Princíp činnosti zariadení s plynovou turbínou

Obr.1. Schéma agregátu plynovej turbíny s jednohriadeľovým motorom s plynovou turbínou jednoduchého cyklu

Čistý vzduch sa privádza do kompresora (1) pohonnej jednotky plynovej turbíny. Pod vysokým tlakom je vzduch z kompresora privádzaný do spaľovacej komory (2), kde je dodávané aj hlavné palivo, plyn. Zmes sa zapáli. Pri spaľovaní zmesi plynu a vzduchu vzniká energia vo forme prúdu horúcich plynov. Tento prúd sa vysokou rýchlosťou rúti k turbínovému kolesu (3) a roztáča ho. rotačné Kinetická energia cez hriadeľ turbíny poháňa kompresor a elektrický generátor (4). Zo svoriek generátora elektrickej energie sa vyrobená elektrina, zvyčajne cez transformátor, posiela do elektrickej siete spotrebiteľom energie.

Plynové turbíny sú opísané Braytonovým termodynamickým cyklom Brayton/Jouleov cyklus je termodynamický cyklus, ktorý popisuje pracovné procesy plynových turbín, prúdových a náporových spaľovacích motorov, ako aj plynových turbínových motorov s vonkajším spaľovaním s uzavretou slučkou plynného (jednofázová) pracovná kvapalina.

Cyklus je pomenovaný po americkom inžinierovi Georgovi Brightonovi, ktorý vynašiel piestový spaľovací motor, ktorý pracoval na tomto cykle.

Niekedy sa tento cyklus nazýva aj Jouleov cyklus – na počesť anglického fyzika Jamesa Jouleho, ktorý zaviedol mechanický ekvivalent tepla.

Obr.2. P,V diagram Brightonský cyklus

Ideálny Braytonov cyklus pozostáva z procesov:

• 1-2 Izentropická kompresia.
• 2-3 Izobarický tepelný príkon.
• 3-4 Izentropická expanzia.
• 4-1 Izobarický odvod tepla.

Berúc do úvahy rozdiely medzi skutočnými adiabatickými procesmi expanzie a kontrakcie od izoentropických, je skonštruovaný skutočný Braytonov cyklus (1-2p-3-4p-1 na T-S diagrame) (obr. 3).

Obr.3. T-S diagram Brightonský cyklus
Ideálne (1-2-3-4-1)
Skutočné (1-2p-3-4p-1)

Tepelná účinnosť ideálneho Braytonovho cyklu sa zvyčajne vyjadruje vzorcom:

• kde P = p2 / p1 - stupeň zvýšenia tlaku v procese izentropickej kompresie (1-2);
• k - adiabatický index (pre vzduch rovný 1,4)

Zvlášť treba poznamenať, že tento všeobecne uznávaný spôsob výpočtu účinnosti cyklu zakrýva podstatu prebiehajúceho procesu. Limitná účinnosť termodynamického cyklu sa vypočíta pomocou teplotného pomeru pomocou Carnotovho vzorca:

• kde T1 je teplota chladničky;
• T2 - teplota ohrievača.

Presne rovnaký teplotný pomer možno vyjadriť pomocou tlakových pomerov použitých v cykle a adiabatického indexu:

Účinnosť Braytonovho cyklu teda závisí od počiatočných a konečných teplôt cyklu presne rovnakým spôsobom ako účinnosť Carnotovho cyklu. S nekonečne malým ohrevom pracovnej tekutiny pozdĺž línie (2-3) možno tento proces považovať za izotermický a úplne ekvivalentný Carnotovmu cyklu. Množstvo ohrevu pracovnej tekutiny T3 v izobarickom procese určuje množstvo práce súvisiacej s množstvom pracovnej tekutiny použitej v cykle, ale žiadnym spôsobom neovplyvňuje tepelnú účinnosť cyklu. Pri praktickej realizácii cyklu sa však ohrev zvyčajne vykonáva na najvyššie možné hodnoty obmedzené tepelnou odolnosťou použitých materiálov, aby sa minimalizovala veľkosť mechanizmov, ktoré stláčajú a rozťahujú pracovnú tekutinu.

V praxi spôsobuje trenie a turbulencie:

• Neadiabatická kompresia: pre daný celkový tlakový pomer je výstupná teplota kompresora vyššia ako ideálna.
• Neadiabatická expanzia: hoci teplota turbíny klesne na úroveň potrebnú pre prevádzku, kompresor nie je ovplyvnený, tlakový pomer je vyšší, v dôsledku toho expanzia nestačí na poskytnutie užitočnej práce.
• Straty tlaku v prívode vzduchu, spaľovacej komore a výstupe: v dôsledku toho expanzia nie je dostatočná na poskytnutie užitočnej práce.

Rovnako ako u všetkých cyklických tepelných motorov, čím vyššia je teplota spaľovania, tým vyššia je účinnosť. Limitujúcim faktorom je schopnosť ocele, niklu, keramiky alebo iných materiálov, ktoré tvoria motor, odolávať teplu a tlaku. Veľká časť inžinierskych prác je zameraná na odvod tepla z častí turbíny. Väčšina turbín sa tiež snaží získavať teplo z výfukových plynov, ktoré sú inak plytvané.

Rekuperátory sú výmenníky tepla, ktoré pred spaľovaním odovzdávajú teplo z výfukových plynov stlačenému vzduchu. V kombinovanom cykle sa teplo prenáša do systémov parných turbín. A pri kombinovanej výrobe tepla a elektriny (KVET) sa odpadové teplo využíva na výrobu teplej vody.

Mechanicky môžu byť plynové turbíny podstatne jednoduchšie ako piestové spaľovacie motory. Jednoduché turbíny môžu mať jednu pohyblivú časť: zostavu hriadeľ/kompresor/turbína/alternatívny rotor (pozri obrázok nižšie), bez palivového systému.

Obr.4. Tento stroj má jednostupňový radiálny kompresor,
turbína, rekuperátor a vzduchové ložiská.

Zložitejšie turbíny (tie používané v moderných prúdových motoroch) môžu mať viacero hriadeľov (cievok), stovky lopatiek turbíny, pohyblivé statorové lopatky a rozsiahly systém zložitých potrubí, spaľovacích komôr a výmenníkov tepla.

Vo všeobecnosti platí, že čím menší je motor, tým vyššia je rýchlosť hriadeľa (hriadeľov) potrebná na udržanie maximálnej lineárnej rýchlosti lopatiek.

Maximálna rýchlosť lopatiek turbíny určuje maximálny tlak, ktorý možno dosiahnuť, čo má za následok maximálny výkon bez ohľadu na objem motora. Prúdový motor točí sa frekvenciou asi 10 000 otáčok za minútu a mikroturbína - s frekvenciou asi 100 000 ot./min.



Vývoj nových typov plynových turbín, rastúci dopyt po plyne v porovnaní s inými druhmi paliva, rozsiahle plány priemyselných odberateľov na vytváranie vlastných kapacít spôsobujú rastúci záujem o výstavbu plynových turbín.

R Trh malej generácie má veľké vyhliadky na rozvoj. Odborníci predpovedajú nárast dopytu po distribuovanej energii z 8 % (v súčasnosti) na 20 % (do roku 2020). Tento trend sa vysvetľuje relatívne nízkou tarifou za elektrinu (2-3 krát nižšou ako tarifa za elektrinu z centralizovanej siete). Okrem toho, podľa Maxima Zagornova, člena Generálnej rady, “ Obchodné Rusko“, prezident Asociácie maloobjemovej energetiky Ural, riaditeľ skupiny spoločností MKS, malá výroba je spoľahlivejšia ako sieť: v prípade havárie na vonkajšej sieti sa dodávka elektriny nezastaví. . Ďalšia výhoda decentralizovaná energetika - rýchlosť uvedenia do prevádzky: 8-10 mesiacov oproti 2-3 rokom na vytvorenie a pripojenie sieťových vedení.

Denis Čerepanov, spolupredseda výboru pre energetiku Delovaya Rossija, tvrdí, že budúcnosť patrí jej vlastnej generácii. Podľa prvého podpredsedu výboru Štátna duma o energetike od Sergeja Yesjakova, v prípade distribuovanej energie v reťazci „energia – spotrebiteľ“ je rozhodujúcim článkom spotrebiteľ, a nie energetický sektor. Pri vlastnej výrobe elektriny spotrebiteľ deklaruje potrebné kapacity, konfigurácie a dokonca aj druh paliva, čím zároveň ušetrí cenu za jeden kilowatt prijatej energie. Odborníci sa okrem iného domnievajú, že ďalšie úspory možno dosiahnuť, ak je elektráreň prevádzkovaná v kogeneračnom režime: termálna energia ide na kúrenie. Potom sa doba návratnosti výrobnej elektrárne výrazne skráti.

Najaktívnejšie sa rozvíjajúcou oblasťou distribuovanej energie je výstavba nízkokapacitných elektrární s plynovou turbínou. Elektrárne s plynovou turbínou sú určené na prevádzku v akýchkoľvek klimatických podmienkach ako hlavný alebo záložný zdroj elektriny a tepla pre priemyselné a domáce objekty. Použitie takýchto elektrární v odľahlých oblastiach vám umožňuje dosiahnuť značné úspory odstránením nákladov na výstavbu a prevádzku dlhých elektrických vedení a v centrálnych oblastiach - zvýšiť spoľahlivosť dodávok elektriny a tepla do jednotlivých podnikov a organizácií a území. ako celok. Zvážte niektoré plynové turbíny a jednotky plynových turbín, ktoré ponúkajú známi výrobcovia na výstavbu elektrární s plynovou turbínou na ruskom trhu.

General Electric

Riešenia GE pre veterné turbíny sú vysoko spoľahlivé a vhodné pre aplikácie v širokej škále priemyselných odvetví, od ropy a zemného plynu až po verejné služby. V malej výrobe sa aktívne využívajú najmä plynové turbínové jednotky GE radu LM2500 s výkonom 21 až 33 MW a účinnosťou až 39 %. LM2500 sa používa ako mechanický pohon a pohon elektrocentrály, pracujú v elektrárňach v jednoduchom, kombinovanom cykle, kogeneračnom režime, na pobrežných plošinách a potrubiach.

Za posledných 40 rokov boli turbíny GE tejto série najpredávanejšími turbínami vo svojej triede. Celkovo bolo na svete nainštalovaných viac ako 2000 turbín tohto modelu s celkovou prevádzkovou dobou viac ako 75 miliónov hodín.

Kľúčové vlastnosti turbín LM2500: ľahký a kompaktný dizajn pre rýchlu inštaláciu a jednoduchú údržbu; dosiahnutie plného výkonu od okamihu spustenia za 10 minút; vysoká účinnosť (v jednoduchom cykle), spoľahlivosť a dostupnosť vo svojej triede; možnosť využitia dvojpalivových spaľovacích komôr na destilát a zemný plyn; možnosť použitia petroleja, propánu, koksárenského plynu, etanolu a LNG ako paliva; nízke emisie NOx využívajúce spaľovacie komory DLE alebo SAC; faktor spoľahlivosti - viac ako 99%; faktor pripravenosti - viac ako 98%; Emisie NOx - 15 ppm (modifikácia DLE).

S cieľom poskytnúť zákazníkom spoľahlivú podporu počas celého životného cyklu výrobných zariadení otvorila spoločnosť GE špecializované centrum energetických technológií v Kaluge. Zákazníkom ponúka moderné riešenia na údržbu, kontrolu a opravu plynových turbín. Spoločnosť má zavedený systém manažérstva kvality v súlade s norma ISO 9001.

Kawasaki Heavy Industries

Japonská spoločnosť Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI) je diverzifikovaná strojárska spoločnosť. dôležité miesto v nej výrobný program obsadené plynovými turbínami.

V roku 1943 Kawasaki vytvorila prvý japonský motor s plynovou turbínou a teraz je jedným z uznávaných svetových lídrov vo výrobe plynových turbín s malým a stredným výkonom, pričom nazhromaždila referencie pre viac ako 11 000 inštalácií.

S ekologickosťou a efektívnosťou ako prioritou spoločnosť urobila veľké pokroky vo vývoji technológií plynových turbín a aktívne sleduje sľubný vývoj, a to aj v oblasti nových zdrojov energie ako alternatívy k fosílnym palivám.

S dobrými skúsenosťami v kryogénnych technológiách, technológiách výroby, skladovania a prepravy skvapalnených plynov, Kawasaki aktívne skúma a vyvíja v oblasti využitia vodíka ako paliva.

Spoločnosť už má najmä prototypy turbín, ktoré využívajú vodík ako prísadu do metánového paliva. V budúcnosti sa počíta s turbínami, u ktorých, oveľa energeticky efektívnejšie a absolútne ekologickejšie, vodík nahradí uhľovodíky.

Séria GTU Kawasaki GPB sú navrhnuté pre prevádzku pri základnom zaťažení, vrátane schém paralelnej aj izolovanej siete, pričom výkonový rozsah je založený na strojoch od 1,7 do 30 MW.

IN modelový rad existujú turbíny, ktoré využívajú vstrekovanie pary na potlačenie škodlivých emisií a využívajú technológiu DLE upravenú inžiniermi spoločnosti.

Elektrická účinnosť v závislosti od výrobného cyklu a výkonu od 26,9 % pre GPB17 a GPB17D (turbíny M1A-17 a M1A-17D) do 40,1 % pre GPB300D (turbína L30A). Elektrický výkon - od 1700 do 30 120 kW; tepelný výkon - od 13 400 do 8970 kJ / kWh; teplota výfukových plynov - od 521 do 470 ° C; spotreba výfukových plynov - od 29,1 do 319,4 tisíc m3 / h; NOx (pri 15 % O2) - 9/15 ppm pre plynové turbíny M1A-17D, M7A-03D, 25 ppm pre turbínu M7A-02D a 15 ppm pre turbíny L20A a L30A.

Pokiaľ ide o účinnosť, plynové turbíny Kawasaki, každá vo svojej triede, sú buď svetovým lídrom, alebo jedným z lídrov. Celková tepelná účinnosť energetických jednotiek v kogeneračných konfiguráciách dosahuje 86 – 87 %. Spoločnosť vyrába množstvo GTU v dvojpalivových verziách (zemný plyn a kvapalné palivo) s automatickým prepínaním. V súčasnosti sú medzi ruskými spotrebiteľmi najžiadanejšie tri modely plynových turbín - GPB17D, GPB80D a GPB180D.

Plynové turbíny Kawasaki sa vyznačujú: vysokou spoľahlivosťou a dlhou životnosťou; kompaktný dizajn, ktorý je obzvlášť atraktívny pri výmene zariadení existujúcich výrobných zariadení; jednoduchosť údržby vďaka delenej konštrukcii tela, odnímateľným horákom, optimálne umiestneným kontrolným otvorom atď., čo zjednodušuje kontrolu a údržbu, a to aj zo strany personálu užívateľa;

Šetrnosť k životnému prostrediu a hospodárnosť. Spaľovacie komory turbín Kawasaki sú navrhnuté pomocou najmodernejších metód na optimalizáciu procesu spaľovania a dosiahnutie najlepší výkonúčinnosť turbíny, ako aj na zníženie obsahu NOx a iných škodlivých látok vo výfukových plynoch. Environmentálny výkon sa zlepšuje aj použitím pokročilej technológie potlačenia suchých emisií (DLE);

Schopnosť používať širokú škálu palív. Je možné použiť zemný plyn, petrolej, motorovú naftu, ľahké vykurovacie oleje typu A, ako aj súvisiace ropné plyny;

Spoľahlivý popredajný servis. Vysoká úroveň služieb vrátane bezplatný systém online monitoring (TechnoNet) s poskytovaním správ a prognóz, technická podpora vysokokvalifikovaným personálom, ako aj nahradenie výmenou motor s plynovou turbínou počas generálna oprava(odstávka GTU je znížená na 2-3 týždne) atď.

V septembri 2011 predstavila Kawasaki najnovší systém spaľovacej komory, ktorá znížila emisie NOx na menej ako 10 ppm pre motor s plynovou turbínou M7A-03, čo je ešte menej, ako vyžadujú súčasné predpisy. Jedným z prístupov spoločnosti k dizajnu je tvorba Nová technológia, ktorá spĺňa nielen moderné, ale aj budúce, prísnejšie požiadavky na environmentálne správanie.

Vysoko účinná 5 MW plynová turbína GPB50D s turbínou Kawasaki M5A-01D využíva najnovšie overené technológie. Vysoká účinnosť inštalácia ho robí optimálnym pre elektrickú energiu a kogeneráciu. Kompaktný dizajn GPB50D je tiež obzvlášť výhodný pri modernizácii existujúcich zariadení. Menovitá elektrická účinnosť 31,9 % je najlepšia na svete spomedzi 5 MW elektrární.

Turbína M1A-17D má vďaka použitiu originálnej konštrukcie spaľovacej komory s potlačením suchých emisií (DLE) vynikajúce environmentálne vlastnosti (NOx< 15 ppm) и эффективности.

Ultranízka hmotnosť turbíny (1470 kg), najnižšia v triede, je spôsobená rozšíreným použitím kompozitných materiálov a keramiky, z ktorej sú vyrobené napríklad lopatky obežného kolesa. Keramika je odolnejšia voči prevádzke pri zvýšených teplotách, menej náchylná na znečistenie ako kovy. Elektrická účinnosť plynovej turbíny je takmer 27 %.

V Rusku už Kawasaki Heavy Industries, Ltd. v spolupráci s Ruské spoločnosti zrealizovali množstvo úspešných projektov:

Mini-TPP "Central" vo Vladivostoku

Na príkaz spoločnosti JSC „Energia Ďalekého východu správcovská spoločnosť(JSC DVEUK) 5 GTU GPB70D (M7A-02D) bolo dodaných pre TPP Tsentralnaya. Stanica poskytuje elektrinu a teplo spotrebiteľom v centrálnej časti rozvoja Ruského ostrova a kampusu Federálnej univerzity Ďalekého východu. TPP Tsentralnaja je prvým energetickým zariadením v Rusku s turbínami Kawasaki.

Mini-CHP "Oceanarium" vo Vladivostoku

Tento projekt realizovala aj spoločnosť JSC "DVEUK" pre napájanie vedeckého a vzdelávacieho komplexu "Primorsky Oceanarium" nachádzajúceho sa na ostrove. Boli dodané dve plynové turbíny GPB70D.

GTU vyrábané spoločnosťou Kawasaki v Gazprom PJSC

Ruský partner Kawasaki, MPP Energotechnika LLC, na základe plynová turbína M1A-17D vyrába kontajnerovú elektráreň "Korvette 1,7K" pre inštaláciu na otvorených priestranstvách s rozsahom teploty okolia -60 až + 40 °C.

V rámci dohody o spolupráci vypracoval a výrobné zariadenia MPP Energotechnika zmontovala päť EGTEPS KORVET-1,7K. Oblasti zodpovednosti firiem v tento projekt distribuované nasledovne: Kawasaki dodáva motor s plynovou turbínou M1A-17D a riadiace systémy turbíny, Siemens AG dodáva vysokonapäťový generátor. MPP Energotechnika LLC vyrába blokový kontajner, odsávacie a nasávacie zariadenie, systém riadenia pohonnej jednotky (vrátane budiaceho systému SHUVGM), elektrické zariadenia - hlavné a pomocné, kompletizuje všetky systémy, montuje a dodáva kompletnú elektrocentrálu, ako aj predáva APCS.

EGTES Korvet-1.7K prešiel medzirezortnými testami a odporúča sa na použitie v zariadeniach Gazprom PJSC. Agregát s plynovou turbínou vyvinula spoločnosť LLC MPP Energotechnika podľa zadania PJSC Gazprom v rámci Programu vedecko-technickej spolupráce PJSC Gazprom a Japonskej agentúry pre prírodné zdroje a energiu.

Turbína pre CCGT 10 MW na NRU MPEI

Spoločnosť Kawasaki Heavy Industries Ltd. vyrobila a dodala kompletnú elektráreň s plynovou turbínou GPB80D s nominálnym výkonom 7,8 MW pre Národnú výskumnú univerzitu „MPEI“ so sídlom v Moskve. CHP MPEI je praktický výcvik a vyrába elektrinu a teplo v priemyselnom meradle, poskytuje im samotný Moskovský energetický inštitút a dodáva ich do inžinierskych sietí Moskvy.

Rozšírenie geografie projektov

Kawasaki, ktorá upozornila na výhody rozvoja miestnej energetiky smerom k distribuovanej výrobe, navrhla začať realizovať projekty využívajúce plynové turbíny s minimálnym výkonom.

Mitsubishi Hitachi Power Systems

Modelový rad turbín H-25 je prezentovaný vo výkonovom rozsahu 28-41 MW. Kompletný komplex práce na výrobe turbín, vrátane výskumu a vývoja a vzdialeného monitorovacieho centra, vykonáva v závode v Hitachi v Japonsku spoločnosť MHPS (Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd.). Jej vznik pripadá na február 2014 zlúčením výrobných sektorov uznávaných lídrov v strojárstve Mitsubishi Heavy Industries Ltd. a Hitachi Ltd.

Modely H-25 sú široko používané po celom svete ako pre jednoduchý cyklus prevádzky vďaka vysokej účinnosti (34-37%), tak pre kombinovaný cyklus v konfigurácii 1x1 a 2x1 s účinnosťou 51-53%. S indikátormi vysokej teploty výfukových plynov sa GTU úspešne osvedčil aj pri prevádzke v kogeneračnom režime s celkovým efektívnosť stanice viac ako 80 %.

Dlhoročná odbornosť vo výrobe plynových turbín pre široký rozsah výkonov a premyslená konštrukcia jednohriadeľovej priemyselnej turbíny odlišuje N-25 vysokou spoľahlivosťou s faktorom dostupnosti zariadenia viac ako 99 %. Celková prevádzková doba modelu presiahla v druhej polovici roku 2016 6,3 milióna hodín. Moderná plynová turbína je vyrobená s horizontálnym axiálnym delením, čo zaisťuje jednoduchú údržbu, ako aj možnosť výmeny častí horúcej dráhy pri miesto prevádzky.

Protiprúdová rúrkovo-prstencová spaľovacia komora zaisťuje stabilné spaľovanie rôznych druhov palív, ako je zemný plyn, motorová nafta, skvapalnený ropný plyn, spaliny, koksárenský plyn atď. predmiešanie zmesi plynu a vzduchu (DLN). Motor s plynovou turbínou H-25 je 17-stupňový axiálny kompresor spojený s trojstupňovou aktívnou turbínou.

Príkladom spoľahlivej prevádzky N-25 GTU na malých výrobných zariadeniach v Rusku je prevádzka ako súčasti kogeneračnej jednotky pre vlastné potreby Závod JSC "Ammoniy" v Mendeleevsku, Republika Tatarstan. Kogeneračná jednotka poskytuje výrobnej lokalite 24 MW elektriny a 50 t/h pary (390°C / 43 kg/cm3). V novembri 2017 bola na mieste úspešne vykonaná prvá kontrola spaľovacieho systému turbíny, ktorá potvrdila spoľahlivú prevádzku komponentov a zostáv stroja pri vysokých teplotách.

V sektore ropy a zemného plynu boli N-25 GTU použité na prevádzku pobrežného spracovateľského zariadenia Sachalin II (OPF) spoločnosti Sakhalin Energy Investment Company, Ltd. OPF sa nachádza 600 km severne od Južno-Sachalinska v pevninskej oblasti pobrežný plynovod a je jedným z najdôležitejších zariadení spoločnosti, zodpovedným za prípravu plynu a kondenzátu na následnú prepravu potrubím do terminálu na export ropy a do závodu LNG. Súčasťou technologického komplexu sú štyri plynové turbíny H-25 umiestnené v priemyselná prevádzka Od roku 2008 je kogeneračná jednotka na báze N-25 GTU maximálne integrovaná do integrovaného energetického systému OPF, najmä teplo z výfukových plynov turbíny sa využíva na ohrev ropy pre potreby rafinácie ropy. .

Súpravy priemyselných plynových turbín Siemens (ďalej len GTU) pomôžu vyrovnať sa s ťažkosťami dynamicky sa rozvíjajúceho trhu distribuovanej výroby. Plynové turbíny s jednotkovým menovitým výkonom od 4 do 66 MW plne spĺňajú vysoké požiadavky v oblasti priemyselnej kombinovanej výroby energie, pokiaľ ide o účinnosť zariadení (až 90%), prevádzkovú spoľahlivosť, flexibilitu obsluhy a environmentálnu bezpečnosť so zabezpečením nízkej životnosti. náklady na cyklus a vysoká návratnosť investícií. Siemens má viac ako 100-ročné skúsenosti s výstavbou priemyselných plynových turbín a tepelných elektrární na nich založených.

GTU "Siemens" s kapacitou 4 až 66 MW používajú malé energetické spoločnosti, nezávislých výrobcov elektriny (napríklad priemyselné podniky), ako aj v ropný a plynárenský priemysel. Využitie technológií na distribuovanú výrobu elektriny s kombinovanou výrobou tepelnej energie umožňuje odmietnuť investície do viackilometrových elektrických vedení, minimalizovať vzdialenosť medzi zdrojom energie a zariadením, ktoré ju spotrebúva, a dosiahnuť výrazné úspory nákladov pokrytím vykurovanie priemyselných podnikov a zariadení infraštruktúry rekuperáciou tepla. Štandardné Mini-TPP založené na Siemens GTU je možné postaviť kdekoľvek, kde je prístup k zdroju paliva alebo jeho rýchle zásobovanie.

SGT-300 je priemyselná plynová turbína s menovitým elektrickým výkonom 7,9 MW (pozri tabuľku 1), ktorá kombinuje jednoduchú, spoľahlivú konštrukciu s najnovšou technológiou.

Tabuľka 1. Špecifikácie SGT-300 pre mechanický pohon a výrobu energie

Výroba energie		mechanický pohon
	7,9 MW	8 MW	9 MW
Výkon v ISO
	Zemný plyn / kvapalné palivo / duálne palivo a iné palivá na požiadanie; Automatická zmena paliva z hlavného na rezervné pri akomkoľvek zaťažení
Oud. spotreba tepla	11,773 kJ/kWh	10,265 kJ/kWh	10,104 kJ/kWh
Rýchlosť výkonovej turbíny		5 750 - 12 075 ot./min	5 750 - 12 075 ot./min
Pomer kompresie
Spotreba výfukových plynov
Teplota výfukových plynov	542 °C (1,008 °F)	491 °C (916 °F)	512 °C (954 °F)
Emisie NOX Plynové palivo so systémom DLE

1) Elektrické 2) Namontované na hriadeli

Ryža. 1. Štruktúra plynového generátora SGT-300

Na výrobu priemyselnej energie sa používa jednohriadeľová verzia plynovej turbíny SGT-300 (pozri obr. 1). Je ideálny pre kombinovanú výrobu tepelných a elektrická energia(TPP). Plynová turbína SGT-300 je priemyselná plynová turbína, pôvodne navrhnutá na výrobu a má nasledujúce prevádzkové výhody pre prevádzkové organizácie:

Elektrická účinnosť - 31%, čo je v priemere o 2-3% vyššia ako účinnosť plynových turbín s nižším výkonom, vďaka vyššej hodnote účinnosti, ekonomický efekt o úspore palivového plynu;

Plynový generátor je vybavený nízkoemisnou suchou spaľovacou komorou využívajúcou technológiu DLE, ktorá umožňuje dosiahnuť úrovne emisií NOx a CO, ktoré sú viac ako 2,5-krát nižšie, ako stanovujú regulačné dokumenty;

GTP má dobré dynamické vlastnosti vďaka jednohriadeľovej konštrukcii a zabezpečuje stabilnú prevádzku generátora v prípade kolísania zaťaženia externej pripojenej siete;

Priemyselný dizajn plynovej turbíny poskytuje dlhú životnosť a je optimálny z hľadiska organizácie servisných prác, ktoré sa vykonávajú na mieste prevádzky;

Výrazné zníženie pôdorysu budovy, ako aj investičných nákladov vrátane nákupu celozávodného strojného a elektrického zariadenia, jeho inštalácie a uvedenia do prevádzky pri použití riešenia na báze SGT-300 (obr. 2).

Ryža. 2. Hmotnostné a rozmerové charakteristiky bloku SGT-300

Celková prevádzková doba inštalovanej flotily SGT-300 je viac ako 6 miliónov hodín, pričom prevádzková doba popredného GTU je 151 tisíc hodín Pomer dostupnosť/dostupnosť - 97,3%, pomer spoľahlivosti - 98,2%.

OPRA (Holandsko) je popredným dodávateľom energetických systémov na báze plynových turbín. OPRA vyvíja, vyrába a predáva najmodernejšie motory s plynovou turbínou s výkonom okolo 2 MW. Kľúčovou činnosťou spoločnosti je výroba elektriny pre ropný a plynárenský priemysel.

Spoľahlivý motor OPRA OP16 poskytuje vyšší výkon za nižšiu cenu a dlhšiu životnosť ako ktorákoľvek iná turbína vo svojej triede. Motor beží na niekoľko druhov kvapalných a plynných palív. Dochádza k úprave spaľovacej komory so zníženým obsahom škodlivín vo výfukových plynoch. Elektráreň OPRA OP16 1,5-2,0 MW bude spoľahlivým pomocníkom v náročných prevádzkových podmienkach.

Plynové turbíny OPRA sú dokonalým zariadením na výrobu elektrickej energie v elektrických a malých kogeneračných systémoch mimo siete. Dizajn turbíny sa vyvíjal viac ako desať rokov. Výsledkom je jednoduchý, spoľahlivý a efektívny motor s plynovou turbínou vrátane modelu s nízkymi emisiami.

Charakteristickým znakom technológie premeny chemickej energie na elektrickú v OP16 je patentovaný COFAR systém riadenia prípravy a dodávky palivovej zmesi, ktorý zabezpečuje režimy spaľovania s minimálnou tvorbou oxidov dusíka a uhlíka, ako aj s minimom nespálených zvyškov paliva. Originálna je aj patentovaná geometria radiálnej turbíny a všeobecne konzolová konštrukcia vymeniteľnej patróny vrátane hriadeľa, ložísk, odstredivého kompresora a turbíny.

Špecialisti OPRA a MES Engineering vypracovali koncept vytvorenia unikátneho jednotného technického komplexu na spracovanie odpadov. Z 55-60 miliónov ton všetkého TKO vyprodukovaného v Rusku ročne pripadá pätina - 11,7 milióna ton - na región hlavného mesta (3,8 milióna ton - Moskovský región, 7,9 milióna ton - Moskva). Zároveň sa z Moskvy odvezie mimo Moskovského okruhu 6,6 milióna ton domového odpadu. V moskovskom regióne sa tak usadzuje viac ako 10 miliónov ton odpadu. Od roku 2013 bolo z 39 skládok v Moskovskom regióne zatvorených 22. spaľovne. Rovnaká situácia nastáva vo väčšine ostatných regiónov. Výstavba veľkých závodov na spracovanie odpadu však nie je vždy zisková, takže problém spracovania odpadu je veľmi aktuálny.

Vyvinutý koncept jedného technického komplexu kombinuje plne radiálne jednotky OPRA s vysokou spoľahlivosťou a účinnosťou so systémom splyňovania / pyrolýzy MES, ktorý umožňuje efektívnu konverziu rôzne druhy odpad (vrátane TKO, ropných kalov, kontaminovanej pôdy, biologického a medicínskeho odpadu, dreveného odpadu, podvalov atď.) na vynikajúce palivo na výrobu tepla a elektriny. Výsledkom dlhodobej spolupráce je projektovanie a realizácia štandardizovaného komplexu na spracovanie odpadov s kapacitou 48 ton/deň. (obr. 3).

Ryža. 3. Celkové usporiadanie štandardného komplexu na spracovanie odpadu s kapacitou 48 ton/deň.

Súčasťou komplexu je splyňovacia jednotka MES so skladom odpadu, dva OPRA GTU s celkovým elektrickým výkonom 3,7 MW a tepelným výkonom 9 MW, ako aj rôzne pomocné a ochranné systémy.

Realizácia takéhoto komplexu umožňuje na ploche 2 hektárov získať možnosť autonómneho zásobovania energiou a teplom rôznych priemyselných a komunálnych zariadení a zároveň riešiť otázku recyklácie rôznych druhov domového odpadu.

Rozdiely medzi vyvinutým komplexom a existujúcimi technológiami vyplývajú z unikátnej kombinácie navrhovaných technológií. Malé (2 t/h) objemy spotrebovaného odpadu spolu s malou potrebnou plochou areálu umožňujú umiestnenie tohto komplexu priamo v blízkosti malých sídiel, priemyselných podnikov a pod., čím sa výrazne ušetria peniaze na neustálu prepravu odpadu na ich miesto. miesta likvidácie. Úplná autonómia komplexu umožňuje nasadiť ho takmer kdekoľvek. Použitie vyvinutého štandardného projektu, modulárnych štruktúr a maximálny stupeň továrenskej pripravenosti zariadenia umožňuje minimalizovať čas výstavby na 1-1,5 roka. Použitie nových technológií zabezpečuje najvyššiu ekologickú šetrnosť komplexu. Splyňovacia jednotka MES súčasne vyrába plyn a kvapalná frakcia palivo a vzhľadom na dvojpalivový charakter GTU OPRA sa používajú súčasne, čo zvyšuje flexibilitu paliva a spoľahlivosť dodávky energie. Nízke nároky OPRA GTU na kvalitu paliva zvyšujú spoľahlivosť celého systému. Jednotka MES umožňuje využitie odpadu s vlhkosťou do 85 %, preto odpadá sušenie odpadu, čo zvyšuje efektivitu celého komplexu. Vysoká teplota výfukových plynov OPRA GTU umožňuje spoľahlivé zásobovanie teplom horúcou vodou alebo parou (až 11 ton pary za hodinu pri 12 baroch). Projekt je štandardný a škálovateľný, čo umožňuje likvidáciu akéhokoľvek množstva odpadu.

Z realizovaných výpočtov vyplýva, že náklady na výrobu elektriny budú od 0,01 do 0,03 eura za 1 kWh, čo ukazuje na vysokú ekonomická efektívnosť projektu. Spoločnosť OPRA tak opäť potvrdila svoju orientáciu na rozširovanie sortimentu používaných palív a zvyšovanie flexibility palív, ako aj zameranie sa na maximálne využitie „zelených“ technológií pri svojom vývoji.

§ 45. Turbínové zariadenia

Morské turbíny sa používajú na premenu tepelnej energie pary alebo plynu na mechanickú prácu. Spôsob premeny energie v turbíne nezávisí od pracovnej tekutiny, ktorá sa v turbíne používa. Preto sa pracovné procesy vyskytujúce sa v parných turbínach výrazne nelíšia od pracovných procesov vyskytujúcich sa v plynové turbíny a základné konštrukčné princípy pre parné a plynové turbíny sú rovnaké.

Čerstvá para alebo plyn, vstupujúci do dýzy, ktorá je vodiacou lopatkou, expanduje, potenciálna energia sa premieňa na kinetickú energiu a para alebo plyn nadobúda značnú rýchlosť. Pri výstupe z dýzy para alebo plyn vstupuje do kanálov pracovných lopatiek namontovaných na okraji kotúča turbíny, ktorý je nasadený na hriadeli turbíny. Pracovná kvapalina tlačí na zakrivené plochy lopatiek rotora, čím sa disk s hriadeľom otáča. Uvažovaná zostava takýchto rozvádzacích lopatiek (dýz) a rotorových lopatiek na kotúči turbíny je tzv stupeň turbíny. Turbíny len s jedným stupňom sú tzv jednostupňový Na rozdiel od viacstupňový turbíny.

Turbíny podľa princípu činnosti pracovnej tekutiny (para alebo plynu) sú rozdelené do dvoch hlavných skupín. Turbíny, v ktorých k expanzii pary alebo plynu dochádza len v stacionárnych vodiacich lopatkách a na lopatky rotora sa využíva len ich kinetická energia, sa nazývajú tzv. aktívny. Turbíny, v ktorých dochádza pri pohybe aj k expanzii pary alebo plynu pracovná kvapalina v kanáloch rotorových listov sa nazýva reaktívny. Turbíny sa otáčajú iba jedným smerom a sú nereverzibilné, t.j. nemôžu meniť smer otáčania. Preto sú na rovnakom hriadeli s hlavnými doprednými turbínami zvyčajne umiestnené spätné turbíny. Výkon lodných reverzných turbín nepresahuje 40-50% výkonu dopredných turbín. Keďže tieto turbíny nemusia poskytovať vysokú účinnosť v prevádzke, počet stupňov v nich je malý.

Morské parné turbíny pracujúce pri počiatočnom tlaku pary 40–50 atm a teplote pary 450–480 °C majú ekonomickú účinnosť 24–27 %.

ekonomické(efektívna) účinnosť je pomer tepla premeneného na užitočnú prácu k teplu vyvinutému pri úplnom spaľovaní spotrebovaného paliva. Efektívna účinnosť charakterizuje účinnosť motora. So zvýšením tlaku na 70-80 atm a teplotou pary do 500-550 ° C sa ekonomická účinnosť zvyšuje na 29-31%. Ďalšie zvýšenie počiatočného tlaku pary a zlepšenie zariadení zvýši účinnosť zariadenia s námornou parnou turbínou o približne 35 %.

Práce na elektrárňach s lodnými plynovými turbínami (GTP) majú v podstate stále experimentálny charakter, keďže ich sériový dizajn ešte nebol vytvorený.

plynová turbína sa od pary líši tým, že jej pracovnou tekutinou nie je para z kotlov, ale plyny vznikajúce pri spaľovaní paliva v špeciálnych komorách.

Konštrukcia a prevádzka plynovej turbíny je podobná ako pri parnej turbíne. Môžu byť tiež aktívne alebo reaktívne, jednotrupové, viactrupové a pod.. Plynové turbíny sa od parných líšia vyšším teplotným zaťažením: teplota horúcich plynov sa pohybuje v rozmedzí 700-800 °C. Rozdiel teplôt znižuje zdroje času prevádzky plynovej turbíny.

V závislosti od spôsobu stláčania vzduchu a tvorby horúcich plynov sú zariadenia s plynovou turbínou so spaľovacou komorou a jednotky s plynovou turbínou s generátory plynu s voľným piestom(SPGG). Negatívnou vlastnosťou plynových turbín je veľká strata tepla pri odvode výfukových plynov.

Metódou zvyšovania účinnosti plynových turbín je využitie tepla výfukových plynov na ohrev vzduchu vstupujúceho do spaľovacej komory, takzvaná regenerácia.

Použitie regenerácie so súčasným dvojstupňovým stláčaním vzduchu zvyšuje efektívnu účinnosť inštalácie až na 28-30%. Takéto plynové turbíny sa používajú ako lodné elektrárne.

V zariadení lodnej plynovej turbíny so spaľovacou komorou (obr. 69) je nasávaný atmosférický vzduch, stlačený kompresorom nízky tlak 1, ktorý je umiestnený na rovnakom hriadeli s plynovou turbínou 5 a je privádzaný do chladiča 2 chladeného morskou vodou. Ochladený vzduch vstupuje do vysokotlakového kompresora 3, kde je opäť stlačený na vyšší tlak, potom je privádzaný do regenerátora 4, odkiaľ je ohrievaný výfukovými plynmi a ide do spaľovacej komory 6, kde tam dodané palivo vyhorí. Splodiny horenia expandujú v plynovej turbíne 5 a cez regenerátor po odovzdaní časti tepla vzduchu v ňom vychádzajú do atmosféry alebo sa využívajú v kotli na odpadové teplo.

Ryža. 69. Schéma zariadenia s plynovou turbínou s regeneráciou a dvojstupňovou kompresiou vzduchu.

Energia vyvinutá v plynovej turbíne nie je plne využitá na jej hlavný účel, ale je čiastočne vynaložená na pohon kompresorov. Na spustenie plynovej turbíny je potrebné ju rozkrútiť spustením elektromotorov.

Zariadenie s plynovou turbínou s generátorom plynu s voľným piestom (SPGG) je aktívna alebo prúdová turbína a dieselový valec, v ktorom sa spaľuje palivo. Kombinované zariadenie s plynovou turbínou s SGSG je znázornené na obr. 70.

SPGG valec 1 má dva pracovné piesty 2 na rovnakých tyčiach s piestami kompresorov 3. Pri spaľovaní zmesi vzduchu a paliva privádzaného cez dýzu 11 sa plyny vo valci rozťahujú a tlačia piesty od seba. V dutinách 6 kompresorových valcov 5 sa vytvorí vákuum a cez ventily 7 sa nasáva atmosférický vzduch. Súčasne sa v dutine 4 kompresorových valcov stlačí vzduch a pracovné piesty sa vrátia do pôvodnej polohy.

Keď sa piesty vo valci rozchádzajú, najprv sa otvoria výfukové okná 9 a potom sa prefúknu okná 10. Výfukové plyny vstupujú cez výfukové okná do zberača 8 a odtiaľ do plynovej turbíny 12.

Počas spätného zdvihu piestov kompresora sú výfukové a čistiace okná zatvorené, vzduch z dutiny 6 je vstrekovaný do čistiaceho prijímača a vzduch v pracovnom valci je stlačený. Na konci kompresie teplota vzduchu stúpne a palivo vstreknuté v tom momente tryskou sa zapáli. Začína sa nový cyklus prevádzky generátora plynu s voľnými piesty.

Efektívna účinnosť takejto kombinovanej elektrárne s plynovou turbínou s SGSG sa blíži k 40 %, vďaka čomu je výhodné ich inštalovať na lode. Elektrárne s plynovou turbínou s SGSG sú sľubné a budú široko používané na lodiach ako hlavné motory.

Ryža. 70. Schéma zariadenia s plynovou turbínou s generátorom plynu s voľným piestom (SPGG).

Námorné jadrové zariadenia sa používajú na výrobu tepelnej energie v dôsledku štiepenia jadier štiepnych prvkov, ku ktorému dochádza v zariadeniach nazývaných jadrové reaktory. Plavidlá s takýmito zariadeniami majú takmer neobmedzený rozsah plavby.

Energia uvoľnená reakciou jadrového štiepenia pri použití 1 kg uránu sa približne rovná energii získanej spaľovaním 1400 ton vykurovacieho oleja. Denná spotreba jadrového paliva na dopravných lodiach sa odhaduje len na desiatky gramov. Obdobie výmeny palivových článkov v lodných reaktoroch je dva až tri roky. Napriek tomu veľká váha jadrové zariadenie, spôsobené veľkou hmotnosťou biologickej ochrany, nosnosťou lodí s jadrové zariadenia oveľa viac ako nosnosť lodí rovnakých rozmerov so všeobecne uznávanými elektrárňami. Nárast nosnej kapacity na týchto lodiach je spôsobený nedostatkom konvenčného paliva na nich.

Na zvýšenie rýchlosti lodí sa používajú zariadenia fungujúce na jadrová energia, je cenovo výhodný, umožňuje zvýšiť výkon elektrární bez prudkého nárastu ich hmotnosti. Rozhodujúcou výhodou lodných jadrových zariadení je absencia potreby vzduchu počas ich prevádzky. Táto funkcia rieši problém dlhodobého pohybu lodí pod vodou. Ako viete, lode, ktoré plávajú pod vodou v homogénnom prostredí, narážajú na menší odpor ako povrchové lode, a preto pri rovnakom výkone motora môžu dosiahnuť vysoké rýchlosti. Podvodná preprava veľkého výtlaku môže byť v prevádzke oveľa výnosnejšia ako povrchové plavidlá s rovnakým výtlakom.

Ako jadrové palivo pre moderné lodné reaktory sa používa umelo obohatený urán obsahujúci izotop U 235 v množstve 3-5%.

Časť reaktora, kde prebieha reťazová reakcia, sa nazýva jadro. Do tejto zóny sa zavádza špeciálna látka – moderátor neutrónov, ktorý spomalí pohyb neutrónov na rýchlosť tepelného pohybu. Ako moderátor sa používa jednoduchá voda (H 2 0), ťažká voda (D 2 0), berýlium alebo grafit.

Podľa typu aktívnej zóny sa reaktory delia na homogénne a heterogénne. V homogénnych reaktoroch jadrové palivo a moderátor sú homogénna zmes. V heterogénnych reaktoroch sa jadrové palivo nachádza v moderátore vo forme tyčí alebo dosiek nazývaných palivové články. V lodných jadrových elektrárňach sa používa iba jeden typ – heterogénne reaktory.

Pri jadrovej reakcii sa asi 80 % energie premení na teplo a 20 % sa uvoľní vo forme žiarenia (a, b a y), a- a b-žiarenie nepredstavuje zvláštne nebezpečenstvo. Ale y-žiarenie a neutrónové žiarenie, ktoré majú vysokú penetračnú silu, spôsobujú sekundárne žiarenie v mnohých materiáloch. Pri tomto žiarení dochádza v ľudskom tele k závažným ochoreniam. Aby sa zabránilo takémuto žiareniu, jadrové elektrárne musia mať spoľahlivú ochranu, nazývanú biologická. Biologická ochrana je zvyčajne vyrobená z kovu, vody a betónu, má výrazné rozmery a hmotnosť.

Najvýkonnejšou a technicky najvyspelejšou námornou jadrovou elektrárňou na civilných lodiach je elektráreň na ľadoborec Lenin, najvýkonnejší ľadoborec na svete.

Výkon jeho štyroch turbín je 44 000 litrov. s.

Hlavná elektráreň ľadoborca ​​"Lenin" je vyrobená podľa nasledujúcej schémy (obr. 71). Ľadoborec má tri reaktory 1 so stabilizátormi tlaku 2 v primárnom okruhu. Moderátor a chladiaca kvapalina je obyčajná voda pod tlakom asi 200 atm. Reaktorová voda je privádzaná do parogenerátorov 3 o teplote cca 325 °C obehovými elektrickými čerpadlami 4. V parogenerátoroch sa para získava z druhého okruhu o tlaku 29 atm a teplote 310 °C, ktorá poháňa štyri parné turbínové generátory 5. Odpadová para prechádza cez kondenzátory 6 vo forme kondenzátu a opäť sa používa, pričom vykonáva prácu v uzavretom cykle.

Reaktory, parogenerátory a jadrové čerpadlá sú obklopené biologickou ochranou z vrstvy vody a oceľových plechov s hrúbkou 300-420 mm.

Lodné prúdové motory sa používajú v krídlových alebo špeciálnych lodiach. Bežná schéma prúdového motora je znázornená na obr. 72.

Ryža. 71. Schéma elektrárne ľadoborca ​​"Lenin"

Pri pohybe motora doľava (v smere šípky A) vstupuje vzduch do jeho krytu a je stláčaný turbodúchadlom 1. Stlačený vzduch sa privádza do spaľovacej komory 2, v ktorej sa spaľuje súčasne privádzané palivo. Z komory 2 sú produkty spaľovania posielané do plynovej turbíny 3. V turbíne plyny čiastočne expandujú, čím vykonávajú prácu na pohon turbodúchadla. K ďalšej expanzii plynu dochádza v dýze 4, odkiaľ vysokou rýchlosťou uniká do atmosféry. Reakcia vytekajúceho prúdu zabezpečuje pohyb nádoby.

Na nemeckých ponorkách v druhej svetovej vojne bola použitá paroplynová turbína pracujúca na Waltherovom cykle s cieľom zvýšiť ich rýchlosť pri ponorení. Loď s takouto inštaláciou by mohla vyvinúť vysoké podvodné rýchlosti po dobu 5-6 hodín, dosahujúce až 22-25 uzlov.

Oxidačným činidlom v tomto cykle bol vysoký (80 %) peroxid vodíka, ktorý sa za prítomnosti katalyzátora rozkladá v špeciálnej komore na vodnú paru a kyslík, pričom sa uvoľňuje značné množstvo tepla. V spaľovacej komore sa spaľovalo kvapalné palivo v kyslíku so súčasným vstrekovaním čerstvej vody do toho istého miesta. Energia výslednej zmesi para-plyn s vysokým tlakom a vysoká teplota používané v parnej turbíne. Zmes vyčerpaného plynu a pár sa ochladila v kondenzátore, kde sa vodná para premenila na vodu a opäť vstúpila do systému napájacej vody a oxid uhličitý sa prečerpal cez palubu.

Hlavnými nevýhodami týchto zariadení bol krátky dosah plavby lodí s maximálnymi rýchlosťami, zvýšené nebezpečenstvo požiaru v dôsledku prítomnosti veľkého množstva peroxidu vodíka na lodi, závislosť ich normálnej prevádzky od hĺbky ponorenia a vysoká cena. samotnej inštalácie a jej prevádzky.

V Anglicku v povojnové roky ponorka "Exilorer" bola postavená s elektrárňou tohto typu. Počas testov sa zistilo, že náklady na jednu hodinu chodu zodpovedajú nákladom 12,5 kg zlata.

Vpred
Obsah
späť

V autonómnej výrobe - malá výroba elektriny v V poslednej dobe venuje značná pozornosť plynové turbíny iná sila. Elektrárne na základni plynové turbíny sa používajú ako hlavný alebo záložný zdroj elektriny a tepla pre priemyselné alebo domáce objekty. plynové turbíny ako súčasť elektrární sú určené na prevádzku v akýchkoľvek klimatických podmienkach Ruska. Oblasti použitia plynové turbíny prakticky neobmedzené: ropný a plynárenský priemysel, priemyselné podniky, stavby bývania a komunálnych služieb.

Pozitívny faktor použitia plynové turbíny v sektore bývania je obsah škodlivých emisií vo výfukových plynoch NO x a CO na úrovni 25, respektíve 150 ppm (pre piestové zariadenia sú tieto hodnoty oveľa vyššie), čo umožňuje inštalovať elektráreň v blízkosti obytných oblastí. Použitie plynové turbíny ako energetické jednotky elektrární sa vyhýba výstavbe vysokých komínov.

V závislosti od potrieb plynové turbíny vybavené parnými alebo teplovodnými kotlami na odpadové teplo, čo umožňuje prijímať z elektrárne buď paru (nízko, stredno, vysokotlakovo) pre potreby procesu, alebo horúcu vodu (TÚV) so štandardnými hodnotami teploty. Môžete získať paru a horúcu vodu súčasne. Výkon tepelnej energie vyrobenej elektrárňou založenou na plynových turbínach je spravidla dvakrát vyšší ako výkon elektrickej energie.

V elektrárni plynové turbíny v tejto konfigurácii sa palivová účinnosť zvyšuje na 90 %. Vysoká účinnosť použitia plynové turbíny ako pohonné jednotky je zabezpečená pri dlhodobej prevádzke s maximálnym elektrickým zaťažením. S dostatočným výkonom plynové turbíny je tu možnosť kombinovaného využitia parných turbín. Toto opatrenie umožňuje výrazne zvýšiť efektívnosť využívania elektrárne, pričom elektrická účinnosť sa zvýši až na 53%.

Koľko stojí elektráreň s plynovou turbínou? Aká je jeho plná cena? Čo je zahrnuté v cene na kľúč?

Autonómny tepelná elektráreň na báze plynových turbín má veľa ďalších drahých, ale často spravodlivých potrebné vybavenie(reálnym príkladom je dokončený projekt). Pri použití prvotriedneho zariadenia náklady na elektráreň tejto úrovne na kľúč nepresahujú 45 000 - 55 000 rubľov na 1 kW inštalovaného elektrického výkonu. Konečná cena elektrárne na báze plynových turbín závisí od konkrétnych úloh a potrieb spotrebiteľa. Cena zahŕňa návrh, zhotovenie a uvedenie do prevádzky. Samotné plynové turbíny ako pohonné jednotky bez dodatočného vybavenia v závislosti od výrobcu a výkonu stoja od 400 do 800 dolárov za 1 kW.

Ak chcete získať informácie o nákladoch na výstavbu elektrárne alebo tepelnej elektrárne vo vašom konkrétnom prípade, musíte našej spoločnosti zaslať vyplnený dotazník. Potom po 2-3 dňoch dostane zákazník-klient predbežný technický a obchodný návrh - TCH (krátky príklad). Zákazník na základe TCH robí konečné rozhodnutie o výstavbe elektrárne na báze plynových turbín. Klient spravidla pred rozhodnutím navštívi už existujúci objekt, aby sa prezrel moderná elektráreň a "dotýkajte sa všetkého rukami." Priamo na prevádzke dostane zákazník odpovede na existujúce otázky.

Koncepcia blokovo-modulárnej výstavby je často braná ako základ pre výstavbu elektrární na báze plynových turbín. Blokovo-modulárny dizajn poskytuje vysoký stupeň továrenská pripravenosť elektrární s plynovou turbínou a znižuje čas výstavby energetických zariadení.

Plynové turbíny - nejaká aritmetika nákladov na vyrobenú energiu

Na výrobu 1 kW elektriny spotrebujú plynové turbíny iba 0,29 – 0,37 m³/h plynového paliva. Pri spaľovaní jedného kubického metra plynu generujú plynové turbíny 3 kW elektriny a 4-6 kW tepelnej energie. S cenou (priemernou) za zemný plyn v roku 2011 3 ruble. na 1 m³ sú náklady na 1 kW elektriny získanej z plynovej turbíny približne 1 rubeľ. Okrem toho spotrebiteľ dostáva 1,5–2 kW bezplatnej tepelnej energie!

Pri autonómnom napájaní z elektrárne založenej na plynových turbínach sú náklady na vyrobenú elektrinu a teplo 3-4 krát nižšie ako tarify platné v krajine, a to nezohľadňuje vysoké náklady na pripojenie k štátnej energii. siete (60 000 rubľov na 1 kW v moskovskom regióne, 2011).

Výstavba autonómnych elektrární na základe plynové turbíny umožňuje značné úspory Peniaze Elimináciou nákladov na výstavbu a prevádzku drahých elektrických vedení (TL) môžu elektrárne na báze plynových turbín výrazne zvýšiť spoľahlivosť dodávok elektriny a tepla ako pre jednotlivé podniky alebo organizácie, tak aj pre regióny ako celok.
Stupeň automatizácie elektrárne založenej na plynových turbínach umožňuje opustiť veľké množstvo servisný personál. Počas prevádzky plynovej elektrárne zabezpečujú jej prevádzku len traja ľudia: operátor, elektrikár v službe a mechanik v službe. V prípade núdze sú zabezpečené spoľahlivé ochranné systémy na zaistenie bezpečnosti personálu, bezpečnosti systémov a jednotiek plynovej turbíny.

Atmosférický vzduch cez prívod vzduchu vybavený filtračným systémom (nie je znázornený na obrázku) sa privádza na vstup viacstupňového axiálny kompresor. Kompresor stláča atmosférický vzduch a dodáva ho pod vysokým tlakom do spaľovacej komory. Súčasne sa cez dýzy dodáva určité množstvo plynného paliva do spaľovacej komory turbíny. Palivo a vzduch sa zmiešajú a zapália. Zmes vzduchu a paliva horí a uvoľňuje sa veľké množstvo energie. Energia plynných produktov spaľovania sa premieňa na mechanickú prácu v dôsledku otáčania lopatiek turbíny prúdmi horúceho plynu. Časť prijatej energie sa použije na stlačenie vzduchu v turbínovom kompresore. Zvyšok práce sa prenáša na elektrický generátor cez hnaciu nápravu. Táto práca je užitočnou prácou plynovej turbíny. Splodiny horenia, ktoré majú teplotu asi 500-550 °C, sú odvádzané výfukovým traktom a difúzorom turbíny a môžu byť ďalej použité napríklad vo výmenníku tepla na získanie tepelnej energie.

Plynové turbíny ako motory majú spomedzi spaľovacích motorov najvyšší merný výkon až 6 kW/kg.

Ako palivo pre plynovú turbínu je možné použiť petrolej, naftu, plyn.

Jednou z výhod moderných plynových turbín je dlhá životný cyklus- životnosť motora (plná až 200 000 hodín, pred generálnou opravou 25 000–60 000 hodín).

Moderné plynové turbíny sú vysoko spoľahlivé. Existujú dôkazy o nepretržitej prevádzke niektorých blokov niekoľko rokov.

Mnohí dodávatelia plynových turbín vykonávajú generálne opravy v teréne, pričom vymieňajú jednotlivé komponenty bez ich prepravy do továrne, čo výrazne znižuje časové náklady.

Možnosť dlhodobej prevádzky v akomkoľvek výkonovom rozsahu od 0 do 100 %, absencia vodného chladenia, prevádzka na dva druhy paliva – to všetko robí z plynových turbín obľúbené pohonné jednotky pre moderné autonómne elektrárne.

Použitie plynových turbín je najúčinnejšie v stredných elektrárňach a pri výkonoch nad 30 MW je voľba jasná.

Gritsyna V.P.

V súvislosti s mnohonásobným rastom taríf za elektrinu v Rusku mnohé podniky zvažujú výstavbu vlastných nízkokapacitných elektrární. V mnohých regiónoch sa rozvíjajú programy výstavby malých alebo mini tepelných elektrární, najmä ako náhrada za zastarané kotolne. V novej malej kogeneračnej jednotke s mierou využitia paliva až 90 % pri plnom využití telesa vo výrobe a na vykurovanie môžu byť náklady na prijatú elektrinu výrazne nižšie ako náklady na elektrinu prijatú z elektrickej siete.

Pri zvažovaní projektov na výstavbu malých tepelných elektrární sa energetici a špecialisti podnikov riadia ukazovateľmi dosiahnutými vo veľkej energetike. Neustále zdokonaľovanie plynových turbín (GTU) na použitie pri výrobe elektrickej energie vo veľkom meradle umožnilo zvýšiť ich účinnosť až na 36 % alebo viac a použitie kombinovaného paroplynového cyklu (CCGT) zvýšilo elektrickú účinnosť tepelných elektrární až 54% -57%.
V maloobjemovej energetike je však nevhodné uvažovať o možnosti využitia komplexných schém kombinovaných cyklov CCGT na výrobu elektriny. Okrem toho plynové turbíny v porovnaní s plynovými motormi ako pohony pre elektrické generátory výrazne strácajú na účinnosti a výkonnostné charakteristiky najmä pri nízkych výkonoch (menej ako 10 MW). Keďže u nás sa plynové turbíny ani plynové piestové motory v malej stacionárnej výrobe elektriny zatiaľ veľmi nepoužívajú, je výber konkrétneho technického riešenia značným problémom.
Tento problém je aktuálny aj pre energetiku veľkého rozsahu, t.j. pre energetické systémy. V modernom ekonomické podmienky, pri nedostatku financií na výstavbu veľkých elektrární na zastaraných projektoch, čo už možno pripísať na vrub domáci projekt CCGT 325 MW, navrhnutý pred 5 rokmi. Energetické systémy a RAO UES Ruska by mali venovať osobitnú pozornosť rozvoju výroby elektrickej energie v malom rozsahu, v ktorých zariadeniach je možné testovať nové technológie, ktoré umožnia začať s oživovaním domácich turbín a strojární a , v budúcnosti prejsť na veľké kapacity.
V poslednom desaťročí sa v zahraničí vybudovali veľké dieselové alebo plynové motorové tepelné elektrárne s výkonom 100-200 MW. Elektrická účinnosť elektrární s naftovým alebo plynovým motorom (DTPP) dosahuje 47 %, čo prevyšuje výkon plynových turbín (36 % – 37 %), ale je horšia ako výkon CCGT (51 % – 57 %). CCGT elektrárne zahŕňajú širokú škálu zariadení: plynovú turbínu, parný kotol na odpadové teplo, parnú turbínu, kondenzátor, systém úpravy vody (plus pomocný kompresor, ak sa spaľuje nízko alebo strednotlakový zemný plyn. Dieselové generátory môžu bežať na ťažké palivo, ktoré je 2-krát lacnejšie ako palivo plynovej turbíny a môže pracovať na nízkotlakový plyn bez použitia pomocných kompresorov.Podľa S.E.M.T. PIELSTICK, celkové náklady na prevádzku dieselového agregátu s výkonom 20 MW nad 15 rokov je 2-krát menej ako pri tepelnej elektrárni s plynovou turbínou rovnakého výkonu pri použití kvapalného paliva oboma elektrárňami.
Sľubný Ruský výrobca dieselové pohonné jednotky do 22 MW je Bryansk Machine-Building Plant, ktorý zákazníkom ponúka pohonné jednotky so zvýšenou účinnosťou až 50 % pre prevádzku ako na ťažké palivo s viskozitou do 700 cSt pri 50 C a obsahom síry do do 5 % a na prevádzku na plynné palivo.
Možnosť veľkej dieselovej tepelnej elektrárne môže byť výhodnejšia ako elektráreň s plynovou turbínou.
Pri výrobe elektriny v malom meradle s jednotkovým výkonom menším ako 10 MW sú výhody moderných dieselových generátorov ešte výraznejšie.
Uvažujme tri varianty tepelných elektrární s plynovými turbínami a plynovými piestovými motormi.

Kogeneračná jednotka pracujúca pri menovitom zaťažení 24 hodín denne s kotlami na odpadové teplo na dodávku tepla alebo pary.

KGJ, elektrocentrála a kotol na odpadové teplo, ktoré sú v prevádzke len cez deň, v noci je teplo dodávané zo zásobníka teplej vody.

Tepelná elektráreň, ktorá vyrába iba elektrinu bez využitia tepla spalín.

Faktor využitia paliva pre prvé dve možnosti elektrární (s rozdielnou elektrickou účinnosťou) v dôsledku dodávky tepla môže dosiahnuť 80% -94%, a to ako v prípade plynových turbín, tak aj pri motorových pohonoch.
Ziskovosť všetkých variantov elektrární závisí predovšetkým od spoľahlivosti a účinnosti "prvej etapy" - pohonu elektrického generátora.
Nadšenci pre používanie malých plynových turbín vedú kampaň za ich široké využitie, pričom si všímajú vyššiu hustotu výkonu. Napríklad v [1] sa uvádza, že Elliot Energy Systems (v rokoch 1998-1999) buduje distribučnú sieť 240 distribútorov v Severnej Amerike, ktorí poskytujú inžiniersku a servisnú podporu pre predaj „mikro“ plynových turbín. Elektrická sieť objednala 45 kW turbínu, aby bola pripravená na dodávku v auguste 1998. Tiež uviedla, že elektrická účinnosť turbíny bola až 17 %, a poznamenala, že plynové turbíny sú spoľahlivejšie ako dieselové generátory.
Toto tvrdenie je presne opačné!
Ak sa pozriete na tabuľku. 1. potom uvidíme, že v tak širokom rozsahu od stoviek kW až po desiatky MW je účinnosť motorového pohonu o 13% -17% vyššia. Uvedený zdroj motorového pohonu spoločnosti "Vyartsilya" znamená zaručený zdroj až do úplnej generálnej opravy. Zdroj nových plynových turbín je vypočítaný zdroj potvrdený testami, nie však štatistikou práce v reálnej prevádzke. Podľa mnohých zdrojov je zdroj plynových turbín 30 - 60 000 hodín s poklesom s poklesom výkonu. Zdroj dieselových motorov zahraničnej výroby je 40 - 100 tisíc hodín alebo viac.

stôl 1
Hlavné technické parametre pohonov elektrických generátorov
Elektráreň s plynovou turbínou G, elektráreň D-plynový piest vo Vyartsilya.
D - diesel z katalógu Gazprom
* Minimálna hodnota požadovaného tlaku vykurovacieho plynu = 48 ATA!!
Výkonnostné charakteristiky
Elektrická účinnosť (a výkon) Podľa údajov Värtsilä, keď sa zaťaženie zníži zo 100 % na 50 %, účinnosť elektrického generátora poháňaného plynovým motorom sa zmení len málo.
Účinnosť plynového motora sa do 25 °C prakticky nemení.
Výkon plynovej turbíny klesá rovnomerne od -30°C do +30°C.
Pri teplotách nad 40 °C je zníženie výkonu plynovej turbíny (od nominálneho) o 20 %.
Doba spustenia plynový motor z 0 na 100% zaťaženie je menej ako minúta a núdzový za 20 sekúnd. Spustenie plynovej turbíny trvá približne 9 minút.
Tlak prívodu plynu pre plynovú turbínu by to malo byť 16-20 barov.
Tlak plynu v sieti pre plynový motor môže byť 4 bar (abs) a dokonca 1,15 bar pre motor 175 SG.
Kapitálové výdavky v tepelnej elektrárni s výkonom asi 1 MW podľa špecialistov z Vartsily predstavujú 1 400 USD/kW pre elektráreň s plynovou turbínou a 900 USD/kW pre elektráreň s plynovým piestom.

Aplikácia kombinovaného cyklu pri malých KVET je inštalácia ďalšej parnej turbíny nepraktická, pretože len 1,5-násobne zvyšuje počet tepelných a mechanických zariadení, plochu strojovne a počet personálu údržby.
S poklesom výkonu CCGT z 325 MW na 22 MW, podľa údajov elektrárne "Mashproekt" (Ukrajina, Nikolaev), predná účinnosť elektrárne klesá z 51,5% na 43,6%.
Účinnosť dieselovej pohonnej jednotky (používajúcej plynové palivo) s výkonom 20-10 MW je 43,3%. Treba poznamenať, že v lete v CHPP s dieselovou jednotkou môže byť zásobovanie teplou vodou zabezpečené z chladiaceho systému motora.
Výpočty konkurencieschopnosti elektrární na báze plynových motorov ukázali, že náklady na elektrickú energiu v malých (1-1,5 MW) elektrárňach sú približne 4,5 centov / kWh a vo veľkých 32-40 MW plynových elektrárňach 3, 8 US centov/kWh
Podľa podobného spôsobu výpočtu stojí elektrina z kondenzačnej jadrovej elektrárne približne 5,5 amerických centov/kWh. a uhlie IES asi 5,9 centov. USA/kWh V porovnaní s uhoľným CPP vyrába zariadenie s plynovými motormi elektrinu o 30 % lacnejšie.
Náklady na elektrinu vyrobenú mikroturbínami sa podľa iných zdrojov odhadujú na 0,06 až 0,10 USD/kWh
Očakávaná cena za kompletný generátor s plynovou turbínou s výkonom 75 kW (USA) je 40 000 USD, čo zodpovedá jednotkovým nákladom pre väčšie (viac ako 1 000 kW) elektrárne. Veľkou výhodou pohonných jednotiek s plynovými turbínami sú ich menšie rozmery, 3 a viackrát menšia hmotnosť.
Treba poznamenať, že jednotkové náklady ruských elektrických generátorových súprav na báze automobilových motorov s výkonom 50-150 kW môžu byť niekoľkonásobne nižšie ako spomínané turbobloky (USA), vzhľadom na sériovú výrobu motorov a nižšiu náklady na materiály.
Tu je názor dánskych odborníkov, ktorí hodnotia svoje skúsenosti s realizáciou malých elektrární.
„Investícia do dokončenej kombinovanej výroby na kľúč v prevádzke zemný plyn, s kapacitou 0,5-40 MW sú 6,5-4,5 milióna dánskych korún na 1 MW (1 koruna sa približne rovnala 1 rubľu v lete 1998). Kogeneračné jednotky s kombinovaným cyklom pod 50 MW dosiahnu elektrickú účinnosť 40 – 44 %.
Prevádzkové náklady za mazacie oleje, Údržba a údržba personálu v KVET dosahuje 0,02 korún na 1 kWh vyrobenú plynovými turbínami. V kogeneračných jednotkách s plynovými motormi sú prevádzkové náklady približne 0,06 dát. korún za 1 kWh. Pri súčasných cenách elektriny v Dánsku vysoký výkon plynových motorov viac než kompenzuje ich vyššie prevádzkové náklady.
Dánski špecialisti veria, že väčšina kogeneračných jednotiek s výkonom pod 10 MW bude v nasledujúcich rokoch vybavená plynovými motormi.“

závery
Vyššie uvedené odhady, zdá sa, jednoznačne ukazujú výhody motorového pohonu pri nízkom výkone elektrární.
V súčasnosti však výkon navrhovaného motorového pohonu ruskej výroby na zemný plyn nepresahuje výkon 800 kW – 1500 kW (závod RUMO, N-Novgorod a strojársky závod Kolomna) a viaceré závody môžu ponúknuť turbopohony tzv. vyšší výkon.
Dve továrne v Rusku: závod im. Klimov (St. Petersburg) a Perm Motors sú pripravené dodať kompletné energetické jednotky mini-CHP s kotlami na odpadové teplo.
V prípade organizovania kraj servisné stredisko otázky údržby a opráv malých turbín turbín je možné riešiť výmenou turbíny za záložnú za 2-4 hodiny a jej ďalšou opravou v továrenských podmienkach technického strediska.

Účinnosť plynových turbín možno v súčasnosti zvýšiť o 20-30% aplikovaním energetického vstrekovania pary do plynovej turbíny (STIG cyklus alebo paroplynový cyklus v jednej turbíne). V predchádzajúcich rokoch bolo toto technické riešenie odskúšané v celoplošných poľných skúškach elektrárne Vodolei v Nikolajeve (Ukrajina) JE Mashproekt a PA Zarya, čo umožnilo zvýšiť výkon turbínového bloku zo 16 na 25 MW resp. účinnosť sa zvýšila z 32,8 % na 41,8 %.
Nič nám nebráni preniesť tieto skúsenosti do menších kapacít a implementovať tak CCGT do sériovej dodávky. V tomto prípade je elektrická účinnosť porovnateľná s účinnosťou dieselových motorov a merný výkon sa zvýši natoľko, že investičné náklady môžu byť o 50 % nižšie ako v kogeneračnej jednotke poháňanej plynovým motorom, čo je veľmi atraktívne.

Toto preskúmanie sa uskutočnilo s cieľom ukázať: že pri zvažovaní možností výstavby elektrární v Rusku, a ešte viac pokynov na vytvorenie programu výstavby elektrární, je potrebné zvážiť nie individuálne možnosti, ktoré môžu ponúknuť dizajnérske organizácie, ale široká škála problémov s prihliadnutím na možnosti a záujmy domácich a regionálnych výrobcov zariadení.

Literatúra

1. Power Value, zväzok 2, č. 4, júl/august 1998, USA, Ventura, CA.
Trh malých turbín
Stan Price, Northwest Energy Efficiency Council, Seattle, Washington a Portland, Oregon
2. Nové smery výroby energie vo Fínsku
ASKO VUORINEN, doc. tech. Sciences, Vartsila NSD Corporation JSC, "ENERGETIK" -11.1997. strana 22
3. Diaľkové vykurovanie. Výskum a vývoj technológií v Dánsku. Ministerstvo energetiky. Energetická správa, 1993
4. DIESELOVÉ ELEKTRÁRNE. S.E.M.T. PIELSTICK. Prospekt výstavy POWERTEK 2000, 14. až 17. marca 2000
5. Elektrárne a elektrické jednotky odporúčané na použitie v zariadeniach OAO GAZPROM. KATALÓG. Moskva 1999
6. Dieselová elektráreň. Perspektíva OAO "Bryansk Machine-Building Plant". 1999 Brožúra k výstave POWERTEK 2000/
7. NK-900E Blokovo-modulárna tepelná elektráreň. Vedecký a technický komplex OJSC Samara pomenovaný po V.I. N.D. Kuznecovová. Brožúra k výstave POWERTEK 2000