Производство тепла энергетическими установками на базе дизельных и газопоршневых двигателей.

Энергетические установки на базе поршневых двигателей, работающих на природном газе или пропане являются на сегодня одними из наиболее эффективных инструментов для выработки электрической энергии, позволяющих попутно утилизировать и использовать тепло, выделяемое в двигателе внутреннего сгорания. Коэффициент использования теплотворной способности газа на этих установках достигает 75 – 94%, а максимальное приближение их к объектам потребления выработанной энергии позволяет избежать потерь на транспортировке, что еще более повышает эффективность таких установок.

Обычно принимается следующее распределение энергии сгорания газа, [26]:

33-45% преобразуется в механическую работу (а затем в электроэнергию)

до 39% отводится системой охлаждения двигателя.

Основные источники тепла в дизельном двигателе:

- тепло уходящих газов;

- тепло, отводимое в контуре охлаждения цилиндров двигателя;

- тепло, отводимое при охлаждении масла

- тепло, отводимое от корпуса двигателя.

30% уходит с выхлопными газами

5-10% теряется в виде теплового излучения

Рисунок иллюстрирует возможную схему использования тепла энергетической установки на базе поршневого двигателя, работающего на природном газе или пропане.

Рисунок 3.9. Схема примера использования тепла энергетической установки на базе поршневого двигателя.

Тепло в контуре охлаждения цилиндров двигателя используется для нагрева сетевой воды в обычном для этих целей диапазоне температур; высокопотенциальное тепло уходящих газов может служить для генерации технологического пара (насыщенного и перегретого). Обычно, давление пара определяется потребностями производства и составляет 7-20 атм., однако, известны установки, где в теплообменниках поршневого двигателя генерируется пар до 70 атм. На рисунках сопоставлена диаграмма теплового баланса газопоршневого двигателя и газопоршневого двигателя с полной утилизацией теплоты, [26].

Рисунок 3.10. Полный тепловой баланс двигателя без утилизации тепла

Рисунок 3.11. Полный тепловой баланс двигателя с максимальной утилизацией тепла

В настоящее время на мировом рынке представлено более 40 крупных компаний, занимающихся производством дизельных и газопоршневых двигателей. В таблице представлены самые известные и надежные из них.

Таблица 3.3. Энергетические установки и поршневые двигатели, работающие на газовом топливе, представленные на мировом и Российском рынках (м – выпуск преимущественно двигателей малой мощности, ср – выпуск преимущественно двигателей средней мощности), [26].

В качестве энергетической установки для энергообеспечения тепличного комплекса имеет смысл рассмотреть газопоршневые энергетические установки фирмы «Звезда – Энергетика», которые выпускаются в Санкт-Петербурге на базе двигателей Cummins. Станции представляют собой электрические агрегаты полной готовности и предназначены для использования в качестве основного, резервного или аварийного источника энергоснабжения различных объектов: населенные пункты в районах децентрализованного электроснабжения, жилые комплексы, гостиницы, больницы, нефте- и газоперерабатывающие предприятия, агропромышленные предприятия, заводы, транспортные узлы и т.д. При использовании в составе блочных электростанций, включающих несколько контейнерных энергетических модулей, обеспечивается высокая надежность работы в параллель с другими агрегатами или с сетью. Благодаря использованию природного газа имеет отличные экологические показатели, обеспечивающие преимущество при работе агрегата в населенной местности. Возможна также работа на тяжелых углеродных пропан-бутановых смесях и даже на попутном газе. Газопоршневые двигатели Cummins создавались для работы на газовом топливе без дополнительного, запального жидкого топлива, что позволяет изготавливать электростанции с одной газовой топливной системой. Таким образом, отпадает необходимость в комплектации двигателя двойными топливными системами, оснащенными насосами высокого давления, топливной рампой, форсунками высокого давления и т.д. Двигатели Cummins QSV и QSK характеризуются низким потреблением топлива и масла. Газопоршневые электростанции могут быть выполнены в низковольтном (0, 4 КВ) или высоковольтном (6, 3 и 10 КВ) исполнении с использованием соответствующих типов генераторов или трансформаторных подстанций. Газогенераторы «Cummins» комплектуются панелями автоматического управления РСС или РССР. Данные ЭБУ позволяют осуществлять автоматическую работу электростанции, в том числе параллельно с сетью или другими агрегатами. По требованию заказчика газопоршневые электростанции изготавливаются в когенерационном исполнении с использованием водо-водяного теплообменника, масляного теплообменника и котла-утилизатора выхлопных газов. Модульное исполнение энергоблока подразумевает размещение ДГУ в контейнере стандартных транспортных габаритов. Стенки контейнера могут быть утеплены в соответствии с условиями эксплуатации. Некоторые модели подразумевают размещение отсека оператора в контейнере. В качестве фундамента для установки блочно-модульной электростанции зачастую требуется лишь ровная площадка, что позволяет значительно сократить сроки на ее строительство. Каждый энергоблок оснащен надежной системой автоматического пожаротушения. Газопоршневая электростанция может быть установлена в закрытом помещении (в цеху, подвале или на крыше) или в специально построенном здании. «Звезда – Энергетика» осуществляет строительство стационарных электростанций под ключ, [26]. В список организаций, осуществляющих проектные работы с данной фирмой, входят такие организации, как ВНИПИЭТ, Гипроспецгаз, Гипротюменьнефтегаз, ВНИПИ Газдобыча (Саратов), ВНИПИ Газдобыча (Новосибирск), ПСС «Уренгойгазпром», Гипрогазцентр (Нижний Новгород), Тюмень НИИ гипрогаз, ОАО «НОТЭП» и другие, [26].