Usinas a gás: fonte de energia autônoma em uma ampla faixa de potência

As centrais elétricas portáteis de pistão a gás tornaram-se um excelente análogo das unidades que funcionam com óleo diesel e gasolina. Quão lucrativo é o uso de tais fontes de eletricidade, como equipar sua casa com elas e quais nuances você precisa considerar ao usá-las, este artigo irá dizer.

A subida dos preços da eletricidade dá origem a novas propostas no mercado de fontes autónomas de abastecimento de energia. Uma palavra nova nessa área são as termelétricas movidas a gás natural. Nos últimos 15 anos, a produção de tais instalações quase dobrou, e a própria tecnologia de geração de energia local se tornou tão sofisticada que o custo de um quilowatt de eletricidade gerado é mais barato do que quando é consumido em redes urbanas. Mais sobre os benefícios das usinas movidas a gás:

1. Versatilidade de posicionamento. As usinas a gás não requerem condições geológicas ou climáticas especiais para instalação. Devido ao seu tamanho e peso relativamente pequenos, apenas uma base de concreto preparada é necessária para a instalação de uma estação independente. A falta de um grande suprimento de água para eles também não é crítica..
2. Durabilidade. Diferentes fabricantes garantem diferentes tempos de vida. Em geral, as estações operam sem grandes reparos por 30 anos, e com a substituição de uma série de unidades executivas – até 100 anos.
3. Modo de operação totalmente automático. A unidade de controle eletrônico embutida, presente em quase todas as instalações, regula automaticamente o abastecimento de combustível e monitora a saúde da unidade em tempo real. O papel do pessoal de serviço é reduzido à comutação operacional, monitoramento e controle de parâmetros.
4. Ampla faixa de potência. As mini-usinas a gás podem fornecer eletricidade tanto para empresas de uso intensivo de energia quanto para uma pequena casa de campo. Dependendo da versão, eles garantem a produção de eletricidade de 5 kW a vários megawatts..
5. A capacidade de usar como fonte de backup. Quase qualquer usina de energia pode ser equipada com um ATS e uma unidade de partida automática. Muitos fabricantes produzem módulos padrão para atualizar geradores instalados anteriormente.
6. Baixo custo de energia elétrica gerada. O custo da eletricidade consumida nas redes urbanas inclui os custos de seu transporte por meio de linhas de transmissão e manutenção de subestações. É muito mais barato transportar um portador de energia a gás, então o custo da eletricidade gerada por usinas a gás é inferior a dois rublos por quilowatt.
7. Liberdade na escolha do combustível. As usinas de energia operam com qualquer tipo de combustível gasoso, incluindo biogás. Isso é relevante para fazendas de gado: combinar um reator de metano, uma usina de enriquecimento e uma usina de energia em um complexo de energia tornará a produção independente de suprimentos de energia.

O princípio de operação de usinas a gás

De acordo com o princípio do dispositivo, as usinas são divididas em dois tipos: turbina a gás e pistão a gás. Estes últimos possuem um design mais simples, não requerem manutenção cara durante a operação e são a opção mais econômica para uma instalação de gás. Além disso, eles quase não têm limitação de potência máxima. As usinas de turbinas a gás são mais tecnologicamente avançadas e complexas em design, mas menos econômicas: seu uso se justifica apenas na escala de produção industrial. Sua principal vantagem é a alta resistência ao desgaste das unidades e total despretensão ao tipo de combustível: em alguns casos até pó de carvão pode ser usado, mas um módulo especial para preparar a mistura de combustível é necessário.

Usinas de turbina a gás (GTE)

A base do GTE é uma turbina a gás, disposta de acordo com o princípio de um motor de avião a jato. É uma câmara de combustão cilíndrica que abriga o impulsor principal da turbina a gás. Os vapores de ar e combustível sob alta pressão entram na câmara, onde se acendem. No processo de combustão do combustível, uma corrente de gases quentes é formada, o que faz com que a turbina gire. Ele, por sua vez, transmite a rotação para o compressor e gerador, proporcionando assim a geração de energia..

É característico que as usinas de turbina produzam quase duas vezes mais energia térmica do que eletricidade. Portanto, muitas vezes são utilizados como um componente de uma usina de cogeração através da instalação de uma caldeira de desperdício no sistema de exaustão, garantindo assim não só a geração de eletricidade, mas também o fornecimento de calor em grandes volumes e a um custo mínimo..

Centrais elétricas alternativas a gás (GGE)

Em usinas de energia a pistão a gás, a fonte de energia cinética é uma unidade de máquina operando com base no princípio de um motor de combustão interna. O abastecimento de combustível é feito por um injetor e controlado por uma unidade de controle eletrônico, devido ao qual as centrais elétricas a pistão têm uma eficiência suficientemente elevada. Uma desvantagem significativa do sistema de pistão a gás é o alto nível de ruído e vibração durante a operação devido à presença de um grande número de peças móveis. A vantagem desses motores é sua alta adaptabilidade a vários modos e níveis de carga, o que não pode ser alcançado em usinas de turbinas a gás operando com potência quase constante..

A vantagem de usar usinas de energia a pistão a gás em uma fazenda individual

Os geradores autônomos de gás são de grande interesse tanto para empresários individuais quanto para residentes do setor privado, cabanas e pequenas aglomerações. Na prática, as usinas a gás justificam plenamente seu uso e seu retorno é alcançável em um tempo muito previsível. A única desvantagem é a necessidade de investimento sério, além disso, existem as seguintes nuances:

1. As unidades de pistão a gás são usadas principalmente.
2. O período de retorno é quanto menor, maior será a capacidade real da planta.
3. A instalação requer um terreno separado.
4. No caso de uso compartilhado, uma infraestrutura desenvolvida é necessária.
5. O funcionamento das instalações é impossível sem manutenção qualificada.

Usinas de energia a gás autônomas e usinas de CHP podem ser divididas em três grupos.

Geradores de gás de baixa potência

Exteriormente são semelhantes aos da gasolina, têm um princípio de operação semelhante e o maior custo de eletricidade gerada. Eles podem ser protegidos na forma de uma caixa para todas as condições meteorológicas ou exigir uma sala especial. Eles não são usados ​​como a principal fonte de eletricidade, com muito poucas exceções. A escolha de tais geradores é feita por residências privadas e oficinas de produção que precisam de uma fonte de energia de backup e têm um suprimento de gás natural para a instalação. Projetado para combustível engarrafado, mas esse recurso raramente é usado. Ao contrário de instalações mais potentes, eles têm uma limitação significativa de operação contínua (de 6 a 10 horas). Também tem uma desvantagem na baixa qualidade da eletricidade gerada.

Características principais:

1. Tipo de motor: Carburador monocilíndrico de quatro tempos com resfriamento forçado.
2. Tipo de gerador: geralmente gerador autoexcitado monofásico ou trifásico assíncrono.
3. Potência: até 20 kW.
4. Combustível: gás natural, propano-butano.
5. Controle: unidade de controle analógico, proteção de relé, chave de transferência automática na maioria dos modelos.
6. Comissionamento: menos de um minuto.
7. Custo: de $ 2.000 a $ 10.000.

Este é o único tipo de gerador de gás que pode ser movido sem esforço. É frequentemente usado em canteiros de obras onde não há fornecimento de energia ou durante eventos de campo. O uso móvel vem com um preço alto para uma usina portátil, o que torna o uso da gasolina como combustível mais racional neste caso..

Usinas modulares de média potência

São blocos de máquinas de grandes dimensões, podem ser abertos ou limitados por uma caixa protetora de absorção de som. Eles são usados ​​principalmente como fontes principais ou de reserva de eletricidade para cooperativas habitacionais suburbanas, escritórios e pequenos centros comerciais e de produção, armazéns. A produtividade dessas usinas é bastante alta, e o custo da eletricidade gerada é comparável ao da eletricidade da rede municipal..

Características principais:

1. Tipo de motor: carburador tipo V ou motor de injeção com 6-16 cilindros, válvulas suspensas e refrigeração a água.
2. Tipo de gerador: gerador sem escovas trifásico assíncrono com autoexcitação.
3. Potência de saída: até 1 MW.
4. Combustível: gás natural, biometano, propano-butano.
5. Gerenciamento: controlador digital, proteção multinível combinada, chave de transferência automática, autodiagnóstico. O trabalho é totalmente automatizado.
6. Saída para potência nominal: até uma hora.
7. Custo: de $ 10.000 a $ 250.000.

As unidades de pistão a gás desta classe são o método mais racional de fornecimento de energia autônomo para áreas residenciais e empresas de uso intensivo de energia. O limite de horas de motor estabelecido permite o uso contínuo, parando duas vezes ao ano por um dia para manutenção. As usinas de energia são equipadas com unidades separadas para a preparação de combustível gasoso e comutadores internos para comutação primária.

Este equipamento é totalmente estacionário e, quando instalado, requer locais especialmente equipados ou edifícios equipados com uma base de concreto preparada para compensar a vibração, depósitos de combustível, extração de gás e sistemas de ventilação. Graças à regulação automática do fornecimento de combustível, o custo da eletricidade gerada é significativamente inferior ao da rede.

Complexos de energia e mini-CHP

Embora as usinas a gás incluam a possibilidade de operar em modo de cogeração a partir de 100 kW de energia elétrica, a maior eficiência deve ser esperada de complexos de energia com potencial de vários megawatts. Estas instalações são centrais combinadas de calor e energia em miniatura equipadas com água quente ou caldeiras de vapor ou bombas de calor. Os sistemas de energia mais avançados focados no trabalho de economia de recursos usam simultaneamente vários níveis de remoção de calor: caldeira de calor residual, economizador e circuito de remoção de calor de baixo potencial.

Características principais:

1. Tipo de motor: 12 ou mais cilindros, com injeção de ar forçada, circuito de resfriamento de dois níveis e trocador de calor no coletor de exaustão.
2. Tipo de gerador: gerador sem escova trifásico assíncrono.
3. Potência: mais de 1 MW.
4. Combustível: gás natural, biocombustível, propano-butano, gás de petróleo associado.
5. Gestão: posto operacional totalmente automatizado.
6. Atingindo a capacidade total: 4-5 horas.

Projeto, fabricação e instalação de complexos energéticos são realizados individualmente. O objetivo de cada projeto é harmonizar as cargas térmicas e elétricas da instalação com a capacidade de produção do complexo. A construção de usinas é geralmente realizada em regime turnkey. Os principais consumidores são complexos residenciais, empresas com uso intensivo de energia, data centers e campos de mudança. O custo de 1 kW de energia gerada – não mais do que um rublo e meio.

Cogeração em pequena escala

Centrais mini-CHP operando com combustíveis gasosos começaram a aparecer na Rússia há relativamente pouco tempo, mas mesmo assim demonstraram excelente eficiência. Hoje, mais de 200 instalações operam no território da Federação Russa, a maioria das quais localizada em regiões remotas. O principal argumento para a instalação de uma mini-usina CHP na unidade é a necessidade de autonomia total ou a impossibilidade de conexão às linhas principais de alimentação. Nesse caso, a questão da viabilidade econômica é colocada em segundo plano..

A vantagem de um mini-CHP é que a estação produz energia elétrica, que é quase a metade do preço da rede. A produção de energia térmica é totalmente gratuita e, portanto, seu valor para o consumidor consiste exclusivamente no custo de manutenção e transporte dos equipamentos em curtas distâncias..

A perspectiva de usar mini-usinas CHP em qualquer lugar é apenas uma questão de tempo. Assim, durante a construção de complexos residenciais de nova geração, a questão da ligação a fontes centralizadas de calor e eletricidade não vale a pena. Uma vez que a qualidade e o modo de fornecimento desses recursos deixam muito a desejar, os novos edifícios são equipados com seus próprios sistemas de energia, que beneficiam tanto os proprietários quanto seus usuários..

A reconstrução de linhas de serviços públicos para usar mini-CHP está associada a uma série de dificuldades. Em primeiro lugar, esta é a questão do investimento volumétrico. A reestruturação da indústria de fornecimento de energia de uma pequena empresa com uma carga térmica e elétrica de 2 MW custará ao governo 20 milhões de rublos. A segunda razão para a baixa distribuição é o problema da falta de sua própria rede de comunicações de engenharia: se as fontes centrais de calor e energia forem abandonadas, a empresa terá que comprar toda a infraestrutura existente ou criar sua própria. É lucrativo apenas se os recursos de energia forem vendidos a consumidores terceiros..

Dispositivo de sala de gerador para GGE

Não será possível realizar os trabalhos de instalação e comissionamento sozinhos, com toda a vontade, a menos que se trate de geradores de baixa potência. Mas é bastante realista preparar uma sala ou local para a instalação de uma usina: isso ajudará a economizar parcialmente em serviços caros de organizações de instalação.

Posicionamento aberto. Ao instalar uma instalação com potência elétrica superior a 500 kW, será necessário instalar uma plataforma de concreto dotada de meios de amortecimento passivo de vibrações. A principal vantagem da localização aberta da unidade de potência é a remoção eficiente do calor e a ausência da necessidade de um sistema de exaustão de fumaça. Para aumentar a conveniência do pessoal de serviço, uma cobertura é construída sobre os painéis de operação e o bloco mecânico.

Instalação interna. A necessidade de isolamento completo da usina depende do projeto climático do equipamento. A sala deve ter um sistema avançado de fornecimento e exaustão e extinção de incêndio. O sistema de exaustão de fumaça é representado por exaustores de fumaça emparelhados com um coletor comum. Será necessário instalar uma chaminé, cujo rendimento e altura são selecionados de acordo com as recomendações do fabricante do equipamento. Requisitos para edifícios de usinas termelétricas são regulamentados pelo SNiP II-58-75.

Conexão e operação

A usina é alimentada por um cilindro através de um redutor especial, ou por gás principal, cuja pressão corresponde aos parâmetros exigidos. Para se conectar à rede elétrica, a usina deve ser registrada como um aparelho a gás adicional, o que é feito de acordo com o procedimento padrão com a introdução de alterações no projeto de fornecimento de gás doméstico.

O gerador de gás é ligado à rede eléctrica através de um interruptor de duas posições, caso a própria instalação não ligue o aparelho ATS, ou através de um limitador de potência, um disjuntor ou um seccionador de linha com complexo RZAiT. É muito útil organizar uma unidade de medição interna para comutação direta na linha do gerador ou nos transformadores de corrente – isso ajudará a controlar o custo da eletricidade gerada e rastrear rapidamente o consumo de combustível.

Durante a operação, é importante respeitar o modo de operação prescrito, expresso no número de horas de motor por dia. As usinas com mais de 100 kW têm um modo de operação constante por 361 dias por ano, as menos potentes podem operar de 6 a 20 horas por dia. Durante a operação, quase todos os parâmetros são monitorados automaticamente, em caso de mau funcionamento, o motor para ou o gerador desliga a alimentação. Outros diagnósticos são realizados de acordo com o manual de instruções.

Manutenção e admissão

A maioria das usinas de pistão a gás com capacidade de até 5 MW não requer a presença constante de pessoal operacional. O monitoramento e o controle dos parâmetros podem ser estabelecidos por meio do link sem fio, mas a inspeção periódica deve ser feita pessoalmente. A manutenção da estação consiste na realização de reparações programadas por especialistas de empresas de serviço e na manutenção do nível normal de óleo do motor. A intervenção independente no projeto da estação não é permitida pelos termos do serviço de garantia. Tudo o que é exigido do proprietário é interromper a operação do gerador durante os reparos programados ou transportar a estação de baixa energia para o centro de serviço, se necessário.

Conclusão

A indústria de produção local de eletricidade e calor é considerada potencial de desenvolvimento a nível global. A geração de energia desta forma é uma contribuição significativa para economizar as reservas mundiais de combustíveis fósseis e dará tempo suficiente para uma transição completa para a extração de eletricidade e calor de fontes renováveis..

O principal problema do uso local das usinas é a manutenção da segurança ambiental na área urbana. Mas mesmo essa desvantagem é muito fácil de eliminar quando se usam instalações que absorvem os produtos da combustão do gás natural.

Para o cidadão comum, as usinas a gás oferecem uma excelente oportunidade de reduzir o preço da eletricidade quase pela metade e, se necessário, usar aquecimento centralizado quase gratuito..

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