Газовая турбина VS Газопоршневая электростанция
Цена газотурбинной электростанции или газовой турбины на 2000 кВт сопоставима с газопоршневой электростанцией европейского производства аналогичной мощности. В этом разделе мы постараемся сопоставить газовую турбину и газопоршневую электростанцию, что лучше и надёжнее?
PS: Если цена одинакова, то зачем покупать газопоршневую электростанцию, когда любому человеку понятно и очевидно, что турбина самолета в десятки раз надежнее любого двигателя.
Газовые турбины
Принцип работы газовых турбин состоит в следующем: воздух, нагнетаемый в камеру сгорания компрессором, смешивается с топливным газом, формируя топливную смесь, и поджигается. Образующиеся продукты горения с высокой температурой (900 oС-1200oС), проходя через несколько рядов лопаток, установленных на валу турбины, приводят к вращению турбины. Механическая энергия вала передается через понижающий редуктор электрическому генератору. Тепловая энергия выходящих из турбины газов поступает в котел утилизатор.
Вместо производства электричества, механическая энергия турбины может использоваться для работы насосов, компрессоров и т.п.
Наиболее традиционным видом топлива для газовых турбин является природный газ, хотя это не исключает возможности использования других видов топлива. При этом газовые турбины не предъявляют повышенные требования к качеству его подготовки (химическому составу).
Температура исходящих из турбины газов составляет 550 oС. Количественное соотношение тепловой энергии к электрической у газовых турбин составляет от 2,5:1, что позволяет строить когенерационные системы, различающиеся по типу теплоносителя:
— Непосредственное (прямое) использование отходящих горячих газов;
— Производство пара низкого или среднего давления во внешнем котле;
— Производство горячей воды;
— Производство пара высокого давления (турбины комбинированного цикла).
КПД газовой турбины составляет 35%, в зависимости от параметров работы конкретной модели турбины и характеристик топлива. В составе когенерационных систем эффективность возрастает до 90% в расчете на условную единицу израсходованного топлива (по теплотворной способности).
Варианты применения газотурбинных электростанций
— Парогазовый цикл.
При отсутствии тепловой нагрузки газотурбинные блоки комплектуются паровыми котлами утилизаторами и паровым турбогенератором. Что позволяет дополнительно получать около 50% электрической энергии. Что существенно повышает электрический КПД станции.
— Когенерация.
Одновременная выработка тепловой и электрической энергии. Газотурбинные блоки комплектуются паровыми либо водяными котлами утилизаторами, с целью дальнейшего использования тепла для отопления, горячего водоснабжения либо технологических нужд. В зависимости от потребностей потребителя, котлы изготавливаются под необходимые характеристики воды или пара.
Газопоршневые электростанции
Поршневые двигатели, используемые в энергосистемах, обладают, с одной стороны, соизмеримой с турбинами эффективностью в части генерации электроэнергии. С другой стороны, создание когенерационных систем на базе поршневых двигателей сводится «на нет» рассеиванием тепловой энергии, часть которой отводится системой охлаждения двигателя (двигатель и масло, используемое в системе смазки, должны постоянно охлаждаться), а также пульсирующим характером потока отходящих газов (с температурой на уровне 400 oС). Количественное соотношение тепловой энергии и электрической у поршневых двигателей составляет от 0.5:1 до 1:1 (значительно ниже чем у турбин).
На практике применяют два типа поршневых двигателей:
— С воспламенением от сжатия (аналог автомобильного или судового дизеля), которые могут работать на дизельном топливе или природном газе (с добавлением 5% дизельного топлива для обеспечения воспламенения топливной смеси). На рынке доступны модели от нескольких киловатт до 15 МВт выходной электрической мощности. Несмотря на повсеместную тенденцию использовать газ (в основном по экологическим причинам), в некоторых случаях (отсутствие газопровода, цена строительства, время работы) экономически оправданно использовать дизельное топливо.
— С искровым зажиганием (аналог автомобильного бензинового двигателя). Электрическая выходная мощность двигателей этого типа, как правило, на 15-20% ниже, чем у дизелей (ограничивается специально для предотвращения детонации). Тепловая мощность у них также ниже, чем у дизелей. Двигатели с искровым зажиганием могут работать на чистом газе (природном газе, биогазе и других горючих газах).
Подготовка места установки поршневых двигателей должна обязательно включать решение вопросов, связанных с вибрацией. Наиболее эффективным методом является использование платформы с пневматической системой амортизации.
Поршневой двигатель конструктивно имеет значительно больше движущихся частей по сравнению с турбиной. Следовательно, интервалы сервисного обслуживания, связанного с остановкой и ремонтом двигателя так же значительно короче, чем у турбин.
Существенное ограничение состоит в работе на неполной мощности – поршневой двигатель, как правило, не рекомендуется запускать с нагрузкой менее 50% на продолжительный период времени, иначе неминуем выход из строя.
Для борьбы с высокой эмиссией вредных веществ в поршневых двигателях используются как внешние каталитические фильтры, так и конструктивные модификации самих двигателей, направленные на увеличение времени горения и степени сжатия топливной смеси. Это, в свою очередь, приводит к росту стоимости самого оборудования и эксплуатационных расходов. Высокая эмиссия поршневых двигателей связана в первую очередь с тем, что развитие этих технологии происходило в период отсутствия экологических ограничений и основное внимание уделялось максимизации выходной мощности и производительности.
Системы комбинированного цикла.
Комбинированная система строится на основе индустриальной газовой турбины, поток горячих отходящих газов которой, направляется на производство пара, который, в свою очередь, поступает в паровую турбину. Как правило, такие системы используются генерирующими компаниями в случае, когда необходимо максимизировать производство электрической энергии. Когенерация в этом случае играет подчиненную роль и обеспечивается за счет отвода части тепла из паровой турбины.
