Дизельный генератор - Diesel generator - Wikipedia

Дизель-генератор Cummins мощностью 150 кВА временно припаркован на туристическом курорте в Египет.
Дизель-генераторная установка Caterpillar мощностью 200 кВт в шумопоглощающем корпусе, используемая в качестве аварийного резервного питания на подстанции очистки сточных вод в г. Атланта, Соединенные Штаты.

А дизель-генератор (ДГ) (также известный как дизель-генераторная установка) представляет собой комбинацию дизель с электрический генератор (часто генератор ) чтобы генерировать электроэнергия. Это частный случай двигатель-генератор. Дизельный двигатель с воспламенением от сжатия обычно предназначен для работы на дизельное топливо, но некоторые типы адаптированы для другого жидкого топлива или натуральный газ.

Дизель-генераторные установки используются в местах без подключения к Энергосистема или в качестве аварийного источника питания в случае отказа сети, а также для более сложных приложений, таких как снижение пиковых значений, поддержка сети и экспорт в энергосистему.

Правильный выбор дизельных генераторов имеет решающее значение, чтобы избежать низкой нагрузки или нехватки мощности. Калибровка усложняется характеристиками современных электроника, особенно нелинейные нагрузки. В диапазоне мощности около 50 МВт и выше газовая турбина открытого цикла более эффективен при полной нагрузке, чем ряд дизельных двигателей, и намного более компактен с сопоставимыми капитальными затратами; но для регулярной частичной загрузки, даже на этих уровнях мощности, дизельные установки иногда предпочтительнее газовых турбин открытого цикла из-за их более высокого КПД.

Дизель-генераторная установка

Дизель-генератор на нефтяном танкере.

Упакованная комбинация дизель, а генератор и различные вспомогательные устройства (например, основание, навес, шумоглушитель, Системы управления, Автоматические выключатели, водонагреватели рубашки и пусковая система) называется «генераторная установка» или для краткости «генераторная установка».

Диапазон типоразмеров от 8 до 30 кВт (также от 8 до 30 кВА один этап ) для домов, небольших магазинов и офисов с более крупными промышленными генераторами от 8 кВт (11 кВА) до 2000 кВт (2,500 кВА, трехфазные), используемые для крупных офисных комплексов, заводов и других промышленных объектов. Установка мощностью 2000 кВт может быть размещена в контейнере ISO 40 футов (12 м) с топливным баком, элементами управления, оборудованием для распределения электроэнергии и всем другим оборудованием, необходимым для работы в качестве автономной электростанции или в качестве резервного источника питания от сети. Эти блоки, называемые силовыми модулями, представляют собой генераторные установки на больших трехосных прицепах весом 85 000 фунтов (38 555 кг) или более. Комбинация этих модулей используется для небольших электростанций, и они могут использовать от одного до 20 блоков на силовую секцию, и эти секции могут быть объединены для включения сотен силовых модулей. В этих больших размерах силовой модуль (двигатель и генератор) доставляется на площадку на трейлерах отдельно и соединяется вместе с помощью больших кабелей и кабеля управления, чтобы сформировать полностью синхронизированный электростанция.Кроме того, существует ряд опций для соответствия конкретным потребностям, включая панели управления для автоматического запуска и параллельного подключения к сети, акустические кожухи для стационарных или мобильных приложений, вентиляционное оборудование, системы подачи топлива, выхлопные системы и т. Д.

Дизель-генераторы предназначены не только для аварийного электроснабжения, но также могут иметь вторичную функцию подачи энергии в коммунальные сети либо в периоды пиковой нагрузки, либо в периоды нехватки крупных генераторов энергии. В Великобритании эта программа выполняется национальной сетью и называется STOR.

Корабли часто также используются дизельные генераторы, иногда не только для обеспечения вспомогательной энергии для освещения, вентиляторов, лебедок и т. д., но также косвенно для основных движение. Благодаря электрической силовой установке генераторы можно разместить в удобном месте, чтобы можно было перевозить больше груза. Электроприводы для кораблей были разработаны раньше. Первая Мировая Война. Электроприводы использовались на многих военных кораблях, построенных в Вторая Мировая Война потому что производственные мощности для больших редукторов были недостаточны по сравнению с производственными мощностями для производства электрического оборудования.[1] Такой дизель-электрический расположение также используется в некоторых очень больших наземных транспортных средствах, таких как железная дорога локомотивы.

Размер генератора

Генераторные установки выбираются исходя из электрическая нагрузка они предназначены для питания таких характеристик электрической нагрузки, как кВт, кВА, вар, гармоническое содержание, импульсные токи (например, пусковой ток двигателя) и нелинейные нагрузки. Ожидаемый режим работы (например, аварийный, основной или непрерывный), а также условия окружающей среды (например, высота, температура и нормы выбросов выхлопных газов ) также необходимо учитывать.

Большинство крупных производителей генераторных установок предлагают программного обеспечения который выполнит сложные расчеты размеров путем простого ввода условий объекта и подключенных электрических характеристики нагрузки.

Электростанции - электрический «островной» режим.

Один или несколько дизель-генераторов, работающих без подключения к электросети, называются работающими в островной режим. Параллельная работа генераторов обеспечивает преимущество резервирования и может обеспечить лучшую эффективность при частичных нагрузках. Завод подключает генераторные установки и отключает их в зависимости от требований системы в данный момент времени. Изолированная электростанция, предназначенная для использования в качестве основного источника энергии изолированного населенного пункта, часто будет иметь как минимум три дизельных генератора, любые два из которых рассчитаны на требуемую нагрузку. Группы до 20 человек не редкость.

Генераторы могут быть электрически соединены друг с другом в процессе синхронизация. Синхронизация предполагает сопоставление Напряжение, частота и фаза перед подключением генератора к системе. Отсутствие синхронизации до подключения может вызвать высокий короткое замыкание Текущий или износ генератора или его распределительное устройство. Процесс синхронизации может выполняться автоматически модулем автосинхронизатора или вручную проинструктированным оператором. Автосинхронизатор считывает параметры напряжения, частоты и фазы с генератора и шина напряжения, регулируя скорость через двигатель губернатор или ECM (модуль управления двигателем).

Нагрузка может распределяться между параллельно работающими генераторами посредством распределения нагрузки. Распределение нагрузки может быть достигнуто с помощью контроль скорости падения контролируется частотой генератора, в то время как он постоянно регулирует управление топливом двигателя для переключения нагрузки на оставшиеся источники энергии и обратно. Дизельный генератор будет принимать большую нагрузку при увеличении подачи топлива в его систему сгорания, в то время как нагрузка сбрасывается при уменьшении подачи топлива.

Поддержка основных инженерных сетей

В дополнение к их хорошо известной роли в качестве источников питания при сбоях электроснабжения, дизель-генераторные установки также обычно поддерживают основные электрические сети по всему миру двумя разными способами:

Поддержка сетки

Аварийные резервные дизельные генераторы, такие как те, которые используются в больницах и на станциях водоснабжения, в качестве второстепенной функции широко используются в США, а в недавнем прошлом в Великобритании для поддержки соответствующих национальных сетей время от времени по ряду причин. . В Великобритании тендеры, известные как Краткосрочный операционный резерв выставлялись довольно переменные цены, и с 2012 года объем участия со стороны спроса, который в основном влечет за собой использование дизельных двигателей на местах, снизился из-за падения цен на тендеры. Примерно 0,5 ГВт дизельного топлива время от времени использовалось для поддержки Национальная сеть, пиковая нагрузка которого составляет около 60 ГВт. Это установки в диапазоне мощности от 200 кВт до 2 МВт. Обычно это происходит во время, например, внезапной потери большой традиционной электростанции мощностью 660 МВт или внезапного неожиданного увеличения потребности в мощности, разрушающего доступный нормальный резерв вращения.[2]

Это выгодно обеим сторонам - дизели уже закуплены по другим причинам; но чтобы быть надежным, нужно пройти полное нагрузочное тестирование. Распараллеливание сетки - удобный способ сделать это. Этот метод работы обычно выполняется сторонним агрегатором, который управляет работой генераторов и взаимодействием с системным оператором.

В некоторых случаях эти дизели могут запускаться и работать параллельно всего за две минуты без какого-либо воздействия на объект (офис или завод не нужно останавливать). Это намного быстрее, чем электростанция с базовой нагрузкой, которая может работать в холодном состоянии до 12 часов, и быстрее, чем газовая турбина, которая может занять несколько минут. Хотя дизели очень дороги с точки зрения топлива, они используются только несколько сотен часов в год для выполнения этой работы, и их доступность может предотвратить необходимость в постоянной работе базовой станции при частичной нагрузке. Используемое дизельное топливо - это топливо, которое в любом случае использовалось бы при испытаниях.

В Великобритании National Grid обычно может рассчитывать на снижение потребительского спроса примерно на 2 ГВт за счет самовывоза резервных дизелей в течение примерно 10-40 часов в год в периоды ожидаемого пика национального спроса. National Grid не контролирует эти дизельные двигатели - ими управляет заказчик, чтобы избежать сборов за использование системы в сети передачи «триады» (TNUoS), которые взимаются только с потребления каждого участка в три получаса пикового национального спроса. Заранее неизвестно, когда наступит три получаса пика национального спроса (периоды «триады»), поэтому покупатель должен запускать свои дизели намного больше получаса в год, чем всего три.

Общая мощность надежно работающей резервной генерации в Великобритании оценивается примерно в 20 ГВт, почти вся из которых приводится в движение дизельными двигателями. Это эквивалентно почти 29% пика британской системы, хотя только очень небольшая часть будет генерироваться одновременно. Большинство установок предназначено для больших офисных зданий, больниц, супермаркетов и различных объектов, где важна непрерывная подача электроэнергии, например, в аэропортах. Поэтому большинство из них находится в городских районах, особенно в городских и коммерческих центрах. Подсчитано, что около 10% электростанции превышает 1 МВт, около 50% - в диапазоне 200 кВт-1 МВт, а остальные 40% - менее 200 кВт. Несмотря на то, что он растет, считается, что только очень небольшая часть регулярно используется для снижения пиков, а подавляющее большинство используется только для резервной генерации. Информация в этом параграфе взята из раздела 6.9 правительственного отчета: «Преодоление барьеров к планированию встроенной генерации для поддержки распределительных сетей»[3]

В Великобритании все чаще используются банки дизельных генераторов (известные как «дизельные фермы»), чтобы уравновесить колебания выработки из возобновляемых источников энергии, таких как ветряные электростанции.[4]

Система, аналогичная краткосрочному операционному резерву Великобритании, действует во Франции. Он известен как EJP; во время напряжения сети специальные тарифы могут обеспечить доступность как минимум 5 ГВт дизель-генераторных установок. В этом случае основная функция дизелей - подавать энергию в сеть.

При нормальной работе, синхронизированной с электросетью, электростанции регулируются с пятипроцентным контроль скорости падения. Это означает, что скорость полной нагрузки составляет 100%, а скорость холостого хода - 105%. Это необходимо для стабильной работы сети без рывков и отключений электростанций. Обычно изменения скорости незначительны. Регулировка выходной мощности осуществляется путем медленного увеличения кривой спада за счет увеличения давления пружины на центробежный регулятор. Как правило, это основное системное требование для всех электростанций, потому что старые и новые станции должны быть совместимы в ответ на мгновенные изменения частоты вне зависимости от внешней связи.[5]

Стоимость производства электроэнергии

Смотрите также: Относительная стоимость электроэнергии, произведенной из разных источников

Типичные эксплуатационные расходы

Расход топлива составляет основную часть затрат на владение дизельной установкой и эксплуатационных расходов для энергетических приложений, тогда как капитальные затраты являются основной проблемой для резервных генераторов. Удельный расход варьируется, но современная дизельная установка при почти оптимальной загрузке 65-70% будет вырабатывать не менее 3 кВтч на литр (около 30% топлива коэффициент эффективности ).[6][7]

Размер и рейтинг генератора

Рейтинг

Генераторы должны обеспечивать ожидаемую требуемую мощность надежно и без повреждений, и это достигается за счет того, что производитель присваивает одну или несколько характеристик конкретной модели генераторной установки. Конкретная модель генератора, работающего в качестве резервного генератора, может работать только несколько часов в год, но та же модель, которая работает в качестве основного генератора, должна работать непрерывно. Во время работы резервный генератор может работать с заданными - например, 10% перегрузка, допустимая в течение ожидаемого короткого времени работы. Генератор той же модели будет иметь более высокий рейтинг для режима ожидания, чем для непрерывного режима. Производители присваивают каждому комплекту рейтинг на основе международно согласованных определений.

Эти стандартные определения рейтингов предназначены для обеспечения достоверных сравнений между производителями, предотвращения неправильной оценки производителями своих машин и для руководства проектировщикам.

Определения рейтингов генераторов

Рейтинг ожидания на основе Применимо для подачи аварийного питания на время нормального отключения электроэнергии. Для этого номинала нет возможности длительной перегрузки. (Эквивалентно мощности остановки подачи топлива в соответствии с ISO3046, AS2789, DIN6271 и BS5514). Номинальный рейтинг.

Типичное применение - аварийные электростанции в больницах, офисах, фабриках и т. Д. Без подключения к сети.

Prime (неограниченное время работы) Рейтинг: Не следует использовать для приложений Construction Power. Выход доступен с переменной нагрузкой в ​​течение неограниченного времени. Типичная пиковая нагрузка 100% от номинальной мощности с перегрузкой 10% для аварийного использования в течение максимум 1 часа из 12.[нужна цитата ] Возможность перегрузки 10% доступна в течение ограниченного времени. (Эквивалентно основной мощности в соответствии с ISO8528 и мощности перегрузки в соответствии с ISO3046, AS2789, DIN6271 и BS5514). Этот рейтинг применим не ко всем моделям генераторных установок.

Типичное применение - когда генератор является единственным источником энергии, скажем, для удаленной горнодобывающей или строительной площадки, ярмарки, фестиваля и т. Д.

Базовая нагрузка (продолжительная) Рейтинг основан на: Применимо для непрерывного питания постоянной нагрузки до полной выходной мощности в течение неограниченного количества часов. Для этого номинала нет возможности длительной перегрузки. Проконсультируйтесь с официальным дистрибьютором для получения оценки (Эквивалент непрерывной мощности в соответствии с ISO8528, ISO3046, AS2789, DIN6271 и BS5514). Этот рейтинг применим не ко всем моделям генераторных установок.

Типичное применение - генератор, работающий с постоянной неизменной нагрузкой или работающий параллельно с сетью и непрерывно подающий мощность на максимально допустимом уровне 8 760 часов в год. Это также относится к комплектам, используемым для пикового бритья / поддержки сетки, хотя это может происходить только, скажем, 200 часов в год.

Например, если в конкретном наборе номинальная мощность в режиме ожидания составляла 1000 кВт, тогда номинальная мощность основной мощности может составлять 850 кВт, а номинальная мощность в непрерывном режиме - 800 кВт. Однако эти характеристики различаются в зависимости от производителя и должны быть взяты из его технических характеристик.

Часто набору могут быть присвоены все три номинала, указанные на паспортной табличке, но иногда он может иметь только резервный рейтинг или только основной рейтинг.

Размеры

Однако обычно размер максимальной нагрузки, которая должна быть подключена, и допустимое максимальное падение напряжения определяют установленный размер, а не сами номиналы. Если для запуска двигателей требуется установка, то она должна быть как минимум в три раза больше двигателя, который обычно запускается первым. Это означает, что он вряд ли будет работать где-либо близко к номинальным значениям выбранного набора.

Многие производители генераторных установок имеют программное обеспечение, позволяющее выбрать правильный набор для любой данной комбинации нагрузок. Размеры зависят от условий площадки и типа приборов, оборудования и устройств, которые будут питаться от генераторной установки.[8]

Топлива

Дизельное топливо названо в честь дизельных двигателей, а не наоборот; дизельные двигатели - это просто двигатели с воспламенением от сжатия и могут работать на различных видах топлива в зависимости от конфигурации и местоположения. Там, где имеется подключение к газовой сети, часто используется газ, так как газовая сеть будет оставаться под давлением во время почти всех отключений электроэнергии. Это достигается за счет подачи газа с всасываемым воздухом и использования небольшого количества дизельного топлива для зажигания. Переход на 100% дизельное топливо может быть осуществлен мгновенно.[9]

В сельской местности или на заводе с низким коэффициентом нагрузки дизельное топливо происходит от сырая нефть обычное топливо; вероятность замерзания ниже, чем у более тяжелых масел. Выносливость будет ограничена размером танка. Дизельные двигатели могут работать с полным спектром дистиллятов сырой нефти, от природного газа, спиртов, бензина, древесный газ к мазут от дизельного топлива к более дешевому остаточному топливу, которое при комнатной температуре похоже на сало, и его необходимо нагревать, чтобы оно могло стекать по топливопроводу.[10]

В более крупных двигателях (примерно от 3 до 30 МВт) иногда используется тяжелая нефть, в основном смолы, полученные в конце процесса очистки. Небольшая дополнительная сложность поддержания топочного мазута в подогреве, чтобы оно могло течь, при одновременном снижении риска возгорания, связанного с перегревом топлива, делает это топливо непопулярным для небольших, часто необслуживаемых, генерирующих станций.

Другие возможные виды топлива включают: биодизель, прямой растительное масло, животные жиры и жир, глицерин, и водоугольная суспензия. Их следует использовать с осторожностью и, как правило, из-за состава они могут отрицательно сказаться на сроке службы двигателя.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ [1] В архиве 7 ноября 2008 г. Wayback Machine
  2. ^ «Краткосрочный операционный резерв (STOR)». nationalgrideso.com. Получено 2012-07-13.
  3. ^ «Преодоление барьеров при планировании встроенной генерации для поддержки распределительных сетей» (PDF). BERR. Архивировано из оригинал (PDF) на 2010-03-04. Получено 2014-07-15.
  4. ^ https://www.theguardian.com/business/2016/dec/06/diesel-farms-national-grid-tax-breaks
  5. ^ Падение скорости и выработка электроэнергии. Примечание по применению 01302. 2. Woodward. Скорость
  6. ^ «Cummins Power Generation: Модель DGDB» (PDF). Cumminspower.com. Получено 2013-10-28.
  7. ^ «Примерная диаграмма расхода топлива дизель-генератора». Dieselserviceandsupply.com. Получено 2012-07-13.
  8. ^ «основные габариты дизель-генераторов». wellandpower.net. Получено 2019-06-03.
  9. ^ «Низкооборотные двигатели». Manbw.com. 2008-11-19. Получено 2009-05-11.
  10. ^ «Двухтопливные электрические газовозы-газовозы» (PDF). Thedigitalship.com. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-06-26. Получено 2013-10-28.