Выбор между газотурбинными и газопоршневыми электростанциями
Для автономного электроснабжения объектов используются электрогенераторы, приводимые в действие дизельными, газотурбинными и газопоршневыми силовыми установками. При этом для обеспечения питания мощных потребителей лучше всего подходят только два последних варианта, тогда как дизель-генераторы в большей степени занимают нишу там, где требуется высокая мобильность при малой или средней мощности.
Сложилось мнение, что в выборе между газопоршневым и газотурбинными электрогенератором предпочтение следует отдавать первому, поскольку он более удобен в эксплуатации, обладает меньшими эксплуатационными расходами. На самом деле ситуация не столь однозначна, поскольку выбор основывается на расходе топлива, режимах работы, расчетном сроке окупаемости, влиянии на мощность окружающей среды и т.п..
Газопоршневая электростанция в эксплуатации значительно дешевле сравнительно с газотурбинной? Неверное мнение, которое основывается на опыте использования устаревших типов станций.
Сейчас используются специальные промышленные турбины, и производители акцентируют внимание на том, что это оборудование в первую очередь оптимизировано для продолжительных включений, что наглядно иллюстрирует их возросший ресурс.
Немаловажно и то, что газотурбинные станции способны полноценно работать при минимальных электронагрузках всего в 3-5%, тогда как газопоршневым агрегатам требуется электрическая нагрузка не менее 40% от номинальной мощности. То есть, первые получаются более эффективными в качестве вспомогательных источников электроэнергии.
Стоимость капитального ремонта газопоршневой ЭС нередко доходит до 70% от ее первоначальной стоимости, порой превышает 90%./671195.jpeg)
Соотношение мощности и температуры окружающей среды
Это критерий, который чрезвычайно важно учитывать, ведь он может оказывать существенное влияние на производительность установки, как текущую, так и среднегодовую.
По действующим стандартам номинальная мощность газотурбинной электростанции измеряется при температуре +15°C. Исходя из этого нужно учитывать, что ее продуктивность значительно падает при существенном повышении, но также существенно возрастает при понижении температуры окружающей среды. Газопоршневые установки такого недостатка лишены и работают более-менее равномерно во всех температурных режимах. Но они подвержены другой проблеме – затрудненному запуску в холодное время года.
Расход топлива
КПД поршневого двигателя может достигать 43%, турбины – 39%, причем расход топлива у ДВС несущественно, но все же ниже. То есть, при эксплуатации под максимальными нагрузками газопоршневые системы выглядят несколько предпочтительнее за счет снижения текущих эксплуатационных расходах. Если говорить о работе на сниженной мощности, то аналогичное преимущество сохраняется при ее падении примерно до 50% от номинального паспортного значения. Дальше необходимо уже дополнительно учитывать усиленный износ поршневой группы установки, ускоряющий наступление дорогостоящего капитального ремонта. То есть, в низких режимах турбинные станции становятся более предпочтительными.
Двухтопливные установки
Преимущества использования на выбор сразу двух видов топлива очевидны. Это и возможность обеспечивать более рациональную по расходу эксплуатацию в разных режимах, и обеспечение бесперебойности, увеличение автономности, и многое другое.
Почему-то даже в профессиональной среде многие считают, что двухтопливными бывают только газопоршневые автономные электростанции. Но это неверно, ведь сейчас есть достаточно много газотурбинных систем, также способных работать на дизельном топливе.
Частота пусков
По этому критерию явное преимущество у газопоршневых агрегатов, поскольку ограничения на частоту и продолжительность запусков здесь не устанавливают. Частые кратковременные включения не оказывают негативного влияния на моторесурс. В силу конструкции и особенностей привода газотурбинные установки больше подходят для продолжительных запусков. Связано это в первую очередь с резким изменением рабочей температуры, и частые перепады оказывают негативное влияние на конструкцию. Тем не менее, производители в большинстве гарантируют минимум 300 запусков в год без ущерба для рабочего ресурса оборудования.
Что касается наработки до первого капитального ремонта, то у поршневых моторов он обычно составляет не менее 40 000 моточасов.
Турбины в среднем работают столько же. Но у них предположенные и более ранние сервисные работы – промежуточные текущие ремонты, преимущественно связанные с заменой расходников.
Краткие выводы
Газопоршневые электростанции, как более дорогостоящие в эксплуатации и обладающие большими ограничениями по режимам работы, наиболее рационально использовать в качестве резервных, а также аварийных источников питания, способных быстро дать максимальную мощность и удерживать ее в течение определенного времени.
Газотурбинные системы используются для продолжительного электроснабжения в непрерывном режиме, поскольку современные модели как раз оптимизированы для включений на срок от 12 часов. Также они лучше подходят для вспомогательного или параллельного снабжения объекта электроэнергией.
Международный опыт
Олов Андрессон, Хакан Бродин, Андреас Грайчен, Владимир Навроцкий – Siemens Industrial Turbomachinery AB Применение низкоэмиссионной камеры сгорания – одно из наиболее важных требований для промышленных газовых турбин. Ранее ремонт горелки проводился традиционным способом: изношенная периферийная часть горелки срезалась и вместо нее приваривалась предварительно изготовленная новая часть. Причем в связи со сложной внутренней конструкцией необходимо было удалять достаточно большую периферийную часть горелки. П. Компания OPRA модернизирует мини-ТЭС в Нидерландах, где в качестве топлива может применяться низкокалорийный синтез-газ. Первая часть проекта, включающая поставку и ввод в эксплуатацию новой газотурбинной установки, реализована всего за 21 день. Консорциум Siniat занимает лидирующую позицию в Европе и Латинской Америке по поставке продукции на основе гипса. Одно из предприятий консорциума, занимающееся производством гипсокартона, располагается в г. Делфзейл (Нидерланды). Производственые мощности завода позволяют выпускать ежегодно около 28 млн м2 гипсокартона. Ассортимент выпускаемой продукции включает также стальные профили, шпаклевочную массу, различные виды клея.
Питер А. Прохазка – Compact Global Power Plant Products GmbH (Австрия) Постоянно растущая доля возобновляемых источников энергии в энергосистемах вызывает активные дискуссии о том, какие электростанции наиболее эффективны для обеспечения баланса в системе – когенерационные или комбинированного цикла. (Причем многие когенерационные электростанции были законсервированы сразу после ввода в эксплуатацию). В связи с этим эксплуатационная гибкость мини-ТЭС, использующихся в энергосистеме, имеет очень большое значение. Байпасные системы, установленные между газовой турбиной и котлом-утилизатором, могут обеспечить таким электростанциям необходимый уровень гибкости при постоянно изменяющихся потребностях электроэнергии в энергосистеме. Такие свойства байпасных систем, как возможность пуска из холодного состояния в любое время, возможность работы в зависимости от потребностей в энергосистеме как в простом, так и в комбинированном цикле, а также на различных режимах для поддержания баланса в энергосистеме – обеспечивают эффективность инвестиций при строительстве газотурбинных электростанций.
М. М. Любомирский, Др. Райнер Курц – компания Solar Turbines Окончание статьи. Начало в №3, 2016 г. Первоначально в данной работе предполагалось рассмотреть два варианта наиболее часто встречающихся конфигураций расположения турбоагрегатов на компрессорной станции: Но во время подготовки статьи и после общения с ведущими компаниями, работающими в системе магистральных газопроводов, было решено добавить еще одну конфигурацию: в) 3+0 – три рабочих агрегата, без резерва. Это было обусловлено тем, что современные турбокомпрессорные установки имеют очень высокий коэффициент надежности, поэтому эффект отсутствия резервного агрегата представлял определенный интерес. Для варианта с двумя рабочими турбоагрегатами использовались турбины единичной мощностью 32 МВт, а для варианта с тремя рабочими машинами – мощностью по 23 МВт.
А. А. Троицкий – ООО «Турбомашины» Окончание статьи, начало в №4-2014 г.
А. А. Троицкий – ООО «Турбомашины»
Детлеф Маркс – EMW filtertechnik GmbH (Германия) В статье показано, как влияют различные системы фильтрации всасываемого воздуха на рабочие параметры компрессора газовой турбины и компонентов горячей части. Кроме того, описаны негативные последствия, которые возможны в процессе длительной эксплуатации ГТУ с использованием фильтров класса F. Рабочие характеристики газотурбинных и парогазовых установок с течением времени имеют тенденцию к снижению – начиная с первого пуска и в течение всего срока эксплуатации, а также во время простоев и плановых или внеплановых отключений. Такое снижение характеристик специалистам хорошо известно и принимается в расчет всеми производителями оборудования, а также владельцами установок по всему миру.
Niklas Waegar, Mats Oestman, Mikael Wideskog, Eirik Linde, А. А. Никитин – Wartsila Corporation С увеличением количества электростанций, работающих на возобновляемых источниках энергии, возрастает необходимость в агрегатах, обеспечивающих баланс в энергосистемах. Основным требованием при этом является их высокая эксплуатационная гибкость. Применение концепции Smart Power Generation (интеллектуальное производство энергии) на базе газопоршневых энергоблоков – оптимальное решение данной проблемы. Эксплуатационная гибкость для производства энергии в будущем
Андерс Ангер, Микаэль Фрейман, Бент Иверсен, А.А.Никитин – Wartsila Corporation Дания, отличаясь гибкостью к изменяющимся потребностям энергетического рынка, занимает лидирующие позиции в этой области в Европе. Ее опыт может успешно использоваться и другими странами. Энергия для изменяющегося мира – это известный маркетинговый слоган, который использовался отделом электростанций компании Wartsila в начале 1990-х годов. В настоящее время он становится все более актуальным, особенно на европейском рынке, где все чаще применяются технологии возобновляемой энергетики – ветровая, солнечная и т.
А.А.Никитин – ООО «Вяртсиля Восток» Потребление электроэнергии будет стабильно расти во всем мире в течение последующих 25 лет. В то же время развитие технологий ее производства требует новых решений. Необходимо разрабатывать энергосистемы на возобновляемых источниках энергии.
|
Газотурбинные установки SGT-700 и SGT-800, использующие технологии сухого низкоэмиссионного горения, оснащены горелками DLE третьего поколения. Они имеют высокие рабочие характеристики и обеспечивают надежную эксплуатацию на протяжении всего срока службы.
В. Каленюк – OPRA Turbines
При этом каждый вариант обеспечивал требуемую производительность в любое время года.
В то же время ее производство должно основываться на доступных и экологически чистых решениях. Недавняя авария на атомной станции Фукусима в Японии и возникшие в связи с этим политические дискуссии в Германии по радикальному сокращению атомных станций вызывают споры и расхождения во взглядах. Таким образом, сложилась ситуация, при которой энергетический рынок ожидают очень напряженные, но и по-своему интересные годы развития.
д. Они оказывают все большее влияние на организацию энергетических систем и определяют новые возможности для энергетики.
Причем необходимо отметить, что их доля быстро растет, а это, в свою очередь, требует новых подходов к организации, структуре и управлению энергосистемами.Персональная электростанция
Миниатюрные газотурбинные двигатели, разработанные в Массачусетском технологическом институте (MIT) и работающие на водороде, могут стать основой чистых, тихих и экономичных персональных электростанций.
Иддо Генут
История газотурбинных двигателей уходит корнями в начало ХХ века. В 1903 году норвежский изобретатель Агидус Эллинг первым создал работающий двигатель с газовой турбиной мощностью 11 л.с. (двигатель самолета братьев Райт, который поднялся в воздух в том же году, имел мощность 12 л.с.). Спустя несколько лет Чарльз Кёртис, изобретатель паровой турбины, подал патентную заявку, в которой описал конструкцию газовой турбины, и в 1914-м получил патент. В 1918 году фирма General Electric (GE), основанная Томасом Эдисоном в середине 1870-х, начала работы над турбонагнетателями для авиационных двигателей, а спустя два десятилетия реактивными авиадвигателями стало заниматься газотурбинное подразделение фирмы (которое сейчас считается одним из крупнейших в мире в своей области).
В 1930 году изобретатель и офицер Королевских ВВС Великобритании Фрэнк Уиттл разработал и запатентовал первый газотурбинный двигатель для использования в качестве реактивного движителя.
Пока Уиттл занимался решением технических проблем, связанных с конструкцией двигателя, немец Ганс фон Охайн сумел первым создать и испытать в 1939 году самолет с реактивным двигателем.
От авиации до энергетики
Во второй половине XX века газотурбинные двигатели стали основой современной авиации. Конечно, двигатели совершенствовались и увеличивались в размерах. Сегодня рекорд принадлежит двигателям серии GE90, которые устанавливают на Boeing 777. Диаметр вентиляторов этого двигателя 3,4 м, в нем установлен компрессор с 22 лопатками, а его тяга составляет 52 000 кг (и более 57 600 кг при испытаниях), что в 10 000 раз больше, чем мощность двигателя братьев Райт, которым они пользовались 100 лет назад.
Современные газотурбинные двигатели (ГТД) служат не только в авиации, но и в энергетике, где их используют для производства электроэнергии. Горячие газы, полученные в результате сжигания природного газа в камере сгорания, проходят через турбину, вращают ее и приводят в движение вал генератора.
ГТД широко используются на электростанциях во время пиковых нагрузок. По размерам и мощности такие ГТД значительно превосходят своих авиационных братьев. Например, передовой ГТД Siemens SGT5−8000H удерживает мировой рекорд — масса этого гиганта 440 т, он может выдавать 340 МВт в простом цикле и почти в два раза больше в комбинированном. КПД этого двигателя составляет почти 40%, а в комбинированном цикле — около 60%. Помимо самолетов и электростанций ГТД применяются и в танках, кораблях, тепловозах, локомотивах, а также используются в качестве вспомогательных генераторов.
От большого к малому
Новые технологии позволяют создавать двигатели не только гигантских, но и маленьких (и даже очень маленьких) размеров. Японская фирма IHI Aerospace производит переносной газотурбинный генератор Dynajet 2.6 мощностью 2,6 кВт и массой 67 кг. Впрочем, это далеко не предел — двигатель, созданный Швейцарским федеральным технологическим институтом (ETH Zurich), имеет размер всего несколько сантиметров и может генерировать почти 100 Вт электроэнергии на протяжении нескольких дней.
Но дальше всех в направлении миниатюризации зашли исследователи Массачусетского технологического института (MIT), которые разработали газотурбинный двигатель размером всего около 1 мм.
Несмотря на столь внушительную разницу в размерах между таким гигантом, как GE90, и миллиметровым двигателем MIT, при ближайшем рассмотрении оказывается, что у них есть очень много общего. По конструкции они похожи: компрессор, камера сгорания и турбина, которая приводится в движение струей продуктов сгорания. Топливо впрыскивается в поток на выходе из компрессора, смешивается с воздухом, сгорает и вращает турбину, которая приводит в движение компрессор и генератор. Однако, разумеется, создание столь малого газотурбинного двигателя ставит перед конструкторами множество задач, с которыми не приходится сталкиваться создателям традиционных ГТД.
Микротурбинщики
В середине 1990-х в Массачусетском технологическом институте группа исследователей начала работать над проектом по микро-ГТД.
«Я задумался над вопросом: если большой ГТД может обеспечивать электричеством целый город, почему нельзя сделать очень маленький двигатель, который бы обеспечил электрические потребности одного человека? — вспоминает Алан Эпштейн, профессор MIT и руководитель исследовательской группы. — А цена устройств MEMS (микроэлектромеханических систем) сейчас не слишком высока, так что себестоимость энергии такой персональной электростанции может быть сравнима с аналогичным параметром большого ГТД ($0,3−0,5 за 1 Вт)».
Микро-ГТД состоит из тех же принципиальных элементов, что и его «большие братья», но сами размеры требуют принципиально других подходов и технологий. По словам Эпштейна, многие вопросы имеют такой же принципиальный характер — компоновка, механические нагрузки, вопросы коррозии. Однако в некоторых отношениях разработка микро-ГТД проще — например, микроскопические валы очень жесткие на изгиб, что помогает избавиться от традиционной проблемы изгиба вала у больших двигателей.
Тепловые перепады при таких размерах не представляют большой угрозы, отпадает также необходимость ухода и ремонта (микро-ГТД неремонтопригоден, его просто заменяют новым). А в некоторых — сложнее: «Две наши самые большие проблемы — это влияние точности изготовления на эксплуатационные качества пары ‘вал-подшипник’, а также поиск компромисса между требованиями к конструкции (термодинамика, сгорание, нагрузки, гидродинамика и электромеханика) и особенностями технологии изготовления двигателя. Это и по сей день остается нашим важнейшим вопросом».
«Хотя детали все те же самые, технология изготовления микро-ГТД, естественно, совершенно иная, она основана на технологиях полупроводниковой промышленности. С помощью фотолитографии можно создавать детали и узлы размерами от 1 до 10 000 микрон с высокой точностью, причем серийно, — объясняет профессор Эпштейн. — Детали вытравливаются из кремниевых монокристаллических пластин толщиной 0,5−1 мм и диаметром 100−300 мм, потом их склеивают вместе и получают пакет с несколькими готовыми двигателями.
При необходимости пакет разрезают на кусочки и получают отдельные двигатели. Сами двигатели могут быть различного размера — сверху нас ограничивает не литография, а скорее глубина и точность травления. Для малых размеров, меньше 1 мм, основным ограничением является вязкость воздуха, которая резко отрицательно влияет на характеристики двигателя». В один пакет могут войти десятки или даже сотни микродвигателей. В идеале создание всех устройств из пакета происходит параллельно, что приводит к самому главному преимуществу такой технологии — низкой себестоимости готового изделия. «Подобные двигатели в будущем можно будет изготавливать точно таким же образом, как электронные чипы и автомобильные датчики», — говорит Эпштейн.
Микроэнергия для будущего
Для чего же нужны подобные двигатели? Сейчас проект микродвигателей в MIT финансируется американским военным ведомством, которое видит в этих новых технологиях большой потенциал. Маленькие двигатели, заряжаемые специальными картриджами с водородом, можно использовать как в небольших беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), так и в обычных электронных приборах.
Именно питание мобильной военной электроники, скорее всего, станет испытанием сил для первых серийных микро-ГТД, которые появятся на рынке, как надеются разработчики, уже совсем скоро — через несколько лет.
Микро-ГТД можно использовать и для гражданских целей — вместо аккумуляторов в мобильных телефонах, ноутбуках, цифровых фотоаппаратах, а также в качестве дешевых микродвигателей для сельского хозяйства, различных датчиков и даже детских игрушек. «Для современных литий-ионных аккумуляторов удельная мощность запасенной энергии составляет порядка 120−150 Вт•ч/кг. Это, конечно, не предел, новые серно-литиевые батареи имеют показатели в два раза выше — порядка 300−350 Вт•ч/кг. Но микро-ГТД в скором будущем все равно будут вне конкуренции — мы ожидаем получить цифры порядка 500−700 Вт•ч/кг. А в отдаленном будущем — 1200−1500 Вт•ч/кг с учетом массы самого двигателя и запаса топлива», — оптимистично заявляет Алан Эпштейн.
По материалам интернет-журнала The Future of Things.
Микротурбины, используемые в коммерческих и промышленных целях
Газовые турбины бывают разных размеров. В то время как большие турбины внутреннего сгорания, кажется, получают большую часть рекламы, такие как Siemens, GE и Mitsubishi Hitachi Power Systems производят больше всего шума, несколько небольших компаний нашли ниши на рынке микротурбин. Их инновационные разработки вызывают особый интерес в коммерческом и промышленном сегментах.
Когда многие люди думают о микротурбинах, они часто представляют себе небольшие агрегаты мощностью всего 30 кВт. Несмотря на то, что такие блоки являются новинкой, за последнее десятилетие отрасль значительно развилась, и в настоящее время общая мощность многоблочных блоков может достигать 30 МВт.
Консалтинговая фирма ICF Inc. ведет базу данных установок комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) для Министерства энергетики США. Он считается наиболее полным источником информации о когенерационных установках в стране.
ICF недавно сообщила, что микротурбины захватили 25% рынка ТЭЦ США в диапазоне от 100 кВт до 5 МВт в период с 2013 по 2017 год. Это установило новый рекорд.
Согласно базе данных, общая установленная мощность систем когенерации менее 5 МВт на конец 2017 года составляла 2 631,4 МВт. ICF прогнозирует, что годовая установленная мощность когенерационных установок в США вырастет с 561 МВт в 2017 году до 1400 МВт в 2026 году. Ожидается, что рост будет обусловлен более мелкими коммерческими приложениями, которые обычно совместимы с технологией микротурбин.
«Учитывая рекордно низкие цены на газ и их стабильность в обозримом будущем, развитие проектов когенерации представляет собой привлекательную возможность с несколькими потоками доходов — пар, продаваемый хостам для промышленных процессов, и электроэнергия, продаваемая в сеть», — Сирадж Тадж, директор и владелец ST Power Services Consultants, рассказал МОЩНОСТЬ . «Коммерческие и промышленные потребители оценивают экономическую целесообразность закрытой когенерации для снижения эксплуатационных расходов, повышения надежности, достижения целей по энергоэффективности и сокращения своего углеродного следа», — добавил он.
Powering Industrial Processes
Почти десять лет назад в журнале POWER сообщалось о развитии микротурбинных систем (см. «Микротурбинные технологии развиваются» в выпуске за ноябрь 2010 г.). Capstone Turbine Corp., претендующая на звание ведущего мирового разработчика и производителя микротурбинных систем генерации электроэнергии, уже тогда продавала единичные агрегаты мощностью до 1 МВт. Сегодня все блоки Capstone могут быть подключены параллельно мощностью до 30 МВт.
Чтобы понять, где эти пакеты могут быть полезны, рассмотрим Felsineo La Mortadella. Компания является итальянским предприятием по производству пищевых продуктов, которое производит вяленые свиные колбасы тонкого помола. Это было показано в тематическом исследовании, опубликованном на веб-сайте Capstone.
Компания Felsineo хотела модернизировать систему выработки электроэнергии на своем основном производственном объекте в Болонье. Ему нужен был такой, который мог бы справиться с увеличением производства насыщенного пара для производства колбас.
Компания решила установить микротурбину Capstone C1000, работающую на природном газе (рис. 1), а также газовый компрессор и парогенератор дожигания. Проект Felsineo был первой микротурбиной Capstone, в которой использовалось решение для дожигания пара, которое успешно удовлетворяло как электрические, так и тепловые потребности объекта. Согласно тематическому исследованию, общая эффективность производственного предприятия повысилась на 30 %, что позволило Felsineo сэкономить около 300 000 евро в год.
1. Capstone Turbine Corp. предлагает линейку микротурбин от C30 мощностью 30 кВт (здесь показан разрез) до C1000S мощностью 1 МВт. Предоставлено: Capstone Turbine Corp. |
«Новая линейка продуктов Capstone Signature Series демонстрирует значительный прогресс на рынке ТЭЦ, которая специально ориентирована на рост вертикали рынка энергоэффективности и продолжение диверсификации бизнеса Capstone», — Джим Крауз, исполнительный вице-президент Capstone по продажам.
и маркетинг, говорится в недавнем пресс-релизе о росте рынка ТЭЦ.
Самая эффективная в мире малая газовая турбина
Компания Aurelia Turbines относительно недавно вышла на рынок — компания была основана в 2013 году, — но ее технология разрабатывалась десятилетиями. Главный офис и производственные мощности компании расположены в Лаппеенранте, Финляндия. Это место имеет важное значение, поскольку Aurelia работала в сотрудничестве с Технологическим университетом Лаппеенранты над созданием своей новой газовой турбины.
По словам генерального директора Aurelia Матти Малкамяки, Лаппеенранта «немного похожа на Силиконовую долину для высокоскоростных технологий». В эксклюзивном интервью POWER , Малкамяки сказал, что он специально основал компанию в Лаппеенранте из-за «ноу-хау», существовавшего в этом районе. «На ранних этапах было пять разных профессоров из университета и их соответствующих исследовательских групп, всего более 30 человек, которые проектировали турбину.
Без них этот продукт никогда бы не увидел свет», — сказал он.
Газовая турбина Aurelia использует процесс, который компания называет IRG2 (генератор с промежуточным охлаждением и рекуперацией на двух катушках). Хотя многоконтурные турбины и турбины с рекуперацией/промежуточным охлаждением существуют в других формах, турбина Aurelia A400 является первой в своем роде, в которой используются все эти функции в одном блоке (рис. 2).
2. На этой диаграмме показан процесс IRG2 (генератор с промежуточным охлаждением и рекуперацией на двух золотниках). Основные компоненты конструкции Aurelia включают компрессоры низкого давления (LP) и высокого давления (HP), турбины и генераторы. Предоставлено Aurelia Turbines |
Выгода — повышение эффективности. Aurelia утверждает, что у нее самые эффективные малые газовые турбины в мире, основанные на электрическом КПД.
«Мы здесь не творим чудес, — объяснил Малкамяки.
«Самое большое отличие для нас от других газовых турбин аналогичного размера заключается просто в том, что у нас два вала. У нас есть вал низкого давления и у нас есть вал высокого давления. Это означает, что у нас есть два генератора. Они оба без каких-либо редукторов, поэтому являются быстроходными валами. И у нас есть компрессор низкого давления, после которого у нас есть промежуточный охладитель, и это делает остальную часть процесса преобразования намного более эффективной, поскольку воздух становится более плотным и холодным. Затем у нас есть рекуператор — так что это рекуперированная турбина — но у нас немного более высокая степень давления в камере сгорания, чем у всех других турбин аналогичного размера. Это дает нам некоторую выгоду».
В то время как конструкция Capstone хорошо подходит для установок ТЭЦ, где тепло выхлопных газов может быть использовано для повышения общей эффективности, Aurelia нацелена на приложения, в которых электричество является движущей силой решения об установке турбины.
Турбина Aurelia по-прежнему может использоваться на ТЭЦ, но в зависимости от конкретных требований объекта может также потребоваться канальная горелка.
«Мы больше конкурируем с газовыми двигателями, — сказал Малкамяки. В этой области Aurelia предлагает большую топливную гибкость и более низкий уровень выбросов. «У нас гораздо больше возможностей для различных видов топлива. Мы можем использовать очень обедненные биогазы, которые не подходят для двигателей. Именно здесь мы видим первую для себя рыночную нишу».
Еще одной уникальной особенностью турбины Aurelia являются активные магнитные подшипники. Подшипники не требуют масла, что устраняет вероятность утечек и снижает потребность в обслуживании. Дизайн не новый. Компания Sulzer, которая также представлена в Лаппеенранте, использует аналогичные подшипники в некотором своем оборудовании, например, в высокоскоростных турбокомпрессорах для очистных сооружений и некоторых других. Успех в этих приложениях вселил в Aurelia уверенность в системе подшипников, используемой в конструкции турбины.
«В этом бизнесе все зависит от надежности и демонстрации того, что вы — заслуживающая доверия компания», — сказал Малкамяки. Он добавил, что Аурелия пытается сделать все возможное, чтобы «говорить на словах».
Дополнительные решения для когенерации
Британская компания Centrax является еще одним поставщиком решений для малых газовых турбин. В октябре 2017 года компания также заказала проект в Болонье, Италия. На этом объекте используются две генераторные установки CX501-KB5 DLE, каждая из которых обеспечивает до 3,9 МВт электроэнергии, подключенные к промышленным котлам, способным обеспечить отоплением около 8000 домохозяйств в городе. Оба агрегата оснащены газовыми турбинами Siemens 501-K.
Hera, многопрофильная компания, которой принадлежит объект, инвестировала более 17 миллионов евро в проект, который расположен на заводе, работающем с 1990-х годов. По словам компании, стимулом для модернизации было повышение энергоэффективности и экологической устойчивости.
Часть старой станции была снесена в мае 2015 года, и менее чем через 18 месяцев электростанция начала питать сеть централизованного теплоснабжения.
«Генераторные установки 501-KB5 DLE хорошо подходят для этого проекта, предоставляя Hera компактное, но мощное решение, обеспечивающее превосходную гибкость при необходимости в тепле и электроэнергии», — Крис Дюмон, исполнительный менеджер по продажам и маркетингу компании Centrax. Об этом говорится в сообщении, сообщающем об открытии завода. «Благодаря новой технологии Hera может управлять объектами из удаленного центра, что позволяет минимизировать потребность в персонале на месте».
OPRA Turbines, базирующаяся в Нидерландах компания группы Dalian Energas, предлагает еще один небольшой комплект газовых турбин. Его газовая турбина OP16 имеет цельнорадиальную конструкцию. Говорят, что он уникален, потому что его передовые системы сгорания позволяют работать с широким спектром жидкого и газообразного топлива. Умеренная степень сжатия OP16 позволяет работать на низком давлении топливного газа, и он может быть оснащен камерами сгорания с низким уровнем выбросов или топливными камерами с низким содержанием БТЕ.
По словам компании, ее уникальная технология сжигания может превращать грязный топливный газ, который в противном случае сжигался бы, выбрасывался или просто выбрасывался впустую, в «зеленую энергию и чистые выхлопные газы».
Один из примеров решения OPRA в действии можно найти на предприятии Siniat по производству гипсокартона в Нидерландах. Процесс Siniat требовал непрерывной подачи 5,8 МВттепл. и 1,8 МВтэл. Изучив варианты, компания решила использовать газовую турбину OP16 в островном режиме. Выхлопные газы, выходящие из турбины при температуре 575°C, направляются непосредственно в сушилки и кальцинаторы. В результате общий электрический и тепловой КПД станции превышает 85%. Выхлопные газы содержат 15% O 2 , что позволяет легко применять дожигание на входе в сушилку, если требуется дополнительная тепловая мощность. Кроме того, агрегат был установлен всего за две недели на том же месте, что и старая, ранее существовавшая радиальная газовая турбина. ■
— Аарон Ларсон — исполнительный редактор POWER.
Мобильная газотурбинная электростанция
Мексика — 60 МВт | Аварийное питание для Pemex
60 МВт Fast Power для Пуэрто-Рико
Египет — 75 МВт | Быстрая установка
Австралия — 100 МВт | Вид с воздуха на объект
Уругвай — 300 МВт | Ускоренная установка (этап II)
Ливия | Быстрое развертывание газовых турбин
Тематические исследования Посмотреть все
Египет (ETHYDCO)
Мостовое решение с тремя турбинами для крупного химического предприятия, ожидающего завершения постоянной генерации.
Уругвай (UTE)
Решение с газовой турбиной мощностью 300 МВт для резервного производства гидроэлектростанций и восполнения дефицита мощности до строительства новой электростанции.
Австралия (Гидро Тасмания)
Трехтурбинное аварийное электроснабжение после длительного отсутствия гидроэлектростанций и неисправности подводного кабеля.
Австралия (Горизонт Пауэр)
Проект мобильной турбины обеспечил 100 МВт надежной, экологически чистой мостовой мощности в экстремальных условиях.
Ливия (ГЕКОЛ)
Ускоренная базовая нагрузка мощностью 450 МВт на шести объектах, поддерживающая устаревшую инфраструктуру.
Япония (ТЕПКО)
Более 200 МВт быстро доставленной аварийной электроэнергии после землетрясения и цунами 2011 года для поддержки восстановления и аварийного восстановления.
Виргинские острова США (ВИВАПА)
Современная технология коммунального класса заменила устаревшую инфраструктуру, помогая повысить эффективность и надежность.
Бенин (MEEM)
Гибкое решение по мощности турбины позволило заказчику менять топливо на протяжении всего контракта в зависимости от доступности и стоимости.
Газовая микротурбина может помочь отключить дома от электросети
Аделаида
Австралийская компания разрабатывает газовую микротурбину, работающую на возобновляемых источниках энергии, чтобы отключить домохозяйства от электросети.
Южно-австралийская компания ecoJet Engineering разработала легкую портативную газовую микротурбину мощностью 20 кВт на средства Королевских ВВС Австралии и правительства Южной Австралии. Проект направлен на замену дизельных генераторов, которые обычно используются для обеспечения электроэнергией полевых установок.
Прототип агрегата весит всего около 10 процентов от веса типичного дизельного генератора внутреннего сгорания и может быть сконфигурирован для работы на различных жидких и газообразных видах топлива, включая пропан, природный газ и дизельное топливо. Это было продемонстрировано на серии сессий со старшими сотрудниками министерства обороны в австралийской столице Канберре в среду.
ecoJet планирует использовать свою технологию для разработки коммерческого продукта для домашних хозяйств и промышленности в дополнение к существующим технологиям, таким как солнечные панели и аккумуляторные батареи.
Александр Райт сказал, что первыми клиентами, скорее всего, будут сочетание домашнего жилья и обороны.
«Военный продукт — это коммерческий продукт с кучей дополнительных вещей, поэтому мы можем легко настроить его для соответствия обоим рынкам, потому что мы очень хотим проникнуть в обе области», — сказал он.
Рендер газовой микротурбины EcoJet мощностью 20 кВт.
Райт сказал, что домохозяйство будет меньше — около 10 кВт — и, вероятно, будет питаться от имеющегося в доме природного газа.
«Часть этого заключается в том, чтобы извлечь выгоду из текущей ситуации — у нас высокие цены на энергию и много устаревшей инфраструктуры с точки зрения линий электропередач и надежности сети, особенно в Южной Австралии, поэтому мы стремимся использовать этот рынок и необходимость найти альтернативу», — сказал Райт.
«Если у конкретного отраслевого приложения были пики высокого спроса, которые существующая солнечная инфраструктура не могла удовлетворить, вы могли бы использовать эту возможность для удовлетворения этих пиков и спадов.
В качестве альтернативы вы можете использовать его в корпусе, чтобы дополнить небольшую солнечную систему этой технологией, чтобы обеспечить по существу автономную электроэнергию».
Система двигателя, которая вырабатывает энергию, за исключением системы управления и топливного бака, весит всего 48 кг в демонстрационной установке по сравнению с 433 кг для эквивалентной части современного военного дизель-генератора.
Он также составляет около двух третей размера дизельного двигателя: его длина составляет около 600 мм, а ширина — 250 мм.
СодиректорecoJet Джеймс Ким с микрогазовой турбиной мощностью 20 кВт.
Микротурбина работает в основном так же, как обычный реактивный двигатель, где компрессор всасывает воздух и направляет его в камеру сгорания, где топливо впрыскивается и воспламеняется при прохождении через турбину, создавая вращение.
«В рамках нашего нового решения мы получили интегрированный узел вала, в котором к валу, соединяющему турбину и компрессор, прикреплен встроенный генератор», — сказал Райт.
«Генератор вращается вместе с турбиной, вырабатывая электроэнергию из энергии вращения, извлеченной из этих сгоревших газов.
Сотрудничество между Райтом, Джеймсом Кимом и Уорреном Дэем, которое привело к созданию компании ecoJet Engineering, началось в 2015 году с проекта с отличием в Университете Аделаиды, в рамках которого была создана одна из самых маленьких в мире сверхмикрогазовых турбин.
Благодаря дальнейшим исследованиям в Университете Южной Австралии в 2016 году сотрудничество выиграло грант венчурного инвестора, который помог запустить компанию.
ecoJet Engineering также представила свою сверхмикроконструкцию газовой турбины на конференции по военным технологиям в Аделаиде, где она была названа лучшей инновацией.
Основными игроками в мировой индустрии микрогазовых турбин являются Capstone Turbine Corporation (США) и Bladon Micro Turbines (Великобритания), но Райт сказал, что их основное внимание уделяется промышленному применению в диапазоне 30 кВт и выше.
Южная Австралия лидирует в стране по освоению энергии ветра и солнечной энергии на крышах, при этом на возобновляемые источники приходится более 50 процентов электроэнергии, вырабатываемой в штате.
Однако закрытие двух угольных электростанций в последние годы вызвало рост цен и увеличило зависимость Южной Австралии от поставок энергии из восточных штатов Австралии, особенно в периоды пикового спроса.
Райт сказал, что мобильность легкой установки ecoJet, универсальность источника топлива и возможность более эффективного производства электроэнергии были среди преимуществ системы по сравнению с традиционными дизельными генераторами.
Он сказал, что демонстрационная установка уже имеет производительность, сравнимую с существующими дизельными генераторами.
«И это сравнение прототипа устройства с коммерчески зрелым продуктом», — сказал Райт.
«У нас есть много возможностей для повышения нашей эффективности за счет таких вещей, как рекуперация тепла, усовершенствованные подшипники, использование передовых материалов, таких как керамика и графен, а также многоступенчатое турбооборудование, что необычно для турбин такого масштаба.