Дизелови и газови електрогенератори

ЕлектроенергетикаСп. Енерджи ревю - брой 5, 2020 • 01.09.2020

Изборът на електрогенератор на първо място трябва да се основава на конкретното предназначение, за което генераторът ще се използва. Дали уредбата ще се включва само при необходимост в случай на прекъсване на основното електрозахранване, дали ще функционира временно за известни интервали и ще изпълнява роля на резервно захранване или се планира да бъде основен източник на енергия – на пазара се предлагат различни конфигурации, които потребителят трябва добре да обмисли и да оцени възможностите, които всяка от тях би му осигурила, за да реши коя най-комплексно ще отговори на нуждите му.

Фактори при избора на генератор

Съответствието между функционалните параметри на генератора и нуждите и условията на ползване са от съществено значение за безпроблемната работа. Важно е да се вземе предвид капацитетът на производителност и каква е максималната изходна мощност на уредбата, местоположението, където генераторът ще работи, условията на климатизация и възможността за обслужване. Следващата стъпка в избора е да се вземат под внимание детайли като устройства за безопасност, дисплеи, улеснена поддръжка, интерфейс и управление и, разбира се, цената.

Всички тези характеристики до голяма степен допринасят за сформиране на решението за покупка на генератор. Те са важни за цялостния план на електроосигуряване на дадено съоръжение или сграда. Почти във всички случаи обаче един от основните критерии за избор на агрегат за производство на енергия е видът гориво, необходимо за захранване на генериращия двигател. Обосноваването на избора на генератор на лично предпочитание или предубеждение към даден вид гориво може да бъде подвеждащо. В последните години напредъкът в генераторните технологии коренно е изменил преимуществата и недостатъците, валидни преди десетилетия, което дава основателен повод за преразглеждане вариантите с оглед взимане на информирано решение.

Електрическият генератор се състои от два основни компонента – генериращ блок, който произвежда и провежда електричество на принципа на електромагнетизма, и двигател, който завърта ротора. С малки изключения двигателите работят със система за вътрешно горене, захранвана с изкопаеми горива. Наред с други техни характеристики дизеловите и газовите генератори се разграничават според пригодността за дадено приложение, емисиите, първоначалното вложение и в съответствие с това се оценява тяхната добавена стойност.

В конструктивно отношение тези два типа генератори имат много сходства и могат да обслужват едни и същи типове приложения, също така могат да се използват в режим на непрекъсната работа или като аварийна захранваща система. Всъщност основните разлики между електрогенераторите с газ и с дизел са свързани с характеристиките на самите горива.

 

Генератори с природен газ

Газовите генератори са широко използвано и ефективно средство за генериране на електроенергия. Природният газ може да се използва за гориво както на аварийни, така и на преносими генератори и е едно от най-ефективните и бюджетни горива сред невъзобновяемите източници на енергия. Добивът на природен газ е сходен със способите за добив на петрол. Течната форма се транспортира до различни производства, където се преобразува в газообразно състояние, след което газът достига до потребителите по газопроводи, което прави газовите генератори предпочитан вариант в газоснабдените градове.

Най-същественото предимство на използването на природен газ като гориво за генератори е това, че в сравнение с другите невъзобновяеми източници природният газ е по-чисто и по-евтино гориво. Освен това газовите генератори постигат изключително висока ефективност. В сравнение с петролните горива и въглищата емисиите на серни, азотни и въглеродни оксиди (парникови газове) при газовите генератори са много по-ниски. Те не отделят задушливи газове за разлика от дизеловите генератори, което прави изгарянето на природен газ една от най-чистите алтернативи сред изкопаемите горива, която ефективно намалява разходите за електричество при битови приложения. Удобството при директното снабдяване играе решаваща роля за избора на газов генератор в населените места с развита газопреносна мрежа.

Благодарение на лесната достъпност проблемът със съхранението и предвиждането на количествени запаси отпада.

Едно от предимствата може същевременно да се разглежда и като недостатък. Тъй като при газовите генератори се разчита на постоянно снабдяване чрез газопроводи, в случаи на природни бедствия и аварии доставката на природен газ може да бъде прекъсната в момент, в който резервното захранване би било най-необходимо. Освен това природният газ представлява сериозна опасност от взрив. Макар горивото да е по-екологично и по-достъпно, разходите за поддръжка на газов генератор в общия случай биха надхвърлили тези за дизелов генератор от сходен клас.

 

Дизелови генератори

Дизеловите генератори са изключително подходящ източник на електрозахранване на отдалечени места, до които няма изградена електроразпределителна мрежа, като аварийно захранване в случай на прекъсване на основното такова, а също и при специфични нужди, като например в корабоплаването като източник на електроенергия и тяга. Изключително често дизеловите генератори играят роля на резервен източник на захранване при аварии и прекъсвания. Те могат да бъдат монофазни и трифазни и да се използват не само за големи съоръжения, но също и за електроснабдяване на жилищни и функционални сгради.

При постоянно нарастващото търсене и намаляващи ресурси необходимостта от гориво, което е едновременно и икономически, и енергийно ефективно, прави дизеловите генератори високо ценен вариант. Въпреки че цената на дизела е по-висока от тази на газа, той, от друга страна, има по-висока енергийна плътност (количеството енергия, съдържащо се в единица обем). С други думи, макар потребителят да заплаща по-висока цена за дизелово гориво, ще произведе повече енергия, отколкото би генерирал, ако закупи същия обем газ. Следователно производителността на горивото е предимство в полза на дизеловите генератори.

Макар дизеловите двигатели да са много по-здрави и устойчиви на амортизация в сравнение с капризните двигателни и контролни системи в газовите генератори (животът на газовия двигател е много по-кратък от този на дизеловия), по-старите и неусъвършенствани дизелови модели са източник на високи нива на шум. В съвременните уредби този проблем е решен чрез внедряване на шумозаглушители в дизайна на машината. От друга страна, като по-трудно възпламеним дизелът е много по-пожаробезопасен избор в сравнение с природния газ. В зависимост от нужната конфигурация е възможно за закупуването на дизелов генератор да се наложи много по-голямо първоначално вложение, което впоследствие ще се оправдае предвид по-ниските разходи за поддръжка, устойчивостта и дългия експлоатационен живот. Друг недостатък е, че често дизеловите генератори са с големи размери и са съставени от масивни и тежки компоненти, което изисква допълнителни ресурси при монтажа и преместването на агрегата.

 

Изравняване на силите на конкуриращите се технологии

Много производители въвеждат и развиват новости в компонентите, двигателните технологии и материалите, което налага преразглеждане на традиционните концепции за преимуществата и недостатъците на двата типа агрегати. Благодарение на развитието в задвижването, нови изчисления на горивните камери на двигателите, конструкцията и компонентите на агрегатите, някои от тези конвенционално приети различия между дизелови и газови генератори вече не са толкова категорични. Например по отношение на пускова скорост, мощност и дълъг експлоатационен живот на пазара вече се предлагат и газови алтернативи, които равностойно съперничат на дизеловите генератори. Освен че природният газ продължава да превъзхожда дизела по екологични показатели, производителите на индустриални газови двигатели с искрово запалване вече са оптимизирали прехода на оборотите така, че да постигнат скорост на пуск близка до тази на дизеловите. В производство са генератори с природен газ, които могат да отговарят на изискването за стартиране до 10 секунди при системите за аварийно захранване, на което доскоро отговаряха единствено дизеловите устройства. Използването на зъбни предавки в задвижването или двуполюсни алтернатори (за разлика от конвенционалните четириполюсни алтернатори) също увеличава общата производителност и мощност на двигателите с природен газ. Производителите влагат все по-здрави и по-издръжливи части на двигателя, като закалени клапани, за да повишат надеждността.

По отношение на енергийната плътност дизелът притежава почти три пъти по-висок коефициент на пикова плътност на енергията от природния газ – 129 btu спрямо 37 btu. Дори и при тази характеристика има смекчаващи фактори, които могат да наклонят везните в полза на природния газ. Плътността се повлиява както от конструкцията на двигателя, така и от условията на горивото. Дизеловите двигатели работят най-добре при условия на натоварване 50-70% от капацитета си, като се препоръчва натоварването да не надхвърля 80%, за да работи при оптимална производителност и дълготрайност. Продължителната работа с по-малко натоварване води до непълноценно изгаряне на горивото и образуване на сажди, които излизат през изпускателната система. В тези случаи изборът на газов генератор е по-добрата алтернатива. Природният газ произвежда повече топлина, изгарянето е по-пълноценно и вероятността за недоизгаряне и загуба на енергия е много по-малка, дори ако работят при по-малко натоварване от оптималното.

По показател средна продължителност на експлоатационния живот дизеловите двигатели все още запазват превес. Въпреки това се правят много нововъведения и подобрения на компонентите, които не само повишават работните възможности на двигателите с природен газ, но увеличават и издръжливостта на двигателя.

Изискванията на потребителите, които планират да поддържат генераторите си във върхово работно състояние за продължителен период, все пак биха били удовлетворени в по-висока степен от работните показатели на дизеловия двигател, при условие че не се допускат споменатите погрешни практики, които биха понижили производителността и съкратили живота на двигателя. За случаи, в които генераторът се използва само за аварийно (резервно) захранване, двигател с природен газ може да осигури почти същия ефективен живот предвид спорадичността на експлоатацията му, но трябва да се вземе предвид съображението, че при една действителна аварийна ситуация може да възникне прекъсване на газоснабдяването.

 

Предимства на дизеловия двигател

От друга страна, подобренията в системите на дизеловите двигатели, като например конструирането им с все по-издръжливи компоненти (закалените клапани) и преизчисляването на горивните камери, не спират да повишават ефективността и производителността на конкурентните генератори. Капацитетът за адаптиране и подобряване при тях е ключова причина дизеловите агрегати да продължават да бъдат широко предпочитано решение и в бъдеще. Може би едно от най-значимите съвременни постижения в развитието на дизеловите двигатели е подобрената консумация на гориво. По тази причина дизеловите двигатели продължават да намират солидна потребителска подкрепа в различни индустриални браншове особено в тези, които се нуждаят от икономия на гориво за транспортиране на големи товари, резервно захранване и мащабни селскостопански дейности.

През последните няколко десетилетия опитите за подобряване на цялостната ефективност на дизеловия двигател пожъна значителни успехи, като бяха въведени модификации на системата за запалване и подобрения на производителността чрез комбиниране на гориво с кислород. При тези двигатели се постига много висока скорост на пуска, без да е необходимо да се използват запалителни свещи, тъй като процесът на запалване се извършва директно с постъпването на кислород в горивната камера. Кислородът се компресира и нагрява до температура 550°C. Горивото се впръсква в горивната камера чрез преход през предварителна камера и с постъпването се запалва мигновено поради високата температура, разширявайки въздуха в камерата и задвижвайки буталата. Малки количества гориво се отделят в предварителната камера, за да се поддържа двигателят работещ. Колкото по-равномерно се разпределят тези количества, толкова по-голяма икономия на гориво се реализира, а общата ефективност на двигателя е по-висока.

Предкамерата и горивната камера са претърпели редица промени в търсене на оптималната геометрия, която да осигури максимална мощност. В резултат на това се стига до внедряването на турбокомпресора. Последва надграждане на системите чрез въвеждане на цифров интерфейс. Дигиталното управление осигурява повече прецизност на интервалите на впръскване на гориво, което намалява емисиите на отработени газове. Технологични постижения, като селективната каталитична редукция (Selective Catalytic Reduction – SCR), намаляват азотните оксиди в изпускателната система с до 80%. Чрез тази система парниковият газ се разпада до безвреден азот и водна пара. Рециркулацията на отработените газове (Exhaust Gas Recirculation – EGR) е друга иновация, която връща отработените газове във всмукателния колектор. Технологията използва разликата в налягането на всмуквания въздух и изходящите газове и по този начин значително редуцира емисиите от двигателя.

Наред с гореспоменатите постижения в технологията на дизеловите двигатели съществен напредък отбелязват системите, проектирани за директно впръскване на гориво като Common Rail Fuel. Този усъвършенстван метод на впръскване пренася дизела от резервоара за гориво към различните клапани, като същевременно поддържа най-високото налягане, подходящо за хомогенизиране на дизеловото гориво и кислорода. Този процес позволява по-добър контрол, по-голяма мощност и по-малко емисии.

Конкуренцията на различните разработки в сферата на генераторните уредби и вниманието, насочено към постигане на по-добри показатели за еколосъобразност, производителност и икономичност, поддържат надпреварата за оптимизация между газовите и дизеловите технологиите. От друга страна, това съревнование е довело и до алтернативи, обединяващи различните концепции, като например хибридните системи, в които запалването се осъществява чрез бензин, а след като двигателят заработи, плавно се преминава към подаване на стабилен приток на природен газ.


Top