Генераторная установка ГАЗ

Система оптимизации газопоршневых генераторных установок

Наша компания разработала ряд инженерных решений, позволяющих наращивать мощность автономных газогенераторных установок, значительно снижать затраты на их эксплуатацию и, как следствие, снижать стоимость киловатт часа вырабатываемой ими электроэнергии. При стандартной эксплуатации ГПГУ имеют ряд минусов, ограничивающих их возможности. Дело в том, что в силу технических особенностей и характеристик газового топлива, газогенератор нужно нагружать постепенно. У газовых генераторов малой и средней мощности шаг приема нагрузки составляет, как правило, 20 - 30% от номинальной мощности генератора. Эта особенность сводит на нет преимущества использования ГПГУ для питания потребителей с высокими стартовыми токами, поскольку газогенератор не в состоянии принять всю нагрузку, если она более 30 - 40% от номинальной.

В результате, приходится приобретать установку на всю мощность, включая пиковые нагрузки, плюс запас 30%, то есть, намного большую, чем номинальная потребность (с учетом стартовых токов и пропорциональности единовременно принимаемой нагрузки). Так как ГПГУ работает на фиксированных оборотах, он, из-за избыточной мощности, потребляет избыточное количество газа на 1 кВт/час полезной электроэнергии и, как следствие, имеет очень низкий КПД по потреблённой энергии - около 20% от выработанной. Иными словами, расход газа при таком режиме эксплуатации в 5 раз больше, чем требовалось бы при использовании генератора мощностью равной номинальной потребности.

Мы смогли решить проблему холостого хода и компенсации нагрузок от стартовых токов для газовых генераторов, используя инверторные установки. Принцип работы нашей установки заключается в разделении генератора и потребителя двойным преобразованием электроэнергии. Система плавно нагружает генератор линейной нагрузкой до полной мощности, питает потребителей и одновременно заряжает аккумуляторные батареи. При этом система управляет генератором, включая его по необходимости.

Электроэнергия для потребителей поступает от аккумуляторных батарей, включая и пиковые нагрузки. В случае очень высоких пиков, при необходимости, система суммирует мощность батарей и генератора. Таким образом, пиковая мощность может быть любой по требованию заказчика, а мощность генератора будет значительно ниже пиковой и определяться по количеству фактически потребляемых киловатт часов в сутки.

Многократное снижение расхода топлива и высокий КПД двойного преобразования - 90%, гарантируют экономическую эффективность использования данной установки для оптимизации работы ГПГУ. Более того, для генерации необходимого количества электроэнергии будет необходимо значительно меньше моточасов работы ГПГУ, за счёт чего время между техническим обслуживанием увеличится в несколько раз, существенно продлится срок службы генератора и снизятся издержки на его обслуживание.

Для случаев, когда необходимы электрическая и тепловая энергия, мы комплектуем объекты когенерационными установками, которые помимо электричества вырабатывают ещё и тепло. В таких случаях КПД использования топлива составляет около 90%.

Используя наши технологические решения возможно:
  • Использовать генератор значительно меньшей мощности, чем пиковая.
  • Значительно экономить на топливе (до 10 раз).
  • Подключение высокомощного оборудования к генератору малой мощности.
  • Сократить периодичность технического обслуживания ГПГУ в разы.
  • Увеличить ресурс генератора за счет более «мягкой» эксплуатации.
  • Отказаться от резервного генератора на случай ремонта или отказа основного.
  • Получить высокую перегрузочную способность на длительное время.
  • Принимать большие стартовые токи и значительные перегрузки.
  • Получить высочайшую безотказность системы.

Так как аккумуляторы непрерывно работают в циклическом режиме, к ним предъявляются особые требования по количеству циклов разряда-заряда. Наши системы комплектуются Литий Ионными батареями. Стационарные литий ионные (LiFePo4) батареи имеют большую цикличность, чем любые свинцово-кислотные аналоги, щелочные никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи, никель-металлогидридные АКБ. Литий ионные батареи имеют высокую устойчивость, как к глубокому разряду, так и к интенсивному заряду и перезаряду. Срок службы батарей до 25 лет при ежедневной цикличности работы. Литий Ионные батареи сохраняют работоспособность при экстремальных температурных режимах от -40 до +40°С.

Данные батареи не требуют замены в течение всего срока службы, что в разы снижает стоимость эксплуатации системы. Свинцовые аналоги при подобных режимах работы потеряют ёмкость уже через три четыре года и потребуют замены. Помимо оптимизации работы генератора установка может работать в режиме ИБП. В случае отказа генератора, электроснабжение потребителей продолжится достаточное для восстановления работоспособности ГПГУ время.

Система построена по кластерному принципу, то есть состоит из 20-100 параллельно работающих блоков. Так как система перегружаема до 10% в штатном режиме, то даже при выходе из строя до 10% оборудования, система сохранит работоспособность на неограниченное время. Кластерное построение системы позволяет производить «горячую» замену блоков, что значительно упрощает обслуживание, как технически, так и технологически. Ремонт осуществляется без остановки оборудования. Всё это обеспечивает нашим системам высочайшую степень надёжности и безотказности.

Для увеличения мощности или для повышения безотказности, к системе можно подключать несколько ГПГУ, причем разных мощностей. Установка сама будет запускать генераторы, по любому необходимому алгоритму, при необходимости суммируя их мощности. Если присутствует электрическая сеть, то возможно, так же, подключение сети к нашей установке. В этом случае установка может суммировать мощность сети и генератора(ов), использовать сеть в качестве резерва или компенсации недостающей энергии в случае длительного пика потребления.

Оборудование полностью автоматизировано, и может контролироваться как на месте, так и удалённо, при необходимости может быть интегрировано в SCADA систему.

Наши системы идеально подойдут для питания синхронных и асинхронных двигателей, а так же любых других, как линейных, так и нелинейных нагрузок.

Общие характеристики оборудования:

Тип установки On-Line (с двойным
преобразование)
Время переключения сеть/АКБ 0
Отказоустойчивость 99,9999%
Входная (потребляемая) мощность от 3 кВт
Входное (питающее) напряжение 380В/220В ± 50%
Напряжение АКБ (DC) 60/110/220/400/700 В
Выходная (обеспечиваемая) мощность 10 - 500 кВт на 1 кластер
Выходное напряжение
АС В,AC 220/220/240 (2p+PE); 380/400/415 (3p+n+PE)
Частота выходного напряжения Гц 50/60 ±10%
Стабильность частоты % ± 0,1
Стабильность напряжения (статическая) % ± 1
Стабильность напряжения (динамическая) % ± 5 в течении 10 мсек.
Форма выходного напряжения Синусоидальная
Искажение напряжения THDu (линейная нагрузка) % <2
Искажение напряжения THDu (нелинейная нагрузка) % <3
Ток кз Iкз=3xIн (400мс) опционально до 9xIн
Коэффициент Uмакс/Uср (crest factor) 3:1 опционально до 9:1
Перегрузочная способность при резистентной нагрузке 110% - длительно, 125% - 10 минут, 150% - 1 минута
Диапазон cos φ определяющий нагрузку Cos φ ≤ 1 (0 инд. до 0 емк.)
Гальваническая изоляция с установкой Да
Электромагнитная совместимость Фильтры ЭМП
Среда
Температура окружающей среды (EN 50178 класс 3k3) ºC -5 до +40
Влажность -15 до +65
Максимальная высота работы м (EN50178 класс 3k3) % Макс 85 (при отсутствии конденсации)
(выше 1000м следует уменьшить значение номинального тока на 5% на каждые дополнительные 1000 м) 1000 м над уровнем моря
Наработка на отказ Более 250 000 часов
Доступ обслуживание и сервис Спереди
Бесперебойная работа при 100% нагрузке и отсутствии генератора От 1 часа и более
Суммарный КПД установки > 91%
Отличительные особенности:
  • Высокая стабильность частоты напряжения.
  • Низкий уровень высших гармоник.
  • Минимальное количество эмитируемых помех.
  • Большой ток короткого замыкания.
  • Способность работы при 100% несимметричной нагрузке.
  • Работа с любыми видами нагрузок (R_L_C).

Система совместима с генераторами на абсолютно любом виде топлива. В таблице  приводится ГПГУ  как самый экономически эффективный вариант.

Пример расчёта экономической эффективности системы

Расходы на эксплуатацию - 3 года1
Статьи расходов ГПГУ 500 кВт ГПГУ 150 кВт + инверторная система PLUSPOWER
Эксплуатационные расходы на 3 года
Газ ПГ, 95 м³/час (в среднем)×24 часа×365 дней×3 года = около 2 500 000 м³ или около 8. 250.000 руб. Для наработки полезных 2 628 мВт час генератору необходимо отработать: (2 628 мВт час/0,150 мВт)×41 м³/час=718.320 м³ газа или около 2.370.456 руб.
За этот период времени придется сделать минимум 10 ТО, долить 800 литров масла, что составит около 600.000 руб. и эксплуатировать 3 года до замены или капитального ремонта генератора За этот период времени придется сделать 10 ТО, долить 100 литров масла, что около 300.000 руб. и еще эксплуатировать 5 лет до замены или капремонта
Учитывая, что потребление в среднем составляет 100 кВт в час, то полезный выход электроэнергии за 3 года будет составлять всего 2 628 мВт час или 20% от выработанной энергии  
Экономия За 3 года составит около 6.300.000 руб. или около 2.100.000 руб. в год
Расходы на эксплуатацию - 8 лет
Статьи расходов ГПГУ 1250 кВа ГПГУ 310 кВа + инверторная система накопления энергии
Стоимость нового генератора 2.8.000.000 руб. + 28.000.000 руб. резервный! 6.500.000 руб.
Эксплуатационные расходы на 8 лет, не учитывая роста цен на газ
Газ, 350 м³/час (ПГ)(в среднем)×24 часа ×365 дней×8 лет×3 руб./ м³ = 73.584.000 руб. Для наработки полезных 7 200 мВт час генератору необходимо отработать: (7 200 мВт час/0,310 мВт)×91 м³/час (ПГ)×3 руб./м³ = 6.340.645 руб.
За этот период времени придется сделать 20 ТО - 4.000.000 руб., долить 26,2 тонны масла - 2 000 000 руб.! и еще эксплуатировать 8 лет до замены или кап ремонта обеих генераторов За этот период времени придется сделать 10 ТО - 500.000 руб., долить 2,2 тонны масла - 110 400 руб., и еще эксплуатировать 8 лет до замены или кап ремонта
Учитывая, что среднесуточная нагрузка составляет около 120 кВт/час, то потребление среднего объекта в среднем в год составляет 900 000 кВт/час, то полезный выход электроэнергии будет составлять всего 7 200 мВт час, или 9% от полезной нагрузки  
Инверторная установка   С учётом возможности работы инвертора с кратковременной перегрузкой в 50%, и длительно в 10% будет достаточно инверторной установки на 310→1000 кВт = 60.000.000 руб.
Итого 4 000 000 руб. + 2 000 000 руб. + 73 584 000 руб. = 79 584 000 руб.
Или 11.05 руб. кВт/час.
500 000 руб. + 110.400 руб. + 6.340.645 руб. =
6.951.045 руб.
Или 0.96 руб. кВт/час
Экономия
Экономия 2 руб. на кВт/час по сравнению с энергосетями.
9.079.119 руб. экономия в год при использовании системы оптимизации генератора по сравнению с генераторными системами. (При цене ПГ 3 руб./м³)

1Данные расчеты приведены с учетом стоимости топлива на 2010 год.