Gaskraftwerke: autonome Energiequelle in einem weiten Leistungsbereich

Tragbare Gaskolbenkraftwerke sind zu einem hervorragenden Analogon für Einheiten geworden, die mit Dieselkraftstoff und Benzin betrieben werden. Wie rentabel die Nutzung solcher Stromquellen ist, wie Sie Ihr Zuhause mit ihnen ausstatten und welche Nuancen Sie bei ihrer Nutzung berücksichtigen müssen, wird in diesem Artikel erläutert.

Der Anstieg der Strompreise führt zu neuen Vorschlägen auf dem Markt für autonome Energieversorgungsquellen. Ein neues Wort in diesem Bereich sind mit Erdgas betriebene Wärmekraftwerke. In den letzten 15 Jahren hat sich die Produktion solcher Anlagen fast verdoppelt, und die Technologie der lokalen Stromerzeugung selbst ist so weit fortgeschritten, dass die Kosten für ein Kilowatt erzeugten Stroms billiger sind als bei Verbrauch aus städtischen Netzen. Mehr über die Vorteile von Gaskraftwerken:

1. Vielseitigkeit der Platzierung. Gaskraftwerke erfordern keine besonderen geologischen oder klimatischen Bedingungen für die Installation. Aufgrund seiner relativ geringen Größe und seines geringen Gewichts ist für die Installation einer autonomen Station nur ein vorbereiteter Betonsockel erforderlich. Das Fehlen einer großen Wasserversorgung ist ebenfalls nicht kritisch..
2. Haltbarkeit. Unterschiedliche Hersteller garantieren unterschiedliche Lebensdauer. Im Allgemeinen arbeiten die Stationen 30 Jahre lang ohne größere Reparaturen und mit dem Austausch einer Reihe von Führungseinheiten – bis zu 100 Jahre.
3. Vollautomatische Betriebsart. Das eingebaute elektronische Steuergerät, das in fast allen Anlagen zu finden ist, regelt automatisch die Kraftstoffzufuhr und überwacht den Zustand des Geräts in Echtzeit. Die Rolle des Servicepersonals beschränkt sich auf die betriebliche Umschaltung, Überwachung und Steuerung von Parametern.
4. Breiter Leistungsbereich. Gas-Minikraftwerke können sowohl energieintensive Unternehmen als auch ein kleines Landhaus mit Strom versorgen. Je nach Ausführung garantieren sie die Stromerzeugung von 5 kW bis zu mehreren Megawatt..
5. Die Fähigkeit, als Backup-Quelle zu verwenden. Fast jedes Kraftwerk kann mit einem ATS und einer automatischen Starteinheit ausgestattet werden. Viele Hersteller stellen Standardmodule zur Aufrüstung zuvor installierter Generatoren her.
6. Niedrige Stromkosten. Die Kosten für Strom aus städtischen Netzen umfassen die Kosten für den Transport über Stromleitungen und die Wartung von Umspannwerken. Der Transport von Gasenergie ist viel billiger, sodass die Kosten für Strom, der von Gaskraftwerken erzeugt wird, weniger als zwei Rubel pro Kilowatt betragen.
7. Freiheit bei der Wahl des Kraftstoffs. Kraftwerke werden mit jeder Art von gasförmigem Brennstoff betrieben, einschließlich Biogas. Dies ist für Tierfarmen relevant: Durch die Kombination eines Methanreaktors, einer Anreicherungsanlage und eines Kraftwerks zu einem Energiekomplex wird die Produktion unabhängig von der Energieversorgung.

Das Funktionsprinzip von Gaskraftwerken

Kraftwerke werden nach dem Prinzip der Vorrichtung in zwei Typen unterteilt: Gasturbine und Gaskolben. Letztere sind einfacher aufgebaut, erfordern keine teure Wartung während des Betriebs und sind die wirtschaftlichste Option für eine Gasinstallation. Darüber hinaus sind die maximale Leistung nahezu unbegrenzt. Gasturbinenkraftwerke sind technologischer und komplexer im Design, aber weniger wirtschaftlich: Ihr Einsatz ist nur im Maßstab der industriellen Produktion gerechtfertigt. Ihr Hauptvorteil ist die hohe Verschleißfestigkeit der Einheiten und die völlige Unprätentiosität der Brennstoffart: In einigen Fällen kann sogar Kohlenstaub verwendet werden, es ist jedoch ein spezielles Modul zur Herstellung des Brennstoffgemisches erforderlich.

Gasturbinenkraftwerke (GTE)

Basis des GTE ist eine Gasturbine, die nach dem Prinzip eines Düsentriebwerks angeordnet ist. Es ist eine zylindrische Brennkammer, in der sich das Hauptgasturbinenlaufrad befindet. Hochdruckluft- und Kraftstoffdämpfe treten in die Kammer ein und entzünden sich dort. Bei der Kraftstoffverbrennung entsteht ein Strom heißer Gase, der die Turbine dreht. Es überträgt wiederum die Rotation auf den Kompressor und den Generator und sorgt so für die Stromerzeugung..

Es ist charakteristisch, dass Turbinenkraftwerke fast doppelt so viel Wärmeenergie produzieren wie Strom. Daher werden sie häufig als Bestandteil einer KWK-Anlage eingesetzt, indem ein Abhitzekessel in die Abgasanlage eingebaut wird, wodurch nicht nur die Stromerzeugung, sondern auch die Wärmeversorgung in großen Mengen und zu minimalen Kosten sichergestellt wird..

Gaskolbenkraftwerke (GGE)

In Gaskolbenkraftwerken ist die kinetische Energiequelle eine Maschineneinheit, die nach dem Prinzip eines Verbrennungsmotors arbeitet. Die Kraftstoffzufuhr erfolgt über einen Injektor und wird von einem elektronischen Steuergerät gesteuert, wodurch Kolbenkraftwerke einen ausreichend hohen Wirkungsgrad aufweisen. Ein wesentlicher Nachteil des Gaskolbensystems ist das hohe Geräusch- und Vibrationsniveau während des Betriebs aufgrund des Vorhandenseins einer großen Anzahl beweglicher Teile. Der Vorteil dieser Motoren ist ihre hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Modi und Lastniveaus, die in Gasturbinenanlagen mit nahezu konstanter Leistung nicht erreicht werden kann..

Der Vorteil des Einsatzes von Gaskolbenkraftwerken in einem einzelnen Betrieb

Autonome Gasgeneratoren sind sowohl für Einzelunternehmer als auch für Bewohner des Privatsektors, von Hütten und kleinen Ballungsräumen von großem Interesse. In der Praxis rechtfertigen Gaskraftwerke ihre Nutzung voll und ganz, und ihre Amortisation ist in sehr absehbarer Zeit erreichbar. Der einzige Nachteil ist die Notwendigkeit ernsthafter Investitionen. Darüber hinaus gibt es folgende Nuancen:

1. Es werden hauptsächlich Gaskolbeneinheiten verwendet.
2. Die Amortisationszeit ist umso geringer, je höher die tatsächliche Kapazität der Anlage ist.
3. Die Installation erfordert ein separates Grundstück.
4. Bei gemeinsamer Nutzung ist eine entwickelte Infrastruktur erforderlich.
5. Der Betrieb der Anlagen ist ohne qualifizierte Wartung nicht möglich.

Autonome Gaskraftwerke und KWK-Anlagen lassen sich in drei Gruppen einteilen.

Gasgeneratoren mit geringem Stromverbrauch

Äußerlich ähneln sie Benzin, haben ein ähnliches Funktionsprinzip und die höchsten Kosten für erzeugten Strom. Sie können in Form eines Allwettergehäuses geschützt werden oder benötigen einen speziellen Raum. Sie werden mit sehr wenigen Ausnahmen nicht als Hauptstromquelle verwendet. Die Wahl solcher Generatoren wird von privaten Haushalten und Produktionswerkstätten getroffen, die eine Ersatzstromquelle benötigen und die Anlage mit Erdgas versorgen. Entwickelt für Kraftstoff in Flaschen, aber diese Funktion wird selten verwendet. Im Gegensatz zu leistungsstärkeren Installationen ist der Dauerbetrieb erheblich eingeschränkt (von 6 bis 10 Stunden). Haben auch einen Nachteil in der geringen Qualität des erzeugten Stroms.

Hauptmerkmale:

1. Motortyp: Einzylinder-Viertaktvergaser mit Zwangskühlung.
2. Generatortyp: normalerweise asynchroner ein- oder dreiphasiger selbsterregter Generator.
3. Ausgangsleistung: bis zu 20 kW.
4. Kraftstoff: Erdgas, Propan-Butan.
5. Steuerung: Analoge Steuereinheit, Relaisschutz, automatischer Umschalter bei den meisten Modellen.
6. Inbetriebnahme: weniger als eine Minute.
7. Kosten: von 2000 bis 10000 US-Dollar.

Dies ist die einzige Art von Gasgenerator, die mühelos bewegt werden kann. Es wird häufig auf Baustellen eingesetzt, auf denen keine Stromversorgung vorhanden ist, oder bei Feldveranstaltungen. Die mobile Nutzung geht zu Lasten des hohen Preises eines tragbaren Kraftwerks, wodurch die Verwendung von Benzin in diesem Fall effizienter wird..

Modulare Kraftwerke mittlerer Leistung

Sie sind Maschinenblöcke mit großen Abmessungen, sie können offen oder durch ein schalldämpfendes Schutzgehäuse begrenzt sein. Sie werden hauptsächlich als Haupt- oder Reservestromquelle für vorstädtische Wohnungsgenossenschaften, Büro- und kleine Industrie- und Einkaufszentren sowie Lagerhäuser verwendet. Die Produktivität solcher Kraftwerke ist recht hoch und die Kosten des erzeugten Stroms sind vergleichbar mit dem Strom aus dem Stadtnetz..

Hauptmerkmale:

1. Motortyp: V-Vergaser oder Einspritzmotor mit 6-16 Zylindern, Überkopfventilen und Wasserkühlung.
2. Generatortyp: asynchroner dreiphasiger selbsterregter bürstenloser Generator.
3. Ausgangsleistung: bis zu 1 MW.
4. Kraftstoff: Erdgas, Biomethan, Propan-Butan.
5. Management: digitale Steuerung, kombinierter Mehrebenenschutz, automatischer Umschalter, Eigendiagnose. Die Arbeit ist voll automatisiert.
6. Leistung auf Nennleistung: bis zu einer Stunde.
7. Kosten: von 10.000 bis 250.000 US-Dollar.

Gaskolbeneinheiten dieser Klasse sind die rationalste Methode zur autonomen Stromversorgung von Wohngebieten und energieintensiven Unternehmen. Die festgelegte Begrenzung der Motorstunden ermöglicht die fortlaufende Verwendung und wird zweimal im Jahr für einen Tag zur Wartung angehalten. Kraftwerke sind mit separaten Einheiten zur Aufbereitung von gasförmigem Brennstoff und Innenschaltanlagen für die Primärschaltung ausgestattet.

Diese Ausrüstung ist vollständig stationär und erfordert bei der Installation speziell ausgestattete Standorte oder Gebäude, die mit einem vorbereiteten Betonsockel ausgestattet sind, um Vibrationen, Brennstoffbehälter, Gasentfernungs- und Lüftungssysteme auszugleichen. Dank der automatischen Regelung der Kraftstoffversorgung sind die Kosten für erzeugten Strom erheblich niedriger als im Netz.

Energiekomplexe und Mini-KWK

Obwohl Gaskraftwerke die Möglichkeit bieten, ab 100 kW Strom im KWK-Betrieb zu arbeiten, ist bei Energiekomplexen mit einem Potenzial von mehreren Megawatt der größte Wirkungsgrad zu erwarten. Diese Einheiten sind Miniatur-Blockheizkraftwerke, die mit Heißwasser- oder Dampfkesseln oder Wärmepumpen ausgestattet sind. Die fortschrittlichsten Energiesysteme, die sich auf ressourcenschonende Arbeiten konzentrieren, verwenden gleichzeitig mehrere Ebenen der Wärmeabfuhr: einen Abhitzekessel, einen Economizer und einen Kreislauf zur Wärmeabfuhr mit geringem Potenzial.

Hauptmerkmale:

1. Motortyp: 12 und mehr Zylinder mit Zwangslufteinspritzung, zweistufigem Kühlkreislauf und Wärmetauscher am Auspuffkrümmer.
2. Generatortyp: Asynchroner bürstenloser Dreiphasengenerator.
3. Leistung: über 1 MW.
4. Kraftstoff: Erdgas, Biokraftstoff, Propan-Butan, zugehöriges Erdölgas.
5. Management: vollautomatische Einsatzstelle.
6. Volle Leistung: 4-5 Stunden.

Design, Herstellung und Installation von Energiekomplexen werden individuell durchgeführt. Die Aufgabe jedes Projekts ist die größte Harmonisierung der thermischen und elektrischen Lasten der Anlage mit der Produktionskapazität des Komplexes. Der Bau von Kraftwerken erfolgt in der Regel schlüsselfertig. Hauptverbraucher sind Wohnkomplexe, energieintensive Unternehmen, Rechenzentren und Schichtlager. Die Kosten für 1 kW erzeugte Energie – nicht mehr als eineinhalb Rubel.

KWK im kleinen Maßstab

In Russland wurden vor relativ kurzer Zeit Mini-KWK-Anlagen mit gasförmigen Brennstoffen in Betrieb genommen, die jedoch eine hervorragende Effizienz zeigten. Heute sind mehr als 200 Anlagen auf dem Gebiet der Russischen Föderation in Betrieb, von denen sich die meisten in abgelegenen Regionen befinden. Das Hauptargument für die Installation eines Mini-BHKW in der Anlage ist das Erfordernis einer vollständigen Autonomie oder die Unmöglichkeit des Anschlusses an die Hauptstromversorgungsleitungen. In diesem Fall wird die Frage der wirtschaftlichen Machbarkeit in den Hintergrund gerückt..

Der Vorteil eines Mini-KWK besteht darin, dass die Station elektrische Energie erzeugt, was fast der Hälfte der Netzkosten entspricht. Die Wärmeenergie ist in der Produktion völlig kostenlos, und daher besteht ihr Verbraucherwert ausschließlich aus den Kosten für die Wartung und den Transport der Geräte über kurze Strecken..

Die Aussicht, überall Mini-KWK-Anlagen einzusetzen, ist nur eine Frage der Zeit. Während des Baus von Wohnkomplexen der neuen Generation lohnt sich das Anschließen zentraler Wärme- und Stromquellen überhaupt nicht. Da die Qualität und Art der Versorgung mit diesen Ressourcen zu wünschen übrig lässt, werden Neubauten mit eigenen Stromversorgungssystemen ausgestattet, von denen sowohl die Eigentümer als auch ihre Nutzer profitieren..

Der Wiederaufbau von Versorgungsleitungen zur Verwendung von Mini-KWK ist mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden. Dies ist vor allem die Frage der volumetrischen Kapitalinvestitionen. Die Umstrukturierung der Stromversorgungsindustrie für ein kleines Unternehmen mit einer thermischen und elektrischen Last von 2 MW wird die Verwaltung 20 Millionen Rubel kosten. Der zweite Grund für die geringe Verteilung ist das Problem des Fehlens eines eigenen Versorgungsnetzes: Wenn die zentralen Wärme- und Stromversorgungsquellen aufgegeben werden, muss das Unternehmen entweder die gesamte vorhandene Infrastruktur aufkaufen oder eine eigene Infrastruktur aufbauen. Es ist nur dann rentabel, wenn Energieressourcen an Drittverbraucher verkauft werden..

Gerät eines Generatorraums für GGE

Es wird nicht möglich sein, Installations- und Inbetriebnahmearbeiten mit allem Wunsch selbst durchzuführen, es sei denn, es handelt sich um Generatoren mit geringem Stromverbrauch. Es ist jedoch durchaus möglich, einen Raum oder einen Standort für die Installation eines Kraftwerks vorzubereiten: Dies hilft, teure Dienstleistungen von Installationsorganisationen teilweise einzusparen.

Offene Platzierung. Bei der Installation einer Anlage mit einer elektrischen Leistung von mehr als 500 kW muss eine Betonplattform installiert werden, die mit passiven Schwingungsdämpfungsmitteln ausgestattet ist. Der Hauptvorteil der offenen Position des Aggregats ist die effektive Wärmeabfuhr und das Fehlen von Rauchabzugssystemen. Um den Komfort des Servicepersonals zu erhöhen, wird ein Baldachin über den Bedienfeldern und dem mechanischen Block angebracht.

Inneninstallation. Die Notwendigkeit einer vollständigen Isolierung des Kraftwerks hängt von der klimatischen Auslegung der Anlage ab. Der Raum muss über eine fortschrittliche Belüftungs- und Abluft- und Feuerlöschanlage verfügen. Die Rauchabzugsanlage wird durch Rauchabsauger dargestellt, die mit einem gemeinsamen Verteilerkopf gepaart sind. Es muss ein Schornstein installiert werden, dessen Durchsatz und Höhe gemäß den Empfehlungen des Geräteherstellers ausgewählt werden. Die Anforderungen an Gebäude von Wärmekraftwerken sind in SNiP II-58-75 geregelt.

Anschluss und Betrieb

Das Kraftwerk wird entweder von einem Zylinder über ein spezielles Reduzierstück oder über ein Hauptgas angetrieben, dessen Druck den erforderlichen Parametern entspricht. Um an das Stromnetz angeschlossen zu werden, muss das Kraftwerk als zusätzliches Gasgerät registriert werden. Dies erfolgt gemäß dem Standardverfahren mit der Einführung von Änderungen am Hausgasversorgungsprojekt.

Der Gasgenerator ist über einen Schalter mit zwei Positionen an das Stromnetz angeschlossen, wenn die Installation selbst die ATS-Einheit nicht einschaltet, oder über einen Leistungsbegrenzer, einen Leistungsschalter oder einen Netztrennschalter mit einem RZAiT-Komplex. Es ist sehr nützlich, eine interne Dosiereinheit für den direkten Anschluss oder an Stromwandlern an der Generatorleitung zu organisieren. Dies hilft, die Kosten für erzeugten Strom zu kontrollieren und den Kraftstoffverbrauch schnell zu verfolgen.

Während des Betriebs ist es wichtig, die vorgeschriebene Betriebsart einzuhalten, ausgedrückt in der Anzahl der Motorstunden pro Tag. Kraftwerke über 100 kW sind an 361 Tagen im Jahr ununterbrochen in Betrieb, weniger leistungsstarke können 6 bis 20 Stunden am Tag betrieben werden. Während des Betriebs werden fast alle Parameter automatisch überwacht. Im Falle einer Fehlfunktion stoppt entweder der Motor oder der Generator schaltet die Spannungsversorgung aus. Weitere Diagnosen werden gemäß Bedienungsanleitung durchgeführt.

Wartung und Zulassung

Die meisten Gaskolbenanlagen mit einer Leistung von bis zu 5 MW erfordern keine ständige Anwesenheit von Bedienpersonal. Die Überwachung und Steuerung der Parameter kann über die drahtlose Verbindung erfolgen, eine regelmäßige Überprüfung muss jedoch persönlich erfolgen. Die Wartung der Station besteht darin, geplante Reparaturen durch die Spezialisten der Servicefirmen durchzuführen und den normalen Ölstand im Motor aufrechtzuerhalten. Unabhängige Eingriffe in das Design der Station sind nach den Garantiebedingungen nicht zulässig. Der Eigentümer muss lediglich den Betrieb des Generators während einer geplanten Reparatur einstellen oder bei Bedarf ein Kraftwerk mit geringem Stromverbrauch zu einem Servicecenter transportieren.

Fazit

Die Industrie der lokalen Strom- und Wärmeerzeugung wird auf globaler Ebene als Entwicklungspotential angesehen. Die Erzeugung von Energie auf diese Weise ist ein wesentlicher Beitrag zur Erhaltung der fossilen Brennstoffreserven der Welt und wird genügend Zeit für einen vollständigen Übergang zur Gewinnung von Strom und Wärme aus erneuerbaren Quellen geben..

Das Hauptproblem der lokalen Nutzung von Kraftwerken ist die Aufrechterhaltung der Umweltsicherheit innerhalb der Grenzen der Stadtentwicklung. Aber auch dieser Nachteil lässt sich sehr leicht beseitigen, wenn Anlagen verwendet werden, die die Produkte der Erdgasverbrennung absorbieren.

Für normale Bürger bieten Gaskraftwerke eine hervorragende Möglichkeit, den Strompreis um fast die Hälfte zu senken und bei Bedarf eine nahezu kostenlose Zentralheizung zu nutzen..