Проект издательского дома «МедиаПро»
Получать дайджест новостей

Статьи

Назад к списку статей
Экономия

Мобильные энергетические установки: требование времени или роскошь

  • В чем преимущества энергетической установки, работающей на сжиженном природном газе?
  • Какие параметры автономной энергетической системы необходимо определить на стадии проектирования?
  • Как выбрать автономную энергетическую установку по типу силового агрегата?

В одном из пунктов Государственной программы РФ «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» указано: «Условием, необходимым для выполнения задач по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в электроэнергетике, является разработка новых технологий и освоение отечественным энергетическим машиностроением производства нового оборудования».

ВАЖНО!
В рамках построения энергоэффективной экономики в РФ продолжаются разработки и производство мобильных энергетических установок (электростанций).

В недалеком прошлом такие электростанции и энергоснабжающие системы использовали там, где нет линий электропередачи, к которым можно подключить оборудование, работающее с помощью электрического тока, — к примеру, в поисковых геологоразведочных  буровых установках, при строительстве железных дорог, на участках лесозаготовки, при проведении военных и оборонных мероприятий.

Мобильные энергетические установки последние десять лет приобретают все большую популярность не только среди промышленных организаций, но также у частных лиц. Они могут служить как энергетической установкой для питания сетей частного дома, так и резервным источником питания.

Энергетические установки, работающие на древесных и растительных отходах

Примером такой установки может служить мобильная энергетическая установка на базе двигателя внутреннего сгорания, которая вырабатывает электрическую энергию при сжигании древесных и растительных отходов небольшого сельскохозяйственного предприятия, фермерского или частного хозяйства. Эта мобильная установка разработана и испытана в МГТУ им. Баумана. Она представляет собой газогенератор транспортного типа. Топливом служат древесные и растительные отходы, которые предварительно подогревают в накопительном бункере.

Опытный образец автономной установки изготовлен на базе серийных электроагрегатов АБ-8-Т/230/М с карбюраторным бензиновым двигателем 4Ч 7,6/7,5 и газогенератором, для которого топливом служат растительные и древесные отходы. Для облегчения запуска установки в сложных погодных условиях и при минусовых температурах возможно использование бензина или газа.

Двигатель внутреннего сгорания в основном работает с применением газа, получаемого при термохимической реакции. Электрогенератор, соединенный с двигателем внутреннего сгорания, вырабатывает электрический ток, используемый в хозяйстве для потребителей.

Преимущества данной установки — в использовании в виде топлива возобновляемых видов ресурсов.

Могут быть использованы следующие виды местного топлива:

  • древесина;
  • торф;
  • бурый и каменный уголь;
  • сланцы;
  • всевозможные растительные отходы;
  • отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности (опилки, стружка, кора, щепа, мелкие ветки);
  • отходы предприятий АПК, перерабатывающих зерновые и технические культуры (хлопок, подсолнечник, лен, различные крупяные культуры).

При наличии в регионе непромышленных запасов газа или магистрального газопровода ДВС могут быть переведены на использование природного газа. Для организации автономного теплоснабжения ЭУ должны быть оснащены системами утилизации тепловой энергии, что позволяет увеличить общий КПД установки до 80–90%.

ВАЖНО!
Такая установка обязательно найдет применение в районах, которые еще длительное время не будут газифицированы по разным причинам, например ввиду экономической нецелесообразности.

Энергетические установки, использующие сжиженный природный газ

В случае если необходимо подвести электроэнергию к населенному пункту с численностью около ста тысяч жителей, в котором расположены производственные мощности, вместо дизельных автономных электростанций применяют электростанции, работающие на сжиженном природном газе. В частности, компания «Ростех» на промышленных выставках презентует мобильные энергетические комплексы (рис. 1), использующие сжиженные углеводороды. Такие установки могут вырабатывать до 1,4 мВт электрической энергии, обеспечивая системы жизнедеятельности и производственные мощности поселков, удаленных от транспортных и энергетических магистралей.

Преимущества энергоустановки, работающей на сжиженном природном газе:
1. Можно доставить потребителю любым видом транспорта.
2. Стоимость электроэнергии в разы ниже, чем у дизельной электростанции.
3. Возможность подачи потребителям не только электроэнергии, но и газа.
4.Стоимость установки (около 15 млн рублей) в ряде случаев гораздо ниже стоимости прокладки необходимых электрических или газовых сетей.

Анализ заявок на приобретение таких установок позволяет делать вывод, что потребность в России в таких электрических подстанциях достаточно высокая и на сегодняшний день составляет порядка 3000 единиц. Данными комплексами заинтересовались компании в ближнем зарубежье. Кроме того, существенную потребность в них испытывают на Крымском полуострове.

И Н Ф О Р М А Ц И Я
При достаточно широком оснащении такими установками предприятий и населенных пунктов России планируется ввод в действие специализированного центра по обработке данных и обслуживанию этих установок специалистами, получающими информацию о работе установок через систему GPRS.

Электростанция, работающая на сжиженном природном газе
Рис. 1. Электростанция, работающая на сжиженном природном газе

В этой работе задействованы такие крупные корпорации, как «Ростех», «Объединенная двигателестроительная корпорация», «Уралвагонзавод», «КамАЗ».

Энергетические установки, использующие альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии, которыми являются автономные энергетические установки, позволяют экономически обоснованно отказываться от централизованного снабжения электроэнергией и использовать для обеспечения электроэнергией больниц, производственных зданий и помещений и частных домов свои автономные энергетические установки. Они могут быть интегрированы в прицепные устройства, и тогда тоже приравниваются к мобильным энергетическим установкам (рис. 2).

Конструкция мобильной дизельной энергетической установки
Рис. 2. Конструкция мобильной дизельной энергетической установки

Как правило, такие системы комбинируются из нескольких энергопроизводящих устройств. В их составе могут быть солнечные батареи, ветряные электрогенераторы, дизельные или бензиновые генерирующие электрический ток установки. Как в варианте централизованного снабжения электроэнергией, так и при использовании автономной системы генерирующих установок есть свои преимущества и недостатки. Часто при консультациях специалисты в энергетической области рекомендуют использовать для электроснабжения и государственные энергетические сети и свою систему генерирующих установок одновременно. В этом варианте энергоснабжения можно получить максимальную рентабельность и страховки от незапланированных отключений и перебоев с подачей электроэнергии.

ВНИМАНИЕ!
При использовании солнечных батарей следует учитывать их низкий коэффициент полезного действия. Солнечные батареи вырабатывают 15 – 20 % энергии от мощности получаемого солнечного излучения.

Преимуществом солнечных батарей является их неприхотливость в обслуживании и достаточно длительный срок их работы — порядка 25 – 30 лет. И их так называемые антиподы — ветрогенераторы. Более производительны, чем солнечные батареи, даже при наличии ветра небольшой силы. Могут работать и днем, и ночью, но при этом требуется постоянное техническое обслуживание, а также замена деталей и узлов при их выходе из строя. Кроме того, можно объединить эти два генерирующих устройства в одну систему. В этом случае они хорошо дополнят друг друга — при отсутствии ветра, но в условиях солнечной погоды — будут работать солнечные батареи, а при отсутствии солнца, но с достаточной силой ветра основная функция в электроснабжении возлагается на ветрогенератор (рис. 3, 4).


Рис. 3. Мобильная энергетическая ветроустановка (ветрогенератор)



Рис. 4. Схема использования в одной системе энергоснабжения солнечной батареи и ветрогенератора

Энергетическая система включает в себя наряду с вырабатывающими установками — солнечной батареей и ветрогенератором — аккумулятор, зарядное устройство, контроллер, преобразователь напряжения. Каждый элемент в этой системе играет свою существенную роль. Так, аккумулятор обеспечивает непрерывную работу всей системы, если солнечная батарея (батареи) и ветрогенератор (ветрогенераторы) не обеспечивают объект достаточным количеством электроэнергии.

Вместе с тем он может выполнять функцию стабилизатора выходного напряжения. Зарядное устройство выполняет функцию зарядки аккумулятора при нормальной работе всей системы.

Осуществляет управление всеми устройствами, входящими в систему энергообеспечения объекта, специальный прибор — контроллер.

Преобразователь напряжения преобразует низкое напряжение аккумуляторной батареи в напряжение сети 220В.

ВАЖНО!
Схема использования в одной системе энергоснабжения солнечной батареи (батарей) и ветрогенератора (ветрогенераторов) может быть дополнена другим генерирующим оборудованием, например бензиновым или дизельным генератором энергии.

Параметры необходимой автономной энергетической системы определяют на стадии проектирования.

Проектировщик определяет:
● Суммарную мощность потребителей электрического тока, имеющих возможность одновременного подключения к системе. Как правило, проектировщик-конструктор системы несколько завышает этот параметр, чтобы у системы был некоторый запас по мощности.
● Номинальное напряжение на выходе системы. Этот параметр определяют технические характеристики потребителей. Если подключаемая аппаратура должна быть запитана напряжением 220 В, то на выходе системы должно быть именно такое напряжение.

Выбор автономной энергетической установки по типу силового агрегата

По типу используемого топлива силовые установки, которые передают вращательное движение на якорь электрогенератора, распределены на бензиновые, дизельные или газовые.

Вид применяемого в силовой установке (двигателе внутреннего сгорания) топлива является признаком мощности и ресурса (срока безотказной работы) двигателя.

Рассмотрим работу каждого из типов.

Бензиновые

Автономные электрогенерирующие установки комплектуются силовыми бензиновыми двигателями внутреннего сгорания малой или средней энергетической мощности — от 0,5 до 15 кВА (полная мощность).

Установки мощностью до 1 кВА — маломощные, компактные и мобильные. Срок безотказной работы двигателя внутреннего сгорания такой установки составляет не более 500–1000 моточасов. Непрерывно они могут работать до 3 часов, поэтому основное применение они находят для временной подачи электроэнергии на дачном участке, в гараже, при выполнении различных работ вдали от электрических сетей.

Установки мощностью до 3 кВА используют двухтактные одноцилиндровые бензиновые двигатели внутреннего сгорания для комплектования маломощных инверторных генераторов, позволяющих получать электроэнергию с более качественными характеристиками, так как напряжение и сила тока этих источников энергии обладают стабильно постоянными величинами.

Установки мощностью до 5 кВА оснащаются двигателями с высоким числом оборотов — до 3000 об/мин. с воздушным охлаждением и с чугунными гильзами цилиндров, повышающими срок безотказной работы двигателя установки до 2000 моточасов, непрерывность их работы — до 10 часов.

Преимущества:
● компактность по габаритам;
● легкие по массе;
● не дорогие по цене;
● низкий уровень шума, издаваемого при работе;
● быстрый запуск в холодное время года.

Линейку бензиновых генераторов составляют агрегаты малой и средней мощности примерно от 0,5 до 15 кВА.

Основные преимущества бензинового двигателя по сравнению с дизельным — это низкая цена, небольшая масса и невысокий уровень шума. Бензиновый генератор намного легче запускается в холодное время года. Но затраты на топливо у бензогенератора выше из-за более высокого расхода и стоимости топлива. Бензин также более пожароопасен, чем дизельное топливо. Бензиновые двигатели с воздушным охлаждением, работающие при 3000 об/мин, имеют ресурс 1500 – 3000 моточасов.

Итак, бензиновую генераторную установку следует выбирать в том случае, если требуется резервный или аварийный источник небольшой мощности, в основном для бытовых нужд. Бензиновые генераторы могут непродолжительное время работать на холостом ходу, а остальное время нагрузка должна составлять не менее 20 % от номинальной мощности.

ВНИМАНИЕ!
При длительном хранении (более 6 месяцев) свойства бензина ухудшаются, легкие фракции улетучиваются, и запустить двигатель на таком бензине будет сложно. Поэтому бензин необходимо периодически менять, желательно раз в 3 – 4 месяца.

Дизельные

В линейку дизельных генераторов входят агрегаты большей мощности выше 10 – 15 кВА.
Генераторы с дизельным двигателем достаточно экономичны, неприхотливы при эксплуатации, более продолжительное время работают безотказно. Дизельные двигатели с жидкостным охлаждением, работающие при 3000 об/мин, обладают ресурсом 7000 – 10 000 моточасов.

Дизельное топливо (солярка) немного дешевле бензина.

ВАЖНО!
В теплый период необходимо использовать летнее топливо, а в зимний период — зимнее, поскольку они различаются вязкостью, особенно при низких температурах.

Дизельные генераторные станции в 1,5 – 2 раза дороже генераторов с бензиновым двигателем такой же мощности. Уровень шума от генератора с дизельным двигателем намного выше, чем у генератора с бензиновым.

Для длительной эксплуатации рекомендуется использовать генераторные установки, оснащенные низко оборотистым дизельным двигателем, с частотой вращения 1500 об/мин.

Такие двигатели с воздушным охлаждением имеют ресурс 15 000 – 40 000 моточасов. Для них характерны сравнительно низкий расход топлива, невысокая вибрация и низкий уровень шума. Недостаток этих установок: большие габариты, высокая цена. Дизельные двигатели наиболее безопасны, так как топливо не обладает летучестью, как, например, пары бензина или газ. Поэтому такие генерирующие установки часто используют при ликвидации техногенных и природных аварий.

Газовые

Генераторные установки, оснащенные двигателем внутреннего сгорания или турбинами, работающем на газовом топливе считают более экономичными и более надежными, чем генераторные установки, оснащенные бензиновым или дизельным двигателем. Ресурс таких двигателей — до 10 000 моточасов. Но у них есть один большой недостаток — затруднительный запуск в холодное время.

ВНИМАНИЕ!
При возможности подключения к магистрали, подающей газ, такие генерирующие установки можно использовать как постоянные основные источники энергии.

Газовые двигатели, охлаждаемые воздухом, обладают более высоким уровнем шума по сравнению с двигателями, охлаждаемыми водой.

Водяная система охлаждения является наиболее эффективной, поэтому ею оснащаются самые мощные двигатели. Соответственно, такие двигатели используются на наиболее мощных генерирующих установках.

Малогабаритные, мобильные энергетические установки

Малогабаритные переносные аварийные энергетические установки используются в основном при аварийных и чрезвычайных ситуациях, в воинских подразделениях, на речном и морском транспорте, в отдаленных фермерских хозяйствах и геологических партиях (рис. 5).


Рис. 5. Малогабаритная ручная энергоустановка на базе генератора Балашова

Такая электростанция может вырабатывать электроэнергию мощностью до 2 кВт. От этой установки подается питание на отопительное, зарядное и осветительное оборудование. Также можно проводить сварочные работы. Есть установки, которые могут работать под водой.

Одним из самых надежных видов аварийной энергетической техники является ручная аварийная энергетическая установка АЭУБ-0,8 с небольшой массой, компактными размерами, также может функционировать под водой без защиты, и в этом случае потери мощности будут не более 10–15%.

В основе этого генерирующего устройства — конструкция диэлектрической машины Балашова, обладающая значительным преимуществом перед электрическими машинами, статор которых выполнен из ферримагнитного материала.

Конструкция устройства достаточна простая, что обеспечивает ее надежность и легкость в обслуживании. При скорости вращения ручного привода 10–15 об/мин, установка позволяет вырабатывать электрическую энергию мощностью от 300 Вт до 0,8 кВт.

Малогабаритная мобильная атомная энергетическая установка

В настоящее время российская наука в сотрудничестве с промышленниками планируют освоение производства новейших мобильных энергетических установок с атомным реактором (рис. 6).


Рис. 6. Макет передвижной атомной энергетической установки

Эти установки предназначены для освоения просторов Арктики. Проектом создания таких установок заинтересовалось и Министерство обороны России. При установке атомной энергетической установки на транспортную платформу, возможно ее мобильное перемещение до удаленного потребителя электрической энергии. Мощность установок может варьироваться от 100 кВт до 1 мВт.

Таким образом, при выполнении работ в отдаленных районах, освоении новых территорий, ведении военных действий, проведении строительных и геологоразведочных работ понадобится автономно работающее оборудование, вырабатывающее электроэнергию.

Автор: Дмитрий Юрьевич Чернобровкин, инженер-конструктор металлургической и обрабатывающей промышленности.

Источник: «Журнал главного инженера», №5, 2019 (статья в полном объеме).

Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!

Подписаться на рассылку