Centrales eléctricas de gas: una fuente de energía autónoma en un amplio rango de potencias

El contenido del artículo

• El principio de funcionamiento de las centrales eléctricas de gas.
• Centrales eléctricas de turbinas de gas (GTE)
• Plantas de energía recíproca de gas (GGE)
• La ventaja de utilizar centrales eléctricas de pistón de gas en una granja individual
• Generadores de gas de baja potencia
• Centrales eléctricas de tipo modular de potencia media
• Complejos energéticos y mini-CHP
• Cogeneración a pequeña escala
• Dispositivo de una sala de generadores para GGE
• Conexión y operación
• Mantenimiento y admisión
• Conclusión

Las centrales eléctricas portátiles de pistón de gas se han convertido en un excelente análogo de las unidades que funcionan con combustible diesel y gasolina. Qué tan rentable es el uso de tales fuentes de electricidad, cómo equipar su hogar con ellas y qué matices debe considerar al usarlas, este artículo lo dirá..

La subida de los precios de la electricidad da lugar a nuevas propuestas en el mercado de fuentes autónomas de suministro de energía. Una nueva palabra en este ámbito son las centrales térmicas alimentadas por gas natural. En los últimos 15 años, la producción de instalaciones de este tipo casi se ha duplicado, y la propia tecnología de generación eléctrica local se ha vuelto tan sofisticada que el costo de un kilovatio de electricidad generada es más económico que cuando se consume en redes urbanas. Más sobre los beneficios de las centrales eléctricas de gas:

1. Versatilidad de colocación. Las centrales eléctricas de gas no requieren condiciones geológicas o climáticas especiales para su instalación. Debido a su tamaño y peso relativamente pequeños, solo se requiere una base de concreto preparada para la instalación de una estación autónoma. La falta de un gran suministro de agua para ellos tampoco es crítica..
2. Durabilidad. Los diferentes fabricantes garantizan una vida útil diferente. En general, las estaciones funcionan sin reparaciones importantes durante 30 años y con el reemplazo de varias unidades ejecutivas, hasta 100 años..
3. Modo de funcionamiento totalmente automático. La unidad de control electrónico incorporada, que se encuentra en casi todas las instalaciones, regula automáticamente el suministro de combustible y monitorea el estado de la unidad en tiempo real. El papel del personal de servicio se reduce a la conmutación operativa, la supervisión y el control de parámetros..
4. Amplio rango de potencia. Las minicentrales eléctricas de gas pueden proporcionar electricidad tanto a empresas que consumen mucha energía como a una pequeña casa de campo. Según la versión, garantizan la producción de electricidad desde 5 kW hasta varios megavatios..
5. La capacidad de usar como fuente de respaldo. Casi cualquier planta de energía puede equiparse con un ATS y una unidad de arranque automático. Muchos fabricantes producen módulos estándar para actualizar generadores instalados previamente..
6. Bajo costo de electricidad generada. El costo de la electricidad consumida de las redes urbanas incluye los costos de su transporte a través de líneas eléctricas y mantenimiento de subestaciones. Es mucho más barato transportar un gas portador de energía, por lo que el costo de la electricidad generada por las centrales eléctricas de gas es menos de dos rublos por kilovatio..
7. Libertad en la elección del combustible. Las centrales eléctricas funcionan con cualquier tipo de combustible gaseoso, incluido el biogás. Esto es relevante para las granjas ganaderas: la combinación de un reactor de metano, una planta de enriquecimiento y una planta de energía en un solo complejo energético hará que la producción sea independiente del suministro de energía.

El principio de funcionamiento de las centrales eléctricas de gas.

Según el principio del dispositivo, las plantas de energía se dividen en dos tipos: turbina de gas y pistón de gas. Estos últimos tienen un diseño más simple, no requieren un costoso mantenimiento durante el funcionamiento y son la opción más económica para una instalación de gas. Además, casi no tienen limitación en la potencia máxima. Las centrales eléctricas de turbinas de gas son más tecnológicas y de diseño complejo, pero menos económicas: su uso se justifica solo en la escala de la producción industrial. Su principal ventaja es la alta resistencia al desgaste de las unidades y la total sencillez con el tipo de combustible: en algunos casos incluso se puede usar polvo de carbón, pero se requiere un módulo especial para preparar la mezcla de combustible..

Centrales eléctricas de turbinas de gas (GTE)

La base del GTE es una turbina de gas, dispuesta según el principio de un motor de avión a reacción. Es una cámara de combustión cilíndrica que alberga el impulsor principal de la turbina de gas. Los vapores de aire y combustible a alta presión ingresan a la cámara, donde se encienden. En el proceso de combustión del combustible, se forma una corriente de gases calientes que hace que la turbina gire. A su vez, transfiere la rotación al compresor y al generador, proporcionando así la generación de energía..

Es característico que las centrales eléctricas de turbinas produzcan casi el doble de energía térmica que la electricidad. Por lo tanto, a menudo se utilizan como un componente de una planta de cogeneración instalando una caldera de calor residual en el sistema de escape, lo que garantiza no solo la generación de electricidad, sino también el suministro de calor en grandes volúmenes y a un costo mínimo..

Plantas de energía recíproca de gas (GGE)

En las centrales eléctricas de pistón de gas, la fuente de energía cinética es una unidad de máquina que funciona según el principio de un motor de combustión interna. El suministro de combustible se realiza mediante un inyector y está controlado por una unidad de control electrónico, por lo que las centrales eléctricas de pistón tienen una eficiencia suficientemente alta. Una desventaja significativa del sistema de pistón de gas es el alto nivel de ruido y vibración durante el funcionamiento debido a la presencia de una gran cantidad de partes móviles. La ventaja de estos motores es su alta adaptabilidad a varios modos y niveles de carga, lo que no se puede lograr en plantas de turbinas de gas que operan a potencia casi constante..

La ventaja de utilizar centrales eléctricas de pistón de gas en una granja individual

Los generadores de gas autónomos son de gran interés tanto para empresarios individuales como para residentes de sectores privados, casas de campo y pequeñas aglomeraciones. En la práctica, las centrales eléctricas de gas justifican plenamente su uso y su recuperación se puede lograr en un tiempo muy previsible. El único inconveniente es la necesidad de una inversión seria, además, existen los siguientes matices:

1. Las unidades de pistón de gas se utilizan principalmente.
2. El período de recuperación es menor, mayor es la capacidad real de la planta..
3. La instalación requiere una parcela de tierra separada.
4. En el caso de uso compartido, se requiere una infraestructura desarrollada.
5. El funcionamiento de las instalaciones es imposible sin un mantenimiento cualificado.

Las plantas de energía autónoma de gas y las plantas de cogeneración se pueden dividir en tres grupos.

Generadores de gas de baja potencia

Exteriormente son similares a los de gasolina, tienen un principio de funcionamiento similar y el mayor costo de electricidad generada. Pueden protegerse en forma de carcasa para todo clima o requieren una habitación especial. No se utilizan como fuente principal de electricidad con muy pocas excepciones. La elección de tales generadores es elegida por hogares privados y talleres de producción que necesitan una fuente de respaldo de electricidad y tienen suministro de gas natural a la instalación. Diseñado para combustible embotellado, pero esta característica se usa raramente. A diferencia de las instalaciones más potentes, tienen una limitación significativa de funcionamiento continuo (de 6 a 10 horas). También tienen una desventaja en la baja calidad de la electricidad generada..

Características principales:

1. Tipo de motor: carburador monocilíndrico de cuatro tiempos con refrigeración forzada.
2. Tipo de generador: generalmente generador autoexcitado monofásico o trifásico asíncrono.
3. Potencia de salida: hasta 20 kW.
4. Combustible: gas natural, propano-butano.
5. Control: unidad de control analógica, protección de relé, interruptor de transferencia automática en la mayoría de los modelos.
6. Puesta en servicio: menos de un minuto.
7. Costo: de $ 2000 a $ 10000.

Este es el único tipo de generador de gas que se puede mover sin esfuerzo. A menudo se usa en aquellos sitios de construcción donde no hay suministro de energía o durante eventos de campo. El uso móvil se produce a expensas del alto costo de una central eléctrica portátil, lo que hace que el uso de gasolina sea más eficiente en este caso..

Centrales eléctricas de tipo modular de potencia media

Son bloques de máquina de grandes dimensiones, pueden ser abiertos o limitados por una carcasa protectora que absorbe el ruido. Se utilizan principalmente como fuente principal o de reserva de electricidad para cooperativas de vivienda suburbana, oficinas y pequeños centros industriales y comerciales, almacenes. La productividad de tales plantas de energía es bastante alta y el costo de la electricidad generada es comparable a la electricidad de la red de la ciudad..

Características principales:

1. Tipo de motor: carburador tipo V o motor de inyección con 6-16 cilindros, válvulas en cabeza y refrigeración por agua.
2. Tipo de generador: generador sin escobillas autoexcitado trifásico asíncrono.
3. Potencia de salida: hasta 1 MW.
4. Combustible: gas natural, biometano, propano-butano.
5. Control: controlador digital, protección multinivel combinada, interruptor de transferencia automática, autodiagnóstico. El trabajo está completamente automatizado.
6. Salida a potencia nominal: hasta una hora.
7. Costo: de $ 10,000 a $ 250,000.

Las unidades de pistón de gas de esta clase son el método más racional de suministro autónomo de electricidad a áreas residenciales y empresas de uso intensivo de energía. El límite establecido de horas de motor permite su uso de forma permanente, deteniéndose dos veces al año durante un día para su mantenimiento. Las centrales eléctricas están equipadas con unidades separadas para la preparación de combustible gaseoso y aparamenta interior para conmutación primaria..

Este equipo es completamente estacionario y, cuando se instala, requiere sitios o edificios especialmente equipados con una base de concreto preparada para compensar la vibración, los depósitos de combustible, los sistemas de extracción de gas y ventilación. Gracias a la regulación automática del suministro de combustible, el costo de la electricidad generada es significativamente menor que la red..

Complejos energéticos y mini-CHP

Si bien las centrales eléctricas a gas incluyen la posibilidad de operar en modo de cogeneración a partir de 100 kW de potencia eléctrica, la mayor eficiencia debe esperarse de los complejos de energía con un potencial de varios megavatios. Estas unidades son plantas de energía y calor combinadas en miniatura equipadas con calderas de agua caliente o vapor, o bombas de calor. Los sistemas de energía más avanzados enfocados en trabajos de ahorro de recursos utilizan simultáneamente varios niveles de eliminación de calor: una caldera de calor residual, un economizador y un circuito de eliminación de calor de bajo potencial..

Características principales:

1. Tipo de motor: 12 o más cilindros, con inyección de aire forzado, circuito de refrigeración de dos niveles e intercambiador de calor en el colector de escape.
2. Tipo de generador: generador sin escobillas trifásico asíncrono.
3. Potencia de salida: más de 1 MW.
4. Combustible: gas natural, biocombustible, propano-butano, gas de petróleo asociado.
5. Gestión: puesto operativo totalmente automatizado.
6. Potencia máxima de salida: 4-5 horas.

El diseño, fabricación e instalación de complejos energéticos se realiza de forma individual. La tarea de cada proyecto es la mayor armonización de las cargas térmicas y eléctricas de la instalación con la capacidad de producción del complejo. La construcción de centrales eléctricas se lleva a cabo, por regla general, llave en mano. Los principales consumidores son los complejos residenciales, las empresas que consumen mucha energía, los centros de datos y los campos de turnos. El costo de 1 kW de energía generada: no más de un rublo y medio.

Cogeneración a pequeña escala

Hace relativamente poco tiempo que comenzaron a aparecer en Rusia plantas mini-CHP que funcionan con combustibles gaseosos, pero sin embargo demostraron una excelente eficiencia. Hoy en día, más de 200 instalaciones operan en el territorio de la Federación de Rusia, la mayoría de las cuales se encuentran en regiones remotas. El principal argumento para instalar un mini-CHP en la instalación es el requisito de autonomía total o la imposibilidad de conectarse a las líneas principales de suministro eléctrico. En este caso, la cuestión de la viabilidad económica pasa a un segundo plano..

La ventaja de un mini-CHP es que la estación produce energía eléctrica, que es casi la mitad del costo de la red. La energía térmica es completamente gratuita en producción, por lo que su valor para el consumidor consiste exclusivamente en el costo de mantenimiento y transporte de los equipos en distancias cortas..

La perspectiva de utilizar plantas mini-CHP en todas partes es solo cuestión de tiempo. Entonces, durante la construcción de complejos residenciales de nueva generación, el problema de conectarse a fuentes centralizadas de calor y electricidad no vale la pena en absoluto. Dado que la calidad y el modo de suministro de estos recursos dejan mucho que desear, los nuevos edificios están equipados con sus propios sistemas de energía, de los que se benefician tanto los propietarios como sus usuarios..

La reconstrucción de líneas de servicios públicos para usar mini-CHP está asociada con una serie de dificultades. En primer lugar, esta es la cuestión de las inversiones de capital volumétricas. La reestructuración de la industria del suministro de energía para una pequeña empresa con una carga térmica y eléctrica de 2 MW le costará a la administración 20 millones de rublos. La segunda razón de la baja distribución es el problema de la falta de su propia red de comunicaciones de ingeniería: si se abandonan las fuentes centrales de suministro de energía y calor, la empresa tendrá que comprar toda la infraestructura existente o crear la suya propia. Solo es rentable si los recursos energéticos se venden a terceros consumidores..

Dispositivo de una sala de generadores para GGE

No será posible realizar los trabajos de instalación y puesta en marcha por nuestra cuenta, con todas las ganas, salvo que estemos hablando de generadores de baja potencia. Pero es muy posible preparar una habitación o un sitio para la instalación de una planta de energía: esto ayudará a ahorrar parcialmente en los costosos servicios de las organizaciones de instalación..

Colocación abierta. Al instalar una instalación con una potencia eléctrica superior a 500 kW, será necesario instalar una plataforma de hormigón equipada con medios pasivos de amortiguación de vibraciones. La principal ventaja de la ubicación abierta de la unidad de potencia es la eliminación eficiente del calor y la ausencia de sistemas de extracción de humo. Para aumentar la comodidad del personal de servicio, se construye un dosel sobre los paneles operativos y el bloque mecánico..

Instalación interior. La necesidad de un aislamiento completo de la central eléctrica depende del diseño climático del equipo. La habitación debe tener un sistema avanzado de suministro y ventilación de extracción y extinción de incendios. El sistema de extracción de humos está representado por extractores de humos emparejados con un cabezal común. Será necesario instalar una chimenea, cuyo rendimiento y altura se seleccionan de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del equipo. Los requisitos para edificios de centrales térmicas están regulados por SNiP II-58-75.

Conexión y operación

La planta de energía se alimenta desde un cilindro a través de un reductor especial, o por gas principal, cuya presión corresponde a los parámetros requeridos. Para conectarse a la red principal, la planta de energía debe registrarse como un aparato de gas adicional, que se realiza de acuerdo con el procedimiento estándar con la introducción de cambios en el proyecto de suministro de gas de la casa..

El generador de gas se conecta a la red eléctrica mediante un interruptor de dos posiciones, si la propia instalación no enciende la unidad ATS, o mediante un limitador de potencia, un disyuntor o un seccionador de línea con complejo RZAiT. Es muy útil organizar una unidad de medición interna para conexión directa o en transformadores de corriente en la línea del generador; esto ayudará a controlar el costo de la electricidad generada y rastrear rápidamente el consumo de combustible..

Durante el funcionamiento, es importante cumplir con el modo de funcionamiento prescrito, expresado en el número de horas de motor por día. Las centrales de más de 100 kW tienen un modo de funcionamiento continuo durante 361 días al año, las menos potentes pueden funcionar de 6 a 20 horas diarias. Durante la operación, casi todos los parámetros se monitorean automáticamente, en caso de un mal funcionamiento, el motor se detiene o el generador corta el suministro de voltaje. Los diagnósticos adicionales se llevan a cabo de acuerdo con el manual de instrucciones..

Mantenimiento y admisión

La mayoría de las plantas de pistón de gas con una capacidad de hasta 5 MW no requieren la presencia constante de personal operativo. La supervisión y el control de los parámetros se pueden establecer a través del enlace inalámbrico, pero la inspección periódica debe realizarse personalmente. El mantenimiento de la estación consiste en realizar reparaciones programadas por los especialistas de las empresas de servicios y mantener un nivel normal de aceite en el motor. Los términos del servicio de garantía no permiten la intervención independiente en el diseño de la estación. Todo lo que se requiere del propietario es detener el funcionamiento del generador durante una reparación programada o transportar una estación de baja potencia a un centro de servicio si es necesario.

Conclusión

La industria de producción local de electricidad y calor se considera con potencial de desarrollo a nivel mundial. Generar energía de esta manera es una contribución significativa al ahorro de las reservas mundiales de combustibles fósiles y dará tiempo suficiente para una transición completa a la producción de electricidad y calor a partir de fuentes renovables..

El principal problema del uso local de centrales eléctricas es el mantenimiento de la seguridad ambiental dentro de los límites del desarrollo urbano. Pero incluso este inconveniente es muy fácil de eliminar cuando se utilizan instalaciones que absorben los productos de la combustión del gas natural.

Para los ciudadanos comunes, las centrales eléctricas de gas brindan una excelente oportunidad para reducir el precio de la electricidad a casi la mitad y, si es necesario, utilizar calefacción centralizada casi gratuita..