Elektrárne na alternatívne palivo v Rusku

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

V posledných rokoch sa autonómne elektrárne s plynovými piestovými motormi stávajú čoraz obľúbenejšími v Rusku aj v zahraničí. Tieto jednotky sa ľahko udržiavajú a spotrebujú menej paliva ako tradičné dieselové jednotky. Okrem toho je na báze plynového piestového motora možné zostaviť kombinovanú stanicu, ktorá súčasne vyrába teplo a elektrinu.

O tom, ako sa plynová piestová jednotka líši od benzínového či naftového motora a či sa dá namontovať na bežné auto, sme sa porozprávali s vývojármi z Transmashholdingu, generálneho partnera festivalu Polytech 360. Na naše otázky odpovedali Alexander Terekhin, vedúci oddelenia vývoja dieselových motorov v Transmashholding as, a Igor Ovchinnikov, projektový manažér pre vývoj dieselových motorov v Transmashholding as.

Plynové piestové motory sú v podstate konvenčné spaľovacie motory, ktoré na prevádzku využívajú plyn. Prvé takéto inštalácie sa objavili na konci 19. storočia a používali sa najmä v továrňach na pohon rôznych výrobných zariadení. Neskôr ich nahradili najmä elektromotory. V doprave sa tiež veľmi nepoužívajú. V posledných rokoch však popularita plynových piestových motorov začala rásť. Dôvodov je viacero, no hlavným je rast cien kvapalných uhľovodíkových palív (benzín, nafta). Dnes sa plynové piestové motory používajú v elektrocentrálach, generátoroch tepla, čerpadlách, kompresoroch a chladiacich jednotkách.

N + 1: V ktorých prevádzkach sa používajú plynové piestové motory a prečo?

Plynové piestové motory sa používajú v elektrárňach takmer všetkých aplikácií: stacionárne motorgenerátory a elektrárne, lokomotívy, automobily, dopravné a technologické (pre traktory, zariadenia lomov) a iné.

Zásoby zemného plynu u nás a vo svete výrazne prevyšujú zásoby kvapalných uhľovodíkových palív všetkých druhov. Prirodzene, cena plynového paliva je výrazne nižšia ako cena kvapalného uhľovodíkového paliva. U nás bude tento druh paliva môcť využívať mnoho generácií.

Na čom takéto motory fungujú?

Používajú dva druhy plynového paliva. Po prvé je to zemný plyn (obsahuje väčšinu metánu), ktorý spaľujeme najmä v našich kuchyniach. A po druhé, ropný plyn získaný z rafinácie ropy (obsahuje väčšinu propánu a butánu). Práve ten v skvapalnenom stave sa väčšinou používa ako motorové palivo pre autá alebo vo fľašiach na plynové chaty.

Väčšina priemyselných motorov, motorov nákladných áut a autobusov používa prírodný stlačený alebo skvapalnený plyn. Nedávno sa objavili návrhy na prestavbu osobných áut na zemný plyn.

Ako sa takýto motor líši od spaľovacieho motora?

Plynový piestový motor je rovnaký spaľovací motor, ale s niektorými konštrukčnými prvkami súvisiacimi s použitím iného typu paliva.

V prvom rade je potrebné na finálny produkt (vozidlo, dieselová lokomotíva a pod.) namontovať zásobník plynu a plynové zariadenie na zmenu parametrov plynu (tlak, teplota) a jeho dodávanie do motora.

Zmeny v samotnom motore možno rozdeliť na dve časti. Tie, ktoré patria do prvého z nich, sú konštruktívneho charakteru a týkajú sa zmien kompresného pomeru, konštrukcie častí skupiny valec-piest, nastavenia prívodu vzduchu a turbodúchadla a ďalších prvkov. Tieto sú spojené s vybavením motora zariadeniami na privádzanie plynu do sacieho potrubia alebo spaľovacej komory.

Je možné namontovať plynový piestový motor na bežné auto?

Môcť. Mnohí sa nasadzujú a jazdia s úspechom. Takéto riešenia sa používajú v automobiloch, traktoroch, lokomotívach, malých komerčných lodiach a iných vozidlách.

Transmashholding a plynové motory

V roku 2013 bola v závode Transmashholding v Brjansku vyrobená posunovacia dieselová lokomotíva TEM19. Ide o prvú dieselovú lokomotívu na svete, ktorej piestový motor poháňa zemný plyn, ktorého autonómna zásoba je uložená v kvapalnej forme v kryogénnom kontajneri.

V súčasnosti TMH začala s projektom vytvorenia novej plynovej posunovacej dieselovej lokomotívy TEM29 so zvýšeným výkonom. Jeho dizajn bude založený na princípe modulárnosti hlavného zariadenia. Je zameraná na znižovanie nákladov na zdroje vynaložené na vykonávanie údržby a opráv počas prevádzky z dôvodu použitia agregovaných opráv.

TMH vo svojom podniku v Kolomnej realizuje množstvo projektov s využitím alternatívnych palív, zvláda výrobu zásadne nového typu produktu - plynových motorov určených na výrobu elektriny a tepla v elektrárňach pre základné, záložné a núdzové účely.

V súčasnosti je v závode Kolomna vo výstavbe plynový motor-generátor 9GMG pre posunovaciu dieselovú lokomotívu TEM29.

Motory vytvorené v závode TMH Kolomna budú ako hlavné palivo využívať motorovú naftu, prírodné palivo alebo pridružený ropný plyn, ako aj ropu vo výkonovom rozsahu od 1000 do 3500 kilowattov.

TMH má tiež v úmysle vyvíjať plynové modifikácie nových dieselových motorov vytvorených počas implementácie podprogramu vývoja dieselových motorov federálneho cieľového programu „Národná technologická základňa“.

Prečo sa tieto motory nepoužívajú univerzálne?

Historicky sa stalo, že rôzne druhy kvapalných uhľovodíkových palív sa používajú najmä ako motorové palivo. Je pre nich vytvorená široká infraštruktúra. V súlade s tým, aby sa rozšírilo využitie plynu, je potrebné rozšíriť infraštruktúru spojenú s jeho dodávkou na miesto tankovania a v konečnom dôsledku aj na miesto spaľovania. V súčasnosti sa o to aktívne usiluje.

V súčasnosti je najperspektívnejším pre prevádzku lokomotív poháňaných plynovým motorom neelektrifikovaný severný rozsah Sverdlovskej železnice. Tento región má všetky potrebné podmienky: plochý profil, veľké objemy nákladu, dostupnosť lacného zemného plynu, ako aj výrobné zariadenia, na základe ktorých je možné spustiť výrobu skvapalneného zemného plynu.

Vo všeobecnosti má dnes využitie plynu ako motorového paliva vo všetkých druhoch dopravy a vytvorenie domácej prepravy plynu a stacionárnych zariadení veľký význam pre obnovu vozového parku, ktorý musí spĺňať medzinárodné bezpečnostné, ekologické a spoľahlivé normy.

Prečo sa často používajú v malých elektrárňach?

Je to ziskové a ekonomické. Spotreba paliva a prevádzkové náklady sú pre vlastníka elektrárne dôležitými otázkami. Jednotka s plynovým piestom má špecifickú spotrebu paliva na kilowatt za hodinu vyrobenú v akomkoľvek režime zaťaženia menšiu ako jednotka s plynovou turbínou. Je to spôsobené tým, že účinnosť piestových strojov je 36-45 percent, kým pri turbínach je to len 25-34 percent.

Hlavnou výhodou plynových piestových motorov oproti dieselovým motorom je lacnejšie palivo. Aj keď sa ako rezervné palivo používa plynná zmes propán-bután, náklady na jednotku elektrickej energie vyrobenej v zariadení s plynovými piestami sú 1, 3-krát nižšie ako v prípade dieselového zariadenia.

Prevádzka a údržba jednotky s plynovým piestom si na rozdiel od jednotky s plynovou turbínou nevyžaduje vysokokvalifikovaný technický personál. Bežná údržba, stredné a generálne opravy plynového piestového motora sa môžu vykonávať na mieste prevádzky bez premiestnenia jednotky na miesto výrobcu alebo špecializovaného podniku.

Aký je dôvod rastúcej popularity plynových piestových jednotiek v posledných rokoch, napriek tomu, že samotná technológia existuje už dlho?

Analýza spotrebiteľského trhu s elektrickou a tepelnou energiou odhalila, že asi 30 percent spotrebiteľov nepotrebuje desiatky a stovky megawattov energie, a teda povinné centralizované napájanie, ktorého celkové straty pri preprave cez siete k spotrebiteľovi sú až 25-30 percent.

Používatelia navyše nie sú spokojní s vysokými nákladmi na pripojenie k centralizovaným sieťam a vo všeobecnosti viedla liberalizácia energetického trhu v Rusku ku kríze v prevádzke veľkých centralizovaných systémov zásobovania energiou.

Technológie plynových piestov sú vhodné pre malosériovú výrobu elektriny, veľmi efektívne implementujú koncept „ekonomickej“výroby elektriny s minimálnymi stratami vyrobeného tepla a elektriny. Lokálne autonómne decentralizované zdroje kombinovanej výroby elektriny a tepla na báze plynových piestových elektrární majú vysokú účinnosť, sú úplne nezávislé od regionálnych energetických sietí, a teda z rastu taríf spoľahlivé, nevyžadujú náklady na výstavbu zásobovania. a distribučných sietí.

Plynové piestové motory je možné kombinovať do série. Aký je prínos takejto konsolidácie v porovnaní s oddeleným používaním zariadení?

Do „batérií“sa dajú kombinovať nielen plynopiestové motory, ale aj naftové. Všetko závisí od vlastností a požiadaviek stacionárnej elektrárne. Najmä veľmi často je možné jednotlivé moduly dopraviť na miesto inštalácie a prevádzky iba vrtuľníkom. Existujú však špeciálne elektrárne, ktorých hlavnou požiadavkou je maximálny možný výkon v jednej jednotke.