Выработка электроэнергии газогенераторами природного газа

Некоторые хозяева загородной недвижимости пытаются организовать автономное отопление и электроснабжение своего жилья. Им на помощь могут придти газогенераторы для выработки электроэнергии на природном газе. В нашей статье опишем принцип работы такого устройства, ознакомимся с основными видами и некоторыми техническими характеристиками.

Как работает

Работа генератора заключается в преобразовании мощности потока воздуха, который образуется от сгорания рабочей смеси в электрическую энергию. Как известно, газовые генераторы могут работать и на дровах, но в нашем случае основным видом топлива считается природный газ. В состав самого простого механизма входят следующие элементы:

  • Основной компонент — турбина;
  • Компрессор для сжатия воздуха;
  • Камера сгорания.

Принцип действия установки следующий: после попадания воздуха в компрессор происходит его сжатие, после чего потоки кислорода транспортируются в камеру сгорания. На этом участке определённые дозы топлива попадают в потоки кислорода, происходит загорание смеси.

Обратите внимание! Горение газа происходит при одинаковых параметрах давления. В данном случае камера сгорания применяется для прогревания воздуха.

Устройство поршневого газогенератора на примере модели Green Power

Доведённый до высоких температур газ попадает в турбину, его потоки используются для вращения лопаток. Чуть больше половины вырабатываемой электроэнергии используются для работы компрессора, остальная часть служит для включения генератора. В состав одного рабочего цикла входит два изобарных процесса, которые происходят в выхлопной трубе и камере сгорания.

Принцип работы турбины следующий:

  • Сжатие воздуха в компрессоре до получения давления в одну атмосферу;
  • Увеличение температуры рабочей смеси в камере сгорания;
  • Расширение газов в турбине;
  • Освобождение отработанных газов через выхлопную трубу.

Поршневые

Компактный газогенератор

Самыми дешёвыми моделями считаются поршневые генераторы, работающие на газе. По внешнему виду такие установки напоминают бензиновые аналоги. Некоторые приборы могут работать как на бензине, так и на газе. У подобных приборов имеется дополнительный карбюратор и бензобак, что даёт возможность оператору заливать любой из указанных видов топлива для дальнейшего получения электроэнергии.

Поршневой газген состоит из газового редуктора, продуктивность которого выставлена производителем. Выходное отверстие этого приспособления имеет блокировку, что позволяет предотвратить утечку газа при внезапной остановке двигателя.

Обратите внимание! Основным достоинством поршневых газогенераторов считается возможность работы с разными видами топлива. Это может быть сжиженный баллонный газ или метан, который поступает в установку с центрального газопровода.

Следует также обратить внимание на минус использования пропана в качестве топлива в зимнее время года. Дело в том, что рассматриваемый газ плохо испаряется при отрицательных температурах, поэтому редуктор нужно подогревать. В газовых генераторах обычно используют водяное охлаждение вместо воздушного (в бензиновых двигателях). В этом случае горячая вода будет постоянно подогревать редуктор.

Турбинные

Газовый генератор может оборудоваться ещё одним видом двигателя – это турбина. Такое приспособление состоит из трёх основных деталей:

  • Компрессор или центробежный нагнетатель с огромным количеством лопаток. Основной задачей этого прибора считается подача сжатого воздуха в камеру сгорания;
  • Вторая часть газгена — камера сгорания, выполнена в виде полости. Здесь установлена форсунка для подачи топлива и свеча. Последний элемент в отличие от бензинового двигателя служит для запуска турбины, ведь процесс горения происходит в генераторе постоянно. При нестабильном горении, например, во время запуска турбины, процесс управления зажиганием берёт на себя термопара, которая вмонтирована в камеру сгорания;
  • В камере сгорания давление рабочей смеси возрастает в несколько раз. Далее поток газов направляется на лопасти турбины. Лопатки двигателя похожи на нагнетатель компрессора, но их изготавливают из жаропрочного материала. Под высоким давлением газа происходит вращение турбины и лопастей компрессора.

Турбинный газген

Достоинством газовой турбины по сравнению с поршневым генератором считается повышенная мощность и значительный срок службы оборудования. Если в поршневых двигателях рабочий цикл занимает только четверть времени, то в турбине крутящий момент присутствует всегда. Здесь происходят меньшие вибрации, но рассматриваемое оборудование изготавливают из дорогих комплектующих, что в конечном итоге увеличит стоимость прибора.

Себестоимость электроэнергии газогенератора

Многие покупатели перед приобретением газового генератора обращают внимание на срок окупаемости или себестоимость электроэнергии. По информации, полученной от производителей, стало ясно, что для вырабатывания киловатта электроэнергии потребуется примерно 0,3м3 природного газа. Если превратить эти цифры в стоимость энергоресурсов, то можно придти к следующему выводу. В нынешнем году киловатт электроэнергии в России стоит 3,5 рублей, куб газа – 6,5 рублей.

Установка газогенератора в помещении

Обратите внимание! Из простых подсчётов можно узнать, что один киловатт электроэнергии, полученной от газогенератора, обойдётся его владельцу в 2,1 рубля, что в полтора раза дешевле государственного тарифа. Эта небольшая разница пойдёт на покрытие стоимости прибора, он полностью окупится за 1…1,5 года эксплуатации.

Расход газа

Газовые генераторы считаются достаточно экономным оборудованием. В зависимости от модели на выработку одного киловатта электроэнергии уходит от 0,3 до 0,4м3 природного газа. Мощность таких установок колеблется от 2 до 300 киловатт в час, но для обеспечения загородного дома электроэнергией достаточно генератора с мощностью от 3 до 5 киловатт. Именно на такие модели обращает внимание большинство покупателей.

Цена

Вопрос стоимости актуален для многих потребителей, поэтому опишем технические характеристики некоторых популярных моделей газовых генераторов, особое внимание обратим на их стоимость.

Газогенератор KIPOR KNE5500Е

Газген Kipor KNE5500E – это малогабаритное энергооборудование с поршневым двигателем, который может выработать до 4,5 кВт электроэнергии в час. Топливо должно подаваться на рабочий агрегат под давлением не меньше 2кПа.

Здесь можно использовать баллонный газ и природный, который находится в центральном газопроводе. Средняя стоимость Kipor KNE5500E — 70000 рублей. Указанная установка используется в качестве автономного источника электроснабжения в тёплое время года.

Gazlux СС2500B — один из самых дешевых газогенераторов для выработки электроэнергии на природном газе

Вторая модель газового генератора Gazlux CC2500B считается одной из самых популярных на рынке. Стоит такое оборудование около 47 000 рублей, но его мощность ограничена 2,5 кВт, моторесурс не более 2019 часов беспрерывной работы. Установка может использоваться для работы отопительного насоса во время отключения электроэнергии. Устройство имеет воздушное охлаждение, поэтому используется в тёплое время года или при положительных температурах воздуха в помещении.

Ещё один газовый генератор китайского производства Gazlux CC5000D имеет достаточную мощность для обеспечения электроэнергией небольшого коттеджа или загородного дома. Эта установка оснащена звукоизолирующим материалом, её рекомендовано эксплуатировать внутри помещений. Стоит Gazlux CC5000D 95000 рублей.

Для бесперебойного снабжения электроэнергией в случае нестабильной работы магистральных электросетей или необходимости работы в автономном режиме служит газогенераторная установка для выработки электроэнергии на природном газе. У потребителя появляется выбор организовать подключённому оборудованию запасной вариант питания, обеспечив его функциональность.

Классификация оборудования

Аппараты могут применяться как на постоянной основе, так и в резерве. Изделия подразделяются по принципу работы (какой вид энергии вырабатывают):

  • стандартные — основная задача установки, выработка электроэнергии;
  • когенерационные — здесь у изделия двойная функция — это и обеспечение стабильности в сети, и выработка тепла;
  • тригенерационные — у этого типа газогенераторов обратная функция, в отличие от второго типа генерировать холод.

В первом случае тратится впустую тепловая энергия от выработанных газов, попадающих в атмосферу, такой способ эксплуатации оборудования не экономичен при дороговизне энергоресурсов.

У оборудования для выработки электричества двойного назначения отработанные газы проходят через теплообменник, в результате повышается температура находящейся в нём жидкости. В итоге появляется возможность подачи горячей воды и обогрева помещений в холодный период года.

Установки, в основе которых лежит обратный процесс, обеспечивают стабильной работой холодильное оборудование.

В зависимости от того какой установлен двигатель внутри механизма, газовый генератор электричества бывает двух видов:

  • поршневой;
  • турбинный.

У газопоршневого генератора мотор работает по типу двигателя внутреннего сгорания. Конечный продукт (электрический ток) попадает в точку питания через преобразователь, где он из постоянного преобразуется в переменный.

На устройстве предусмотрен газовый редуктор с заданными параметрами от производителя. Автоматическая система этого модуля не допустит утечку газа, при внезапном прекращении работы двигателя.

Главным плюсом поршневых газогенераторов для электричества является универсальность работы. В качестве ресурсов может быть сжиженный газ (пропан) в баллонах или метан, поступающий из сети центрального газораспределения.

При следующем типе установки, в компрессоре происходит нагнетание воздуха до необходимых параметров давления и подача его в камеру сгорания, где происходит горение смеси (воздух плюс топливный ресурс). Лопатки под действием струи горящего газа начинают вращаться, а уже задача генератора преобразовать кинетическую энергию вращательного движения турбины в электрический ток.

Основное преимущество газотурбинных аппаратов — это значительно больший срок эксплуатации, при этом устройство обеспечит потребителя более высокой мощностью. Турбинный принцип работы двигателя почти полностью нивелирует вибрацию, что снижает уровень шума. Хотя есть и минус: дорогие комплектующие увеличивают стоимость оборудования.

По частоте вращения ротора поршневые газогенераторы для выработки электроэнергии на природном газе и на сжиженном топливе делятся:

  • Синхронные.
  • Асинхронные.

Синхронные газогенераторы легче переносят пусковые перегрузки, и к потребителю подаётся более чистый ток.

Асинхронное устройство не воспринимает короткие замыкания, поэтому используется для питания сварочных аппаратов.

Процессы работы также вносят свои различия между типами газогенераторов. Установки бывают прямого назначения и обратного:

  • Прямой вид исполнения обусловлен использованием угольной или полукоксующей заправки и подачей в устройство природного газа.
  • Обратное исполнение характеризуется забором воздуха с боковой стороны при достаточно высокой скорости потока.

Устройство поршневого генератора

Это изделие является высокотехнологичным аппаратом, состоящим из множества узлов и деталей. Задача конструкции преобразовать механическую энергию в электрическую. Основные органы управления и узлы газогенератора:

Передняя панель:

  1. Пусковая кнопка;
  2. Счётчик моточасов;
  3. Тумблер нагрузки;
  4. Вольтметр;
  5. Зарядное устройство постоянного тока;
  6. Штуцер подсоединения газового шланга;
  7. Штекер-гнездо для подсоединения авторежима;
  8. Переключатель работы с природного на сжиженный газы;
  9. Кнопка режима автоматического включения установки (если тумблер будет поставлен на авторежим, газогенератор в ручном режиме не заработает);
  10. Розетка;
  11. Розетка для подключения большой нагрузки;
  12. Заземление.

Внутреннее устройство:

  1. Вентилятор на двигатель и генератор;
  2. Генератор;
  3. Двигатель внутреннего сгорания;
  4. Стартер;
  5. Электромагнитный клапан;
  6. Воздушный фильтр.

Преимущества газогенерирующей установки

Этот вид оборудования для выработки электричества может быть установлен как в быту, так и на промышленных объектах. Всё потому, что обладает многими положительными характеристиками:

  • Газогенераторные электростанции работают на максимальных пределах температурного диапазона — от -50 до +50 С. Установки не прихотливы при хранении и эксплуатации, поэтому не требуют специальных помещений. Обязательным лишь является заземление для газогенератора.
  • Долговременная стабильная работа обусловлена подключением к газовой магистрали с её неиссякаемым потоком ресурсов для аппарата по выработке электроэнергии. При возникновении форс-мажора всегда можно подключить к установке баллон со сжиженным газом. Такой весомый аргумент в пользу этого механизма является первостепенным, в отличие от устройств, работающих на твёрдых или жидких видах топлива, так как их работа закончится при полном израсходовании горючего.
  • Из-за чистоты потребляемого газа, нагар, который так вреден для механизмов и узлов устройства, не скапливается, поэтому поршни и цилиндры намного меньше подвержены испытаниям износостойкости. Просто специфика этого аппарата такова, что продукты сгорания почти не образуются после работы в камерах двигателя газогенераторной электростанции.
  • В странах, где очень ответственно подходят к защите окружающей среды не только в промышленном комплексе, но и на бытовом уровне, применяют генераторы для подачи электричества потребителям. А всё потому, что после сгорания природного топлива, в воздух почти не попадают вместе с выхлопами продукты реакции.

Выбор мощности для бытового назначения

Нужно приложить немало усилий, чтобы подобрать необходимую мощность для газогенератора бытового назначения. Главная задача при расчётах — это решить, сколько потребителей и какая будет мощность подключённого оборудования. Закономерно, для обеспечения электроэнергией всего дома, необходимо приобрести аппарат более высокой ценовой категории, а вот поддержка функционирования отдельных потребителей в доме сэкономит вам средства при покупке изделия с меньшими параметрами по мощности.

Количество энергии, развиваемое бытовым газогенератором, рассчитывается нехитрым суммированием всех подключённых приборов, работающих при помощи электричества. Пусковой ток учитывается при расчётах бытовой техники и холодильных устройств, поэтому начальную мощность необходимо увеличить в 2.5 раза. После учёта всех потребителей всю полученную сумму увеличить на двадцать процентов, чтобы избежать нехватки мощности в пиковые часы.

Такие математические действия очень важны, так как избыток запаса энергии у газогенератора уменьшит его моторесурс. При недостаточном обеспечении напряжением всех приборов,не только ухудшится качество их работы, вплоть до выхода из строя, но и уменьшится срок эксплуатации самого генератора электроэнергии.

Различия бытовых и промышленных аппаратов

Главное условие при закупке газовых электростанций для работы на промышленных объектах — это надёжность. Понятно, что поломка установки при производственных процессах — это трудозатраты на ремонт, потеря времени и возникновение аварийных ситуаций.

Стабильный рабочий процесс промышленных газогенераторов достигается не только удачными конструктивными решениями изделий и применением сверхнадёжных материалов, ведь на рынке много качественной продукции и бытового назначения. Высокая надёжность достигается путём строжайшего технического контроля и проверок на испытательных стендах оборудования для промышленного назначения.

Мощность промышленных газогенераторных установок находится в диапазоне от 8 до 200 кВт, а вот их бытовые аналоги не могут похвастаться такими показателями (10−15 кВт).

В основном газогенераторы для нужд промышленности изготовляются трёхфазными с напряжением 380 В, но маломощные установки производятся и в однофазном исполнении с напряжением 220 В. Газогенерирующая техника, которая применяется для дома, тоже представлена на рынке как однофазными, так и трёхфазными аппаратами. Отсюда следует вывод, что наличие последнего условия (трёх фаз) не означает наличие конструкции промышленного назначения.

Первостепенное отличие промышленных газогенераторов для выработки электричества от изделий бытового назначения — это почти нулевое несоответствие напряжения, частоты тока к их обусловленным параметрам и неизменность показателей в процессе работы. Это бытовые газогенераторы могут работать в широком диапазоне разброса заданных условий, а промышленные приборы крайне негативно переносят даже маленькую погрешность.

Газогенераторы для электричества на природном газе — это лучший способ обезопасить себя от перебоев в подаче электроэнергии не только для домашних, но и промышленных нужд.

Природный газ является одним из самых эффективных, чистых и быстроразвивающихся источников энергии в мире и может стать крупнейшим источником выработки электроэнергии в ближайшие десятилетия.

Благодаря своей экономичности и эффективности промышленный газогенератор, работающий на различных видах газа, все более популярен в качестве основного или резервного источника электроснабжения производственных площадок и жилых домов.

Промышленные модели газогенераторов

Преимущества генераторов, работающих на природном газе:

  1. Простота обслуживания и низкие затраты на текущую эксплуатацию. Интервал планового ТО газовых двигателей в 2 раза больше в сравнении с их бензиновыми и дизельными аналогами.
  2. На 30 % более длительный срок службы газового двигателя благодаря отсутствию коррозии при его работе. Алюминиевые корпуса 3-фазных генераторов практически «вечны».
  3. Низкий расход газа, в том числе за счет использования оптимизирующих электронных систем, а также низкий уровень шума энергоустановки, обычно не превышающий 70-80 дБ.
  4. Возможность работы с любым типом газа, доступность и низкая стоимость газового топлива, а также на 90 % меньшие выбросы в атмосферу в сравнении с дизельными и бензиновыми аналогами.

Учитывая эти преимущества, даже при повышенной стоимости промышленный газовый генератор обеспечивает правильный баланс между эффективностью и экологической безопасностью.

В промышленных газогенераторах для выработки электроэнергии на сжиженном или магистральном природном газе может применяться режим когенерации, помимо электроэнергии вырабатывающий тепло, что увеличивает выгоду применения энергоустановки.

Для питания газовых энергоустановок обычно используется:

  • магистральный природный газ;
  • баллонный сжиженный газ пропан-бутан;
  • другие виды газа, перечисленные в документации производителя энергоустановки;
  • попутный газ, при возможности его подключения (наиболее экономичное решение).

Промышленные газовые генераторы могут применяться на производственных и строительных площадках, для снабжения электроэнергией медицинских центров, а также крупных учреждений и объектов, имеющих круглосуточный режим работы.

Конструктивные особенности

Газопоршневый электрогенератор конструктивно представляет собой газовый двигатель внутреннего сгорания, состоящий из шатунно-поршневой группы, размещенной в цилиндрах и связанной с коленчатым валом.

При воспламенении в цилиндрах газовоздушной смеси от искры свечи зажигания энергия расширяющегося газа передается через движение поршневой группы на коленчатый вал, обеспечивая его возвратно-поступательное движение и вращение основного вала.

Основной вал газового двигателя связан через соединительную муфту с электрогенератором, состоящим из ротора с обмоткой и окружающего его статора. Вращение ротора генератора внутри статора обеспечивает выработку электроэнергии в обмотках ротора, которая, в свою очередь, передается через регулирующую автоматику потребителю.

Газовый двигатель обычно устанавливается на общей стальной раме вместе с генератором и аппаратурой управления электроустановкой.

Генераторы инверторного исполнения имеют двойной преобразователь, преобразующий вырабатываемый ими ток в постоянный, а затем снова в переменный, обеспечивая его требуемые выходные параметры.

Подача газа в генератор осуществляется через редуктор – узел, позволяющий устранить скачки в давлении газа, в особенности при его подаче из центральной магистрали.

Газотурбинная электростанция (генератор) – еще одно устройство, предназначенное для выработки электроэнергии с помощью газа.

Газовая турбина – это тепловой двигатель, использующий подающуюся под давлением смесь воздуха и газа в камеру сгорания, где она воспламеняется и давит на лопасти турбины, заставляя ее быстро вращаться. Вращающаяся турбина через вал приводит  в движение ротор электрогенератора, вырабатывающего электричество.

Генераторные установки этого типа выпускаются мощностью от 20 кВт до сотен мегаватт.

Ресурс газотурбинных генераторов до капитального ремонта составляет около 7 лет, а интервал ТО составляет в среднем около года, однако частота запусков газовых турбин обычно не превышает 300 пусков в год, что ограничивает их применение как резервных источников электроснабжения.

Варианты исполнения

Промышленный газогенератор обычно имеет 3-фазное выходное напряжение от 230 до 10500 вольт и мощность от 60 киловатт до нескольких мегаватт, оснащен водяным охлаждением и кожухом из алюминия.

Газовые энергоустановки выпускаются как в стационарном варианте, так и в мобильном — установлены на шасси для удобного перемещения.

Газогенераторы также могут монтироваться в специально подготовленные, укомплектованные контейнеры, которые обеспечивают их установку на открытых площадках в любую погоду с минимальными подготовительными работами, не требуя специальных разрешений на их эксплуатацию.

Если генератор используется исключительно как резервный источник электроснабжения, то он комплектуется блоком автоматического ввода резерва (АВР), отслеживающим питающие вводы электросети.

Автоматизация некоторых электростанций позволяет обойтись без человека при запуске и остановке двигателя и позволяет им работать в полностью автоматическом режиме.

Обзор моделей

Модель Мощность, кВт Надежность Шум, дБ Цель использования Цена, руб. Вес, кг Способ запуска Расход топлива Время автономной работы Число фаз Число розеток Сервис, мес Отзывы людей
Genese GC125 100 5/5 90 резервный, основной 1 600 000 1300 электрический метан —  40 м³/ч, пропан-бутан — 35 л/ч 3 36
Gazvolt Standard 88 KTB 21 80 5/5 76 основной 1 299 000 875 электрический, автоматический метан — 32 м³/ч, пропан-бутан — 28 л/ч 3 36
Амперос АГ 80-Т400 80 5/5 82 резервный 1 543 990 1700 электрический метан — 32 м³/ч, пропан-бутан — 28 л/ч 3 12
Genese GC150 в контейнере с АВР 120 5/5 68 резервный 2 123 472 3000 электрический, автоматический метан — 48 м³/ч, пропан-бутан — 42 л/ч 3 36
Genese GC100 с АВР 70 5/5 80 резервный, основной 1 606 140 1300 электрический, автоматический метан — 28 м³/ч, пропан-бутан — 24,5 л/ч 3 36
Gazvolt Standard 66 KT Dnepr 13 60 5/5 72 основной 1 270 000 1035 электрический, автоматический метан — 24 м³/ч, пропан-бутан — 21 л/ч 2 недели непрерывно 3 36
Genese GC150 в кожухе с АВР 120 5/5 76 резервный 2 065 572 1920 электрический, автоматический метан — 48 м³/ч, пропан-бутан — 42 л/ч 3 36
Амперос АГ 80-Т400 в кожухе с АВР 80 5/5 77 резервный 1 884 050 1700 электрический, автоматический метан — 32 м³/ч, пропан-бутан — 28 л/ч 3 12
Perkins CTM P370G 276 5/5 70 основной, резервный 14 212 625 5800 электрический 85  м³/ч 8 часов 3 24
Газотурбинная установка в контейнере MT250 с системой утилизации тепла 250 5/5 85 основной 10 500 000 5440 электрический 0,228 л/кВт·ч, при нагрузке 100 % — 90 м³/ч круглосуточно 3 12

Заключение

Промышленное производство электроэнергии призвано сокращать расходы потребителей за счет местной выработки электроэнергии и тепла, в частности, с помощью природного газа.

В этих условиях особенно важна надежность источников электроснабжения, так как в некоторых сферах промышленности теряющий мощность газовый электрогенератор может привести к значительным убыткам при нарушении непрерывного промышленного цикла.
Один такой генератор показан на видео

Промышленный газовый генератор сегодня – это экономичная и надежная автономная энергетическая установка, предназначенная для обеспечения постоянного, аварийного или резервного электроснабжения в любых условиях эксплуатации и в широком диапазоне мощностей.