Микротурбины против газопоршневых установок - альтернативное топливо - Метан

В продолжение цикла зарисовок "альтернативное топливо Метан":

Гражданская авиация, альтернативное топливо - Метан

Грузовые автомобили и автобусы, альтернативное топливо - Метан

Железнодорожный транспорт, альтернативное топливо - Метан

хочется сказать несколько слов о газопоршневых двигателях (применяются, например, в газопоршневом тепловозе ТЭМ19, а также в составе газопоршневых установках с диапазоном единичных мощностей от 250 кВт до 6 МВт) и микротурбинах (находят применение, в основновном, как силовые агрегаты для автономных газовых электростанций, так же имеют мощность от 200 кВт до 1 МВт при объединении в кластер).

ГАЗОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Газопоршневой двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который в качестве топлива использует газ и работает по циклу Отто. Выделяющаяся при сгорании топлива в газовом двигателе  энергия способствует механическому вращению вала, его работа необходима для выработки электрической энергии электрогенератором.  В качестве топлива газовые двигатели могут использовать природный газ, газы с небольшим содержанием метана и низкой степенью детонации –  бутан, пропан, факельный газ. Такие двигатели приспособлены к перенастройке между различными видами газов. Отсюда.

Упоминаний о широком использовании подобных двигателей на грузовом крупнотоннажном транспорте мною не найдено. В основном подобные двигатели находят применение в составе корабельных силовых установок или газопоршневых установках генерации электрической энергии (тепловозы, электростанции).

Газопоршневой двигатель MAN E2848 LE322

Газопоршневая установка представляет собой систему генерации, созданную с помощью газопоршневого двигателя и позволяющую преобразовывать внутреннюю топливную энергию в электрическую энергию. При этом возможно получение не только электричества, но и тепла. Такой процесс называется когенерацией, также в установке может использоваться и технология, позволяющая получить еще и холод, что очень актуально для промышленного охлаждения, систем вентиляции, холодоснабжения складских помещений. Такой процесс называется тригенерацией. Отсюда.

Мини-ТЭЦ МТП-100/150 на базе автоматизированного газопоршневого электроагрегата типа АП100С. В качестве первичного двигателя используется газопоршневой двигатель 1Г6. Так же ОАО ХК «Барнаултрансмаш» производит газопоршневой двигатель 1Г12. Стационарный двигатель 1Г12 применяются для привода генераторов в стационарных электроагрегатах с радиаторной системой охлаждения разной степени автоматизации и различного назначения.

В Интернет есть информация о газопоршневых двигателях марок ЯМЗ и ТМЗ.

Двигатели с зарядным генератором и стартером:

• ЯМЗ-236Г (газовый аналог ЯМЗ-236М2-7)
• ЯМЗ 238Г (газовый аналог ЯМЗ-238М2-11)
• ЯМЗ 238Г1 (газовый аналог ЯМЗ-238ДИ-11)
• ЯМЗ 7514Г (газовый аналог ЯМЗ-7514.10-02)
• ЯМЗ 240Г (газовый аналог ЯМЗ-240)
• ЯМЗ 8502Г (газовый аналог ЯМЗ-8502.10
• ТМЗ-8481.10Г (газовый аналог ТМЗ-8481.10-05)
• ТМЗ-8525Г (газовый аналог ТМЗ-8525.10)

АГП–315 (мощность силового агрегата 315 кВт)

Газопоршневая электростанция Рыбинсккомплекс - АГП–315 имеет в своем составе первичный двигатель ЯМЗ-Э8502: 4–тактный, 12–цилиндровый с V–образным расположением цилиндров, с непосредственным впрыском топлива и жидкостным охлаждением, с наддувом, под установку охладителя наддувочного воздуха типа «воздух-воздух».

Подобные электростанции служат не только автономным источником электроэнергии, но и утилизируют ПНГ, сжижаемый в факелах месторождений. Агрегаты АГП–315 (согласно зявлений производителей) работают на ПНГ с минимальным содержанием метана - 20%.

МИКРОТУРБИНА

Микротурбины представляют собой газовые турбины малой генерирующей мощности. Габаритные размеры "трубинного модуля" начинаются от размеров современного холодильника" (прочитал в рекламе :))

Изображение взято отсюда.

На основе микротурбин тоже стараются построить блочно-модульные генераторные энергоустановки. Например такие:

Далее небольшой перепост статьи под громкик заголовком Микротурбины против газопоршневых установок — страшная тайна раскрыта!

Микротурбинные установки против газопоршневых электростанций — кто кого?

Допустимо ли вообще корректное сравнение параметров и потребительских качеств газопоршневых установок и микротурбин?

Необходимость получать электрическую и тепловую энергию из природного газа  в сравнительно небольших объемах заставила некоторых заокеанских производителей «притянуть за уши» «инновационные технологии» для создания генерирующих агрегатов, как бы «новых типов».

Надежные и проверенные временем газопоршневые генераторные установки, являющиеся основой автономной генерации в современной малой энергетике, часто сравниваются с этими «принципиально» новыми агрегатами — микротурбинами. И если электростанции на  топливных ячейках — это действительно еще что-то новое - экзотические  технологии будущего, то микротурбины в реальной жизни норовят «всерьез» конкурировать с газопоршневыми установками.

Недостаточное количество правдивых публикаций, содержащих сравнительный анализ технико-эксплуатационных и экономических показателей использования в проектах газопоршневого и микротурбинного типа генерирующего оборудования, а также отсутствия взвешенных оценок реализованных проектов, заставляет потребителя принимать иной раз опрометчивые решения, руководствуясь лишь сомнительными рекламными лозунгами и непроверенными утверждениями производителей и поставщиков «нового» оборудования — микротурбин.

Вот яркий образчик таких «рекламных» материалов (слайд 29),

таблица, где сравниваются микротурбина Capstone (МТУ), классическая газовая турбина (ГТУ) и газопоршневая установка (ГПУ). «Плюсиками» показаны якобы «преимущества» микротурбин перед классическими силовыми агрегатами.

Какие установки лучше — микротурбинные или газопоршневые? По таблице вывод предельно ясен — агрегатов, равных микротурбинам, просто нет, не существует их на белом свете. Но так ли это на самом деле? Ни один из "плюсиков", говорящих о преимуществах микротурбин не поставлен оправданно и честно - все плюсики - либо попытка ввести в заблуждение, либо просто обман.

Попробуем помочь потребителям разобраться и с таблицей, и с выбором силовых агрегатов для автономных газовых электростанций.

Микротурбины — лидеры зеленых технологий? Весьма сомнительное заявление…

«Мы мировые лидеры зеленых технологий!» — вот лозунг американских производителей микротурбин Capstone. Так ли они «зелены» на самом деле, и в чем заключается их «лидерство»?  Да, у микротурбин действительно более чистый выхлоп, чем, например, у газопоршневых установок, но если сравнивать цифры, то все очень относительно и разница абсолютно несущественна. Куда важнее, в данном вопросе, то, что для производства единицы энергии микротурбине необходимо на треть больше(!) невозобновляемых природных ресурсов — плоти и крови российской земли, того самого природного газа! Это что? Зеленые технологии?  Вряд ли... Скорее передернутые факты, такие же, как и с добычей сланцевого газа. Вот это действительно "горячая точка", где экологам работы делать не переделать! Кстати, если сравнивать, то выбросы газопоршневых установок полностью соответствуют всем принятым нормам, и эти агрегаты без проблем размещаются как в России, так и в европейских странах прямо среди жилых кварталов, снабжая их электричеством и теплом.

Аккумуляторная батарея (АКБ)  маломощной микротурбины Capstone С65 имеет массу около 400 килограммов. Можно ли отнести к «зеленым технологиям» производство и утилизацию таких огромных аккумуляторов? Микротурбинная электростанция мощностью всего 300 кВт потребует производства и утилизации аккумуляторов весом в 2 тонны! А ведь приобретение дорогих новых батарей и платная утилизация старых  должны проводиться по регламенту один раз в 1,5 года.

Газопоршневые установки против микротурбин — только высокий электрический КПД означает подлинную экономию!

Сколько дорогостоящего газа тратится на автономной электростанции для производства одного киловатт-часа?

Для потребителей именно электрический КПД является основным критерием при выборе силовых агрегатов автономной электростанции!

КПД определяет то количество газа, которое потребитель должен сжигать в агрегате для выработки 1 кВт электричества и, в конечном итоге, ту сумму, которую потребитель вынужден заплатить за «голубое топливо». К сожалению, конструктивные особенности микротурбины не позволяют ей встать на один уровень по КПД с газопоршневыми установками. А если бы это и стало возможным, то вне сомнения, на всех современных автомобилях уже давно стали бы устанавливать микротурбины, а не поршневые двигатели.

Даже у самых «продвинутых» микротурбин электрический КПД не превышает 32%. Значительную долю мощности микротурбины потребляет компрессор, нагнетающий воздух в камеру сгорания микротурбины. Без компрессора работа микротурбины невозможна.

А, например газопоршневая установка Waukesha серии APG имеет показатели в 42,5%, что на целую четверть выше. Газопоршневые установки MWM, Wartsila, Jenbacher имеют еще лучшие значения КПД, достигающие 46,5%.

Эти примеры доказывают, прежде всего, колоссальную разницу в расходе драгоценного газа — невозобновляемого природного ресурса.  Чрезмерный расход газа — чувствительный удар по кошельку потребителя! Если проводить сравнение с автомобилями, то какую машину выберет покупатель, при равных потребительских характеристиках? Ту, что потребляет 10 или 5 литров топлива на 100 км пробега?

В современной генерации электрической энергии разница в КПД силовой установки всего на 1,0% уже считается приличным значением. Средний же КПД большинства моделей и марок микротурбин ограничен КПД в 27-28%. У микротурбин компании Toyota КПД равен всего 20%, недалеки от этих значений микротурбины Bowman и Turbec. В сравнении с газопоршневыми установками разница в КПД, а значит и в потреблении топлива просто несопоставима.

Например, газопоршневая электростанция для выработки 1 МВт электроэнергии потребляет около 250 нм3/час, микротурбина — уже 400 нм3/час. Разница составляет более 1,2 млн. м3 газа в год или в денежном эквиваленте — более 3,5 млн. руб./год.

Такие узлы микротурбины как дожимной компрессор, служащий для повышения давления газа, и аккумуляторная батарея (АКБ), постоянно потребляющие мощность, вырабатываемую микротурбиной, снижают КПД. В меньших объемах, но потребляет электрическую энергию и силовая электроника преобразователя. Увы, но в целом, это приводит к снижению реального электрического КПД микротурбинной установки еще на величину около 2%.

Важно понимать, что все указанные параметры справедливы для работы микротурбины в номинальном режиме. Но стоит только измениться одному из параметров, как электрический КПД микротурбины начинает стремительно снижаться. Пример — работа микротурбины с неполной нагрузкой. В режимах с нагрузкой около 25% от номинала КПД микротурбины составляет уже 19%, а с учетом энергопотребления дожимного компрессора (нетто) уже чуть больше 13%. Зависимость КПД микротурбины от температуры окружающего воздуха тоже крайне велика. Выходная мощность микротурбины С30 от Capstone начинает стремительно падать уже при температуре +18°С, а при +30°С снижается уже на четверть!

Как работает микротурбинная электростанция с несколькими агрегатами с точки зрения КПД? Для быстрого набора нагрузки все микротурбины электростанции находятся в «горячем» резерве, то есть на холостом ходу. В этом случае потребление газа идет не только загруженными агрегатами, но и всеми включенными микротурбинами электростанции. В итоге суммарный КПД микротурбинной электростанции будет значительно ниже КПД одной отдельно взятой микротурбины.

Если же в установках программного обеспечения такого комплекса задать полное отключение неиспользуемых микротурбин, то в случае увеличения потребления, временно остановленные микротурбины, будут вынуждены пройти губительный процесс пуска. Столь частые запуски нелучшим образом скажутся на ресурсе микротурбины, прежде всего на ресурсе дорогого блока аккумуляторных батарей.

Беспочвенные «заклинания» производителей и дилеров микротурбин о выгодах, которые несет потребителям «суммарный КПД» микротурбин (с учетом электрической и тепловой мощности), достигающий 90%, абсурдны. Ведь автономная генерация должна обеспечивать, прежде всего, производство электроэнергии. Задачу получения тепла с гораздо меньшими капитальными затратами и большей эффективностью может дать современный газовый котел, имеющий КПД на уровне 95%. Кстати, в любом случае пиковый газовый котел является непременным атрибутом автономной электростанции любого типа, а газопоршневые установки способны без проблем отдавать сопоставимые с микротурбиной количества тепловой энергии.

На практике потенциал тепловой энергии, получаемой при производстве электричества, полностью использовать может только 5% потребителей, сказывается неравномерность графиков потребления зимой и летом. В эти 5% процентов, как правило, входят потребители использующие тепло в технологических процессах своего производства. Проводя аналогии с автомобилями:  ведь никто из водителей не включает печку на полную мощность постоянно, отбор тепла производят по необходимости, а летом отопителем не пользуются вовсе.

По этой причине неотъемлемым элементом автономной электростанции любого типа является и градирня, служащая для утилизации избытков тепловой энергии. 

Кстати, с маленькой микротурбины С30 тепловую энергию получить нельзя по технологическим причинам.

Микротурбинные и газопоршневые установки — экономические аспекты (важно!)

Надо заметить, что цена 1 кВт установленной электрической мощности микротурбины минимум в 2-3 раза выше по сравнению с газопоршневой установкой! Цена $1000-1500 у поршневых агрегатов против $1800-3500 у микротурбин. Капитальные расходы потребителя, решившего построить мини-ТЭЦ, существенно выше (в два раза!) при использовании микротурбин. Может это они и есть, настоящие «зеленые технологии» американских производителей...  Имеется в виду отъем денежных знаков…

Выше уже упоминалось, что потребление газа у микротурбин выше на треть, что не может не отобразиться на конечной стоимости произведенной электроэнергии. Разница в цене 1 кВт электроэнергии, произведенной на газопоршневой и микротурбинной установке, достигает 30-35 копеек!

Понятно, что из-за меньшего расхода топлива электроэнергия получается значительно дешевле на газопоршневой установке.

Продавцы микротурбин постоянно говорят, что в газопоршневых установках применяется моторное масло. Да, это так, но в структуре цены одного произведенного киловатта электроэнергии расходы на моторное масло не превышают 5 копеек.

С учетом стремительной монополизации рынка микротурбин в России цены на них постоянно ползут вверх, становясь просто запредельными.

В США, например, микротурбины стоят в 2,5 раза дешевле, чем в РФ, в Китае их пока не производят. Громкие декларации о российской сборке оказались несостоятельны. Газопоршневые установки предлагают два десятка российских компаний, конкурирующих между собой. Очень схожую картину — бешеные цены — имеют прейскуранты на поставки расходных материалов, запасных частей и комплектующих к микротурбинам, но об этом ниже.

Микротурбины при условии эксплуатации в холодной России необходимо устанавливать в отапливаемое помещение (контейнер или легковозводимое здание). А это — отдельная статья расхода, как на проектные, так и на строительно-монтажные работы.

Необходимо упомянуть, что электростанции на базе микротурбин предполагают комплектацию только низковольтным (400 В) электрическим генератором. Передать электроэнергию с таким напряжением без потери можно примерно на 500 метров. Даже в рамках площади одного предприятия это немного.

Производители электростанций на базе поршневых агрегатов, как правило, на усмотрение потребителя осуществляют комплектацию установки либо низковольтным, либо высоковольтным генератором (6,3 - 10,5 кВ). Электричество с таким напряжением можно уже передавать без потерь на расстояние в несколько километров.

Микротурбина и газопоршневая установка: ресурс решает все?

В год автономная электростанция вырабатывает ресурс в 8300 моточасов. Несмотря на уверения дилеров-поставщиков на российском рынке, обещающих потребителям непревзойденный ресурс микротурбин до первого капитального ремонта в 60 000 моточасов, компании-производители в США приводят более скромную цифру — 40 000 моточасов. 

Большинство газопоршневых установок, таких как  MWM, Waukesha, Wartsila и другие ушли по этой цифре далеко вперед!

Так у Waukesha серии ATGL первый капремонт проводится после 80 000 часов эксплуатации, у Wartsila 20V34SG — спустя 120 000!

Работа в переходном режиме отрицательно влияет на износ любого оборудования, особенно в режиме пуска. У больших турбин и газопоршневых установок насосы предварительно закачивают масло в наиболее ответственные узлы непосредственно перед пуском агрегата, у микротурбины Capstone происходит абсолютно сухой запуск, который снижает ресурс. 

При работе на переменных нагрузках микротурбины (если их несколько) постоянно находятся в режиме старта-остановки, если же их не останавливать, то непомерный расход топлива — природного газа доведет потребителя до цугундера.

К большому минусу микротурбины можно отнести и стоимость запасных частей (ЗИПа) для проведения капитальных ремонтов. Так, по заявлению производителей микротурбин Capstone, стоимость капитального ремонта составит 70% (!) от первоначальной стоимости установки. И это уже через семь лет работы!

Каков же на самом деле реальный полный ресурс микротурбин сказать сложно.  Первые микротурбины появились на российском рынке в конце 1999 года, и даже самые первые образцы не успели достигнуть уровня наработки в 10-12 лет.

Капитальный ремонт, действительно, процедура серьезная. А вот как обстоят дела с регламентным обслуживанием? Российские дилеры — поставщики микротурбин в один голос уверяют, что в течение года новый энергоцентр не требует никакого внимания. Однако производители настойчиво рекомендуют раз в три месяца провести осмотр и в случае необходимости сделать замену топливной арматуры, воздушных и топливных фильтров. Тоже необходимо проделать через полгода. А через год с начала эксплуатации микротурбинной установки уже не обойтись без замены всех фильтров. Второй год эксплуатации микротурбины (или даже ранее, исходя из практического опыта эксплуатации) станет последним для блока АКБ.

Примечательно, что директор по продажам Ли Ричардс (Lee Richards Sales Director Oil & Gas Capstone Turbine Corp.) приводит в своем выступлении от 15 июля 2008 года следующие цифры: стоимость обслуживания (ЗИП + работа) составляет от $0,016 без НДС за кВт/час выработанной энергии. К стоимости ЗИП следует добавить около 40%, принимая во внимание существующие налоговые и таможенные сборы, установленные в РФ, а также 15-20% маржинальной прибыли поставщика ЗИП с завода-производителя. В итоге стоимость обслуживания в составе стоимости 1 кВт/час вплотную приближается к 1 рублю!

Эксперты известной российской компании «Энерготех» обращают внимание, что приведенные цифры справедливы только для первого года эксплуатации микротурбины, когда замене подлежат лишь фильтрующие элементы, термопары и воспламенители.

Микротурбина: аккумуляторы — слабое звено!

У микротурбины с переменными оборотами двигателя (Capstone) развиваемая мощность зависит от скорости вращения ротора. Для поддержания на выходе стабильного напряжения при работе в автономном режиме, например, при резких увеличениях нагрузки, используются массивные буферные аккумуляторные батареи (АКБ). Они помогают системе управления компенсировать недостающую электрическую мощность на время, пока скорость вращения ротора двигателя микротурбины достигает необходимых оборотов.

В частности, все микротурбины из линейки американского производителя Capstone при переменных нагрузках имеют переменное количество оборотов. Для возможности работы в автономном режиме с переменной частотой вращения, в частности для парирования набросов электрической нагрузки, при параллельной работе используется внешняя сеть, а при автономной работе требуется другой источник — блок аккумуляторных батарей для компенсации и обеспечения стабильности вырабатываемых электрических параметров. Приняв наброс нагрузки, микротурбина должна отдать часть вырабатываемой мощности для восстановления заряда АКБ. Именно наличие АКБ позволяет производителям микротурбин уверенно заявлять о способности их агрегатов принять 100% наброс нагрузки. Ведь на самом деле скорость набора мощности у микротурбины Capstone составляет порядка 1 кВт/сек, и до номинального значения микротурбина доберется только через 1-2 минуты. Функцию быстрого набора нагрузки обеспечивают именно АКБ, исполняя роль буфера между генератором микротурбины и потребителем.

Это обстоятельство требует применения АКБ повышенной емкости. Например, блок аккумуляторных батарей для микротурбин Capstone C30 весит около 180 кг, для С60 — уже почти 400 кг!

И для тех же газопоршневых агрегатов возможна установка системы АКБ для увеличения возможных набросов потребления мощности с целью недопущения срывов при генерации и аварийных остановов. Но если в газопоршневых установках использование АКБ — возможная и отнюдь не обязательная опция, которая ведет к удорожанию всего решения, то в случае с микротурбинами, как мы уже выяснили, АКБ — едва ли не самый важный узел, любая неисправность которого ведет остановке системы электроснабжения. Постоянная нагрузка на АКБ приводит к сокращению их срока службы с заявляемых 16 000 до 12 000 часов. Технический персонал, ведущий эксплуатацию микротурбин, уверяет, что реально этот дорогостоящий элемент требует замены уже через 8 000-9 000 часов наработки. Кроме того, АКБ обеспечивают энергоснабжение генератора, который выполняет функции стартера на этапе пуска. В блоках аккумуляторы соединены последовательно и в случае выхода из строя хотя бы одной батареи блока АКБ микротурбины теряют работоспособность (такие случаи были в российской практике). В случае длительного хранения аккумуляторов необходимо производить их подзарядку внешним источником.

Для нормальной работы АКБ необходима температура выше 20°С, но не более 50°С. В микротурбине АКБ требуют специального отапливаемого помещения, так как рекомендуемая производителем температура составляет +40°С.

Топливо: так ли микротурбины всеядны?

Несмотря на заявления производителей о возможности работы микротурбин на различных видах топлива, каждая микротурбина предназначена для определенного вида топлива — жидкого или газообразного. Поэтому если у потребителя возникнет необходимость перейти, скажем, с дизельного топлива на магистральный газ или, наоборот, без изменения типа конструкции топливной рампы микротурбины ничего из этой затеи не получится. В интернете мелькали уж совсем абсурдные сообщения о применении дорогостоящих микротурбин для работы на биогазе в сельскохозяйственной отрасли. Об этой глупой идее, с отрицательным экономическим эффектом в этой статье не стоит даже рассказывать.

Микротурбины не так «всеядны» в отличие от своих полноразмерных собратьев и существует ряд ограничений, накладываемых на состав топливного газа. В частности, для микротурбины С60 Capstone количество тяжелых углеводородов (С4 и выше) в составе топливного газа не может превышать 5%.

Попутный нефтяной газ (ПНГ), как правило, содержит от 3 до 15% тяжелых фракций С4 и выше. Этим и обусловлено достаточно редкое применение микротурбин в нефтегазовом секторе, так как стоимость системы газоподготовки, включающей осушку, по оценкам экспертов, составляет более 15 млн. руб. Для некоторых систем подготовки газа постоянно необходим метанол, который надо либо произвести, либо доставить на место подготовки попутного газа. Применение стандартных микротурбин для утилизации ПНГ без подготовки газа — это крайне бестолково и безграмотно потраченные деньги. Экономических обоснований для этого не существует.

Утилизация ПНГ для генерации электроэнергии экономически оправдана при наличии товарного парка для сбора сырья, современной системы газоподготовки и значительных объемов собираемого нефтяного газа. При соблюдении этих условий для генерации электроэнергии применяются мощные классические турбины или газопоршневые агрегаты. Микротурбинам в этом сегменте места просто нет.

Ввиду некой схожести конструкции рабочего колеса (радиально-осевая), как микротурбины «повышенной мощности»(!) дилеры пытаются «проталкивать», за немалые деньги, устаревшие, кстати говоря, турбины OPRA, двигатель которых начал производиться еще в начале 60-ых годов прошлого века.

Текст рекламного материала дилера:

OPRA отличаются высокой надежностью за счет специальной конструкции двигателя OP16, являющегося основой установки. Одноступенчатое турбинное колесо радиального типа турбины OP16 с подшипниками в холодной зоне выгодно отличает ее на фоне осевых газовых турбин, в конструкции которых используется несколько ступеней. Радиальная конструкция турбины позволяет значительно сократить габариты и вес электростанции, поэтому ГТУ OPRA имеет компактные размеры и меньший вес по сравнению с другим оборудованием в своем классе. Газотурбинные установки OPRA и микротурбины Capstone имеют большой ресурс до капитального ремонта до 50000 часов и до 60000 часов соответственно и длительные межсервисные интервалы (до 8000 часов), что обеспечивает высокую экономичность электростанций.  (Ссылка не активна)

Вот только один из примеров, чем это кончается для нефтяников: 

ОАО НК "РуссНефть" и ООО "МОЛ-Русс" являются собственниками нефтедобывающего предприятия ООО «ЗМБ», находящегося в Российской Федерации, Ханты-Мансийский автономный округ Югра, г. Нефтеюганск. 

Для нужд утилизации попутного нефтяного газа, обеспечения электроэнергией Западно-Малобалыкского нефтяного месторождения, а также поставки излишков электрической энергии во внешнюю электрическую сеть, в 2011 году построена электростанция на базе 8 турбоагрегатов компании «OPRA». 

За период эксплуатации газотурбинного оборудования происходили неоднократные остановы энергоблоков по следующим причинам:

• разрушение подшипникового узла газотурбинной установки;
• разрушение соединительного вала между газовой турбиной и редуктором;
• разрушение редуктора;
• разрушение газовой турбины.
• Для выявления причин данных поломок и недопущения их повторения в будущем, ОАО НК "РуссНефть" совместно с ООО "МОЛ-Русс" инициировали тендерные процедуры по выбору подрядчика на проведение независимого технического обследования оборудования электростанции, систем управления и автоматики и синхронизации с внешней электрической сетью.
• Официальная информация об этом опубликована на сайте ОАО НК "РуссНефть". (ссылка не найдена)

Приобретение этой электростанции обошлось для ОАО НК «РуссНефть» в кругленькую сумму 750 миллионов рублей!

Нам известно, что до конца 2008 года в нефтегазовом секторе было установлено только две микротурбины Capstone 200 кВт.

В рекламных материалах российских дилеров микротурбин активно пропагандируется возможность работы  установок на кислом газе (с содержанием H2S до 7%).

В реальности из всех моделей лишь один микротурбинный агрегат Capstone (С30) в одном исполнении (Sour Gas – кислый газ) способен работать на таком топливе. Цена у него соответствующая, то есть гораздо более высокая, чем у обычных микротурбин С30.

Стоит добавить, что ресурс микротурбины Capstone С30 Sour Gas отдельно не декларируется и существует вероятность того, что он отличается в меньшую сторону от ресурса обычных микротурбин С30 или С60.

Микротурбинам необходимо высокое давление?  Решение есть — компрессор!

Классическим турбинам необходимо высокое давление на входе в ГТУ. А как это реализовано в микротурбинах? Ведь в большинстве случаев потребитель, предполагающий обеспечить себя энергией мощностью около 100 кВт, не имеет доступа к газовой трубе с высоким давлением. Давление газа в трубе потребителя, как правило, не дотягивает до 5 бар, необходимых для работы микротурбины. Для них требуется мощный дожимной газовый компрессор, повышающий давление до 5 бар и «съедающий» значительную часть произведенной мощности.

Проводя аналогию с газопоршневыми машинами, необходимо отметить, что газопоршневые силовые агрегаты не требуют столь высокого давления. Так, например, Waukesha серии VGF способны работать на давлении всего в 0,2 бар. Для остальных двигателей из линейки этого американского производителя лишь агрегаты серии APG и ATGL требуют давления топливного газа в пределах 3,5-4 бар.

Газовый компрессор микротурбины размещен внутри модуля.

И именно этот факт вызывает опасение. Действительно, согласно российским нормам (ПБ 12-529-03 п.8.1.21) дожимные компрессоры должны устанавливаться в отдельном помещении или здании категории А.

И если строго придерживаться буквы закона, то микротурбины, имеющие компрессоры топливного газа в конструкции, не имеют право на применение в РФ. И вызывает сомнение, как проводилась сертификация изделия в государственных контролирующих органах.

Возможно, что для сертификации комиссии была предложена микротурбина, предназначенная для работы на газе высокого давления и, следовательно, не имеющая дожимного компрессора в своей конструкции.

В микротурбине, как правило, используется винтовой маслонаполненный компрессор. Наличие этого узла требует более частого сервисного обслуживания. Например, замена и долив масла в компрессоре осуществляются каждые 1500-2000 ч эксплуатации. В эти же сроки необходимо провести замену масляного фильтра. Эти требования сводят на нет попытки производителей увеличить сервисные интервалы микротурбины до декларируемых 8000 ч.

Микротурбинные кластеры – что это?

Единичная мощность микротурбин невелика — до 200 кВт. И что же делать, если потребителю необходимо больше электроэнергии? Правильно, собрать группу из микротурбин! Производители называют их кластерами.

В кластере микротурбины Capstone управляются «мастер-машиной», которой назначается одна из установок. Однако, при выходе из строя «мастера» происходит полный останов системы. Возможна организация управления микротурбинным комплексом с помощью дополнительного, внешнего блока управления (Power Server), устанавливаемого отдельно, но и в этом случае при выходе из строя этого сервера происходит останов системы.

Достижение суммарной мощности энергоцентра в 5-8 МВт возможно лишь при условии использования большого количества микротурбин. Самая мощная микротурбина на сегодня имеет мощность 1 МВт (Capstone C1000), но по сути это набор из пяти 200 кВт блоков в одном модуле.

Эксперты по системам управления заявляют, что количество агрегатов в одном кластере при применении современных контроллеров не может быть бесконечным. Увеличение количества микротурбинных агрегатов в кластере может привести к нестабильной работе энергокомплекса, зависанию и даже выходу оборудования из строя. При этом надо помнить о дорогостоящем сервисе, расходных материалах и запчастях.

Комплексная работа газопоршневых установок реализована совсем иным способом. Она достигается с помощью распределенной системы управления, что сохраняет работоспособность системы даже при выходе из строя одной из газопоршневых установок, что само по себе нонсенс.

Микротурбины: все ли так плохо? Делаем окончательные выводы

Тем не менее, есть ряд параметров, по которым микротурбина иногда опережает своих оппонентов.

В частности, несколько меньший уровень шума, более  чистый выхлоп, возможность установки на крышах зданий за счет меньшей вибрации, возможность длительное время работать на частичных нагрузках и холостом ходу (но, как мы выяснили, все же это свойство АКБ, а не собственно микротурбины), высокое качество производимой электроэнергии. Кроме того, микротурбина имеет воздушную систему охлаждения, а котел-утилизатор размещен в габаритах энергоблока.

Эти особенности позволяют применять микротурбины на объектах с невысокой потребностью в электрической и тепловой энергии с неравномерным графиком потребления, где главной задачей автономного энергоцентра является не экономия на тарифах, а наличие энергоснабжения в принципе. Или на объектах где, например, за счет высокой стоимости присоединения подключение к энергосетям экономически нецелесообразно.

Использование микротурбин может быть экономически оправдано в диапазоне мощностей до 200 кВт и при условии, когда их ключевые преимущества имеют принципиальное значение.

Газопоршневые установки представлены в диапазоне единичных мощностей от 250 кВт до 6 МВт. Набором таких силовых агрегатов можно получить мощность газовой электростанции до 40 - 50 МВт.

Газопоршневые установки остаются наиболее надежными, рациональными по цене и энергоэффективными силовыми агрегатами для большинства автономных газовых электростанций.

Автор не указан

ИТОГО:

Очень мне понравился один комментарий с форума конегерация от пользователя Aster, НИИ (Москва) в 2009 году.

Вы ищите что-то лучшее. Это понять можно. 

   Только не следует западать на слова "инновация", "экология", "нет масла". Все это уловки. 

   Приведу пример: 

   В России одна фирма поставила микротурбину на свой БЕСПЛАТНЫЙ газ. Результат тот, что затраты на один кВт составляют 67 копеек. ЭТО ПРИ БЕСПЛАТНОМ ГАЗЕ!!! 

   Изготовители микротурбин официально заявляют, что затраты на обслуживание в дном кВт составят около 1 ЕВРО, то есть 44 копейки - это еще не учтена стоимость газа. 

   Вроде и масла нет в микротурбинах, на что бьют в рекламах микротурбинщики, что всего одна движущая деталь (лукавство - в микротурбине да одна, но в обязательном оборудовании к микротурбине масса таких деталей и, кстати, есть и масло), а затраты ужасающие. 

   Вы узнайте сначала интересные факты: сколько микротурбин работает на предприятиях Германии. Германия очень высокотехнологичная страна и немцы очень хорошо умеют считать деньги, рентабельность и выгоду не упустят. Там просто единицы таких микротурбин (по пальцам сосчитать можно). 

   А вот ГПУ очень много и будет больше, а количество микротурбин увеличиваться не будет. 

   В России против ГПУ некоторые пытаются настроить, но в России нормальных и качественных ГПУ единицы (в отличии от Европы). 

   То, что местные наши фирмочки проиводят с использованием иностранных движков ни в какой мере вообще нельзя поставить в один ряд с теми ГПУ, которые полностью комплектуются в Германии. 

   Доукомплектованные российские ГПУ имеют затраты со стоимостью газа 78-127 копеек, а чисто немецкая ГПУ (диапазона 350-500 кВт) со стоимостью газа имеют зататы на 1 кВт 49-65 копеек. 

   А теперь сравните микроторбиновские затарты без стоимости газа и затраты настоящих ГПУ со стоимостью газа. 

   .................

Хочется так же добавить ссылку на пару статей с сайта "Новая генерация".

Что лучше, надежнее, экономичнее для автономной электростанции: газопоршневые или газотурбинные силовые агрегаты?

...При линейных нагрузках и соблюдении правила N+1 применение газопоршневых двигателей в качестве основного источника энергоснабжения возможно. В составе такой электростанции необходимы резервные агрегаты и емкости для хранения второго вида топлива — дизельного.

В диапазоне мощности до 40-50 МВт использование поршневых моторов на мини–ТЭЦ считается абсолютно оправданным.

В случае использования газопоршневых агрегатов потребителю можно полностью уйти от внешнего электроснабжения, но только при обдуманном и взвешенном подходе.

Поршневые установки так же можно применять и в качестве резервных или аварийных источников электроэнергии.

Ближайшие конкуренты поршневых установок – газовые микротурбины. Правда цены на микротурбины сильно «кусаются» и составляют ~ $2500–4000 за 1 кВт установленной мощности!

Сравнение газотурбинных установок и газопоршневых двигателей в составе мини–ТЭЦ показывает, что установка газовых турбин возможна на любых объектах, которые имеют электрические нагрузки более 14-15 МВт, но из-за высокого расхода газа турбины рекомендуются для электростанций гораздо большей мощности – 50-70 МВт.....

Хорошие газопоршневые электростанции — а ведь есть и такие! Могут ли газопоршневые электростанции иметь хорошие потребительские качества?

....Отличительной особенностью качественных газопоршневых установок являются низкие обороты двигателей — 750 в минуту. На особо мощных агрегатах количество оборотов составляет всего 120–130 в минуту! Такие низкие обороты резко снижают износ оборудования и значительно повышают ресурс газопоршневых агрегатов — гарантированный заводом–изготовителем срок службы составляет 300.000 часов — это 35–40 лет непрерывной работы. С таким солидным конструктивом газопоршневые установки имеют и значительный вес — энергоблок мощностью 4 МВт весит 82 тонны....