часов в год.
- Для выработки электроэнергии частотой 60 Hz четырёхполюсный генератор работает при 1800 rpm, а для 50 Hz — при 1500 rpm, независимо от топлива двигателя.
Как работает генератор на природном газе?
Это поршневой двигатель с искровым зажиганием, соединённый с генератором переменного тока. Газ дозируется регулятором и смесителем либо системой впрыска во впускные каналы, смешивается с воздухом, сжимается и воспламеняется свечами зажигания; коленчатый вал вращает генератор с синхронной частотой для выработки электроэнергии.
Многие промышленные газовые двигатели созданы на базе дизельных блоков цилиндров. Блок, коленчатый вал и подшипники используются те же, но головку, поршни и степень сжатия изменяют, вместо форсунок устанавливают систему зажигания, а двигатель оснащают газовой рампой, дроссельной заслонкой и системой регулирования соотношения воздуха и топлива. Поскольку двигатель с искровым зажиганием должен работать без детонации, газовая версия двигателя обычно имеет меньшую номинальную мощность, чем дизельная версия того же рабочего объёма.
Преобладают две стратегии сгорания:
- Богатая смесь (стехиометрическая): работа при химически точном соотношении воздуха и топлива. Температура выхлопа и выбросы NOx выше, поэтому обычно требуется трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор, однако приём нагрузки традиционно хороший.
- Обеднённая смесь: работа с избытком воздуха, что снижает температуру сгорания и выбросы NOx и обычно повышает топливную экономичность. Современные двигатели на обеднённой смеси используют турбонаддув и быстродействующие системы управления для улучшения приёма нагрузки.
Генератор на природном газе и дизельный генератор: как они соотносятся?
Эти два вида топлива подходят для разных режимов эксплуатации. В таблице приведены типичные преимущества и ограничения; характеристики отдельных моделей различаются, поэтому проверяйте технический паспорт генераторной установки.
| Фактор | Генераторная установка на природном газе | Дизельная генераторная установка |
|---|---|---|
| Воспламенение | Искровое зажигание | Воспламенение от сжатия |
| Подача топлива | Газоснабжающая сеть, CNG или LNG, промысловый газ, биогаз | Хранение на объекте в баке основания установки или расходном баке |
| Проблемы хранения топлива | При сетевом газоснабжении хранение на объекте не требуется | Топливо стареет и требует проверки и тонкой очистки |
| Приём ступенчатой нагрузки | Хороший у современных двигателей для резервного питания, зависит от модели | Традиционно лучший |
| Удельная мощность | Ниже на литр рабочего объёма | Выше |
| Первоначальная стоимость на kW | Обычно выше | Обычно ниже, особенно там, где допускается Tier 2 или аналогичный стандарт |
| Интервал замены масла | Часто около 1000 h | Часто 250–500 h, зависит от модели |
| Выбросы | Меньше твёрдых частиц и NOx, особенно при работе на обеднённой смеси | Для соблюдения строгих норм вне аварийного режима требуется система очистки выхлопа |
| Оптимальное применение | Основное и непрерывное электроснабжение, когенерация CHP, покрытие пиковых нагрузок | Аварийное резервное питание, удалённые объекты, мобильное и судовое применение |
Достаточно ли надёжен генератор на природном газе для резервного питания?
Да, для многих коммерческих объектов, но источник топлива должен быть одобрен органом, контролирующим соблюдение норм. Системы NFPA 110 Type 10 должны восстанавливать электроснабжение в течение 10 секунд, и современные газовые генераторные установки ведущих производителей способны выполнять это требование, хотя способность принимать нагрузку по-прежнему различается между газовыми моделями сильнее, чем между дизельными.
Более важный вопрос — надёжность топливоснабжения. Резервный генератор на природном газе зависит от сохранения давления в газопроводе во время отключения электричества. Сетевое газоснабжение часто лучше переносит штормы и наводнения, чем логистика доставки дизельного топлива, однако землетрясения или намеренные отключения могут его прервать. Для больниц и других объектов с нагрузками, обеспечивающими безопасность людей, проектировщику, газоснабжающей организации и компетентному надзорному органу обычно необходимо согласовать признание сетевого газа надёжным источником. Если это не допускается, обычно используют дизельную или двухтопливную схему.
Где генераторные установки на природном газе наиболее целесообразны?
Генераторные установки на природном газе окупаются при большом количестве рабочих часов и доступном недорогом газе. Типичные области применения:
- Основное электроснабжение нефтегазовых объектов, где двигатель работает на промысловом или попутном газе, который иначе сжигался бы на факеле. Необходимо проверять качество газа, метановое число и теплотворную способность; при работе на газе с высоким содержанием тяжёлых углеводородов или сероводорода мощность двигателей часто снижают.
- Комбинированная выработка тепла и электроэнергии (CHP) на заводах, в теплицах и гостиницах с утилизацией тепла воды рубашки охлаждения и выхлопных газов.
- Покрытие пиковых нагрузок и управление спросом, при которых установки работают в периоды высоких тарифов.
- Проекты на биогазе и свалочном газе, обычно с очисткой газа и специальной номинальной мощностью двигателя для такого топлива.
- Резервное питание коммерческих объектов, где надзорный орган допускает сетевой газ, а владельцы хотят избежать обслуживания запасов дизельного топлива.
Дизель остаётся стандартным выбором для удалённых шахт, электроснабжения стройплощадок, судов и морских установок, а также любых объектов, куда топливо необходимо доставлять.
Поршневой двигатель или турбина на природном газе?
Для большинства проектов мощностью менее нескольких мегаватт обычно выбирают поршневой двигатель. Газотурбинная генераторная установка на природном газе компактна и легка относительно своей мощности и подходит для крупных станций непрерывной работы и парогазовых электростанций, однако турбины простого цикла теряют эффективность при частичной нагрузке и чувствительны к температуре окружающей среды. Газовые двигатели, напротив, хорошо сохраняют эффективность при частичной нагрузке и могут устанавливаться группами, чтобы включать и выключать отдельные агрегаты в соответствии с потреблением.
Именно благодаря такому модульному подходу многие газовые электростанции мощностью несколько мегаватт строят из нескольких генераторных установок с поршневыми двигателями мощностью 1 MW и более, а не на базе одной турбины. Покупателям крупных генераторов следует сравнивать эффективность при частичной нагрузке, время пуска, обслуживание и местную сервисную сеть, а не только паспортную мощность.
Какова стоимость владения генератором на природном газе?
Общие затраты больше зависят от количества рабочих часов, чем от закупочной цены. Газовая установка обычно имеет более высокую первоначальную стоимость на kW, чем дизельная, плюс затраты на газопровод, регулятор и разрешения, но во многих регионах затраты на топливо и обслуживание за час работы ниже. Дизель часто обходится дешевле в целом, если установка работает только во время проверок и редких отключений электричества.
Основные факторы стоимости:
- Номинальная мощность и размер: установки на 20 kW и 2 MW — совершенно разные изделия, а цена за kW снижается по мере увеличения мощности.
- Требования к выбросам: в США в аварийных дизельных установках обычно допускаются двигатели, сертифицированные по Tier 2 или Tier 3, тогда как для дизелей неаварийного назначения обычно требуется Tier 4 Final, что добавляет систему очистки выхлопа и сокращает разницу в стоимости с газовыми установками.
- Соотношение цен на топливо: сетевой газ, CNG и дизельное топливо на вашем рынке.
- Количество рабочих часов в год, которое увеличивает суммарную разницу затрат на топливо и обслуживание.
- Кожух, системы управления и распределительное оборудование для параллельной работы.
Для ориентировочной оценки расхода топлива: дизельная генераторная установка при оптимальной нагрузке обычно потребляет около 0.25 литра на kWh, а газовой установке средней мощности обычно требуется примерно 0.3 кубического метра сетевого газа на kWh. Оба значения зависят от модели, нагрузки и качества газа, поэтому для экономического обоснования используйте кривые расхода из технического паспорта. Теплотворная способность сетевого газа в среднем составляет примерно 1000 Btu на стандартный кубический фут (около 37 MJ на кубический метр), но фактическое значение зависит от источника поставки.
Может ли генератор работать на сжатом природном газе?
Да. Сжатый природный газ обычно хранится под давлением около 200–250 bar (3000–3600 psi), которое регулятор снижает до низкого давления, необходимого двигателю. Прицепы с CNG используются для временного электроснабжения или на переходный период там, где нет газопровода; LNG может обеспечивать более крупные объекты основного электроснабжения, хотя его испарение делает его малоподходящим для резервных установок с длительными простоями. Заправочная инфраструктура CNG, созданная для газовых грузовиков и автобусов, редко непосредственно применима к стационарной генераторной установке; большинство объектов используют сетевой газ.
Выбор двигателя для генераторной установки на природном газе
Для производителей генераторных установок двигатель определяет номинальную мощность, ограничения по качеству газа и план обслуживания. Перед заказом проверьте следующие параметры:
- Номинальная мощность при 1500 или 1800 rpm в основном или непрерывном режиме с учётом вашей высоты над уровнем моря и температуры окружающей среды.
- Минимальное метановое число и давление подачи газа на входе в двигатель.
- Совместимость системы зажигания, регулирования соотношения воздуха и топлива и регулятора частоты вращения с вашим контроллером.
- Интервалы замены свечей зажигания и масла, а также доступность запчастей.
Пример двигателя средней мощности — двигатель на природном газе мощностью 120 kW на платформе WP6, шестицилиндровый агрегат для генераторных установок и газового оборудования; проект генераторных установок на природном газе показывает поставку таких двигателей сборочному предприятию. Для дизельных установок по-прежнему широко применяются шестицилиндровые двигатели, такие как двигатель 6BT для генераторных установок и судового применения. Сравните другие варианты на страницах газовых и бензиновых двигателей и дизельных двигателей, а также ознакомьтесь с нашим руководством по подбору мощности дизельного генератора.
MARS поставляет газовые и дизельные двигатели для генераторных установок на условиях FOB или CIF Шанхай; перед отправкой каждый двигатель может пройти испытание с запуском с предоставлением письменного отчёта и видео. Чтобы подтвердить мощность с учётом анализа вашего газа, отправьте сведения о проекте.
Часто задаваемые вопросы
Генератор на природном газе лучше дизельного?
Ни один вариант не является лучшим для всех задач. Природный газ обычно выигрывает при длительной работе там, где доступен сетевой газ, а дизель — для аварийного резервного питания, удалённых объектов и при необходимости минимальных первоначальных затрат.
Как долго может работать генератор на природном газе?
При надёжном сетевом газоснабжении он может работать столько, сколько допускают категория мощности двигателя и план обслуживания, поскольку заправлять бак не требуется. Для длительной работы без постоянного присутствия персонала необходима мощностная категория основного или непрерывного режима.
Можно ли перевести дизельный генератор на природный газ?
Дизельный генератор можно оснастить двухтопливным комплектом, который после прогрева замещает часть дизельного топлива газом, однако дизельное топливо по-прежнему требуется для воспламенения. Полный перевод на газ с искровым зажиганием требует новых головок или поршней, системы зажигания и управления и редко бывает экономически оправдан.
Какая мощность генераторной установки на природном газе мне нужна?
Подбирайте её так же, как любую генераторную установку: суммируйте рабочую мощность в kW, добавьте пусковые нагрузки электродвигателей и переведите результат в kVA при коэффициенте мощности 0.8. Затем проверьте, обеспечивает ли выбранная газовая модель необходимую переходную характеристику при вашей наибольшей ступени нагрузки.
Что такое генератор на природном газе с частотой вращения 1800 rpm?
Это четырёхполюсная установка, вырабатывающая электроэнергию частотой 60 Hz, типичная для Северной Америки. Установки с более низкой частотой вращения 1800 rpm и 1500 rpm предпочтительны для основного и непрерывного режима, поскольку они меньше нагреваются и медленнее изнашиваются, чем установки на 3600 rpm.
