Как работает газовая электростанция кратко

Обновлено: 02.07.2024

Газотурбинная электростанция (сокращённо ГТЭС) — установка, генерирующая электричество и тепловую энергию. Основу ГТЭС составляют одна или несколько газотурбинных установок - силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс.

Газотурбинная электростанция может использоваться в качестве основного или резервного источника питания параллельно с энергосистемой. Размещаться ГТЭС может как внутри помещения, так и на открытой площадке на заранее подготовленном фундаменте.

В мировой практике газотурбинные электростанции получили широкое распространение в 50—60-х гг. прошлого века, в настоящее время используются реже, т. к. имеют низкий КПД (33-39%) и относительно высокую стоимость за кВт мощности по сравнению, например, с газопоршневыми электростанциями.

Внешний вид газотурбинной установки

Принцип работы ГТЭС

Газотурбинная электростанция работает следующим образом: топливо (газ или дизельное горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Газ, смешанный с воздухом, образует топливную смесь, которая под давлением нагнетается в компрессор и воспламеняется.

Из сопла вырывается под высоким давлением струя раскалённого газа, попадает на установленные в несколько рядов лопатки турбины и начинает её вращать. Вал турбины передает крутящий момент на ротор генератора, ответственного за выработку электроэнергии, которая, проходя через трансформатор, передается потребителю энергии.

Отработанные газы уходят через выхлопную трубу в атмосферу или, если предусмотрена их утилизация, поступают в теплообменник или котел утилизатор и используются для обогрева помещений.

Упрощенная принципиальная схема энергоблока газотурбинной электростанции представлена на рисунке:

Принципиальная технологическая схема электростанции с газовыми турбинами:
КС - камера сгорания; КП — компрессор; ГТ - газовая турбина; С - генератор;
Т - трансформатор; М - пусковой двигатель.

Сферы использования газотурбинных электростанций

Газотурбинные электростанции могут использоваться в различных сферах, начиная от обеспечения электричеством зданий гражданского и сельскохозяйственного целевого назначения, заканчивая промышленными объектами и нефтегазовыми месторождениями.

Использование газотурбинных электростанций целесообразно для удалённых потребителей, особенно — при необходимости отопления объекта.

Виды газотурбинных электростанции

Стационарные – монтируются на капитальном фундаменте. На них устанавливаются самые мощные турбины и электрические генераторы.
Передвижные (мобильные) – представляют собой передвижную технику. Как правило используются для обеспечения теплом и электричеством удаленных объектов, например, шахтёрских и нефтедобывающих поселков. Работают не только на газе, но и на жидком топливе.
Мини-установки – отличаются компактными размерами, что позволяет располагать такую станцию в непосредственной близости от потребителя.

Сравнение газотурбинных и газопоршневых электростанций

возможно бытовое давление, меньше 10 мБар

среднее давление порядка 16-20 Бар

Газотурбинное оборудование стоит выбирать, когда ограничена площадь, которую можно выделить для его размещения. ГТЭС подойдёт небольшим предприятиями и коммерческим объектам, где не требуются большие мощности потребления электроэнергии и каждый квадратный метр на счету. Если есть возможность выделить площадь под установку оборудования, то целесообразнее выбирать газопоршневую электростанцию, поскольку у неё ниже стоимость, да и ресурс ГПУ считается немного большим, чем у ГТУ.

Газотурбинная установка дороже, чем газопоршневая. Высокая стоимость оборудования и ограниченность выбора объясняется меньшим числом производителей ГТУ, отдельные детали и запчасти стоят недёшево сами по себе, за счёт чего увеличивается и стоимость установки в целом.

Внешний вид ГПУ MWM и ГТУ

Газопоршневые установки чаще требуют выполнения технического обслуживания. В них нужно менять масла и фильтры. Но такой нюанс можно компенсировать, если установить на оборудование дополнительно системы, которые будут выполнять долив и очистку масла. В таком случае возрастает период времени между выполнением сервисных работ. В среднем, он может составлять около 3000 часов, то есть обслуживание проводят один раз в квартал. В целом же ресурс ГПУ считается немного большим, чем у ГТУ.

В целом газопоршневые установки привлекательны тем, что окупаются быстрее, не зависимо от того, какая мощность электростанции.

А газовая электростанция или же газовая электростанция или же электростанция на природном газе это тепловая электростанция который горит натуральный газ к производить электричество. Электростанции на природном газе генерировать четверть мировое электричество и значительная часть мировой парниковый газ выбросы и, следовательно, глобальное потепление. [1] Однако они могут предоставить сезонные управляемая генерация сбалансировать переменная возобновляемая энергия куда гидроэнергетика или же соединители недоступны.

Содержание

Основные понятия: тепло в механическую энергию в электрическую.

Газовая электростанция - это разновидность электростанция на ископаемом топливе в котором химическая энергия хранится в природном газе, который в основном метан, преобразуется последовательно в: тепловая энергия, механическая энергия и наконец, электроэнергия. Хотя они не могут превышать Цикл Карно предел преобразования тепловой энергии в полезную работу, в которой можно использовать избыточное тепло когенерация установки для обогрева зданий, производства горячей воды или обогрева материалов в промышленных масштабах.

Типы растений

Газотурбинная установка простого цикла

В газовой турбине простого цикла, также известной как газовая турбина открытого цикла (OCGT), горячий газ приводит в движение газовая турбина для выработки электроэнергии. Этот тип установки относительно дешев в строительстве и может быть запущен очень быстро, но из-за его более низкой эффективности он может работать не более нескольких часов в день. пиковая электростанция. [2]

Парогазовая турбина (ПГУ)

Электростанции ПГУ состоят из газовых турбин простого цикла, использующих Цикл Брайтона, за которым следует парогенератор с рекуперацией тепла и паровая турбина которые используют Цикл Ренкина. Наиболее распространенная конфигурация - две газовые турбины, поддерживающие одну паровую турбину. [3] Они более эффективны, чем установки простого цикла, и могут достигать КПД до 55%, а время отгрузки - около получаса. [4]

Поршневой двигатель

Возвратно-поступательный двигатель внутреннего сгорания как правило, менее 20 МВт, что намного меньше, чем у других типов электрогенераторов, работающих на природном газе, и обычно используются для аварийного электроснабжения или для уравновешивания переменных возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце. [5]

Выбросы парниковых газов

Газовые электростанции выбрасывают около 500 г CO
2 на кВтч произведенной электроэнергии. Это примерно вдвое меньше, чем у угольных электростанций, но в целом более чем в десять раз больше, чем у электростанций, работающих на угле. атомная энергия и Возобновляемая энергия. Выбросы за жизненный цикл обычно показывают похожий рисунок, если только он не искажен выбросы метана например, из утечки газа.

Улавливание углерода

По состоянию на 2019 год [Обновить] очень немногие электростанции имеют улавливание и хранение углерода или же улавливание и утилизация углерода. [6]

Водород

Газовые электростанции могут быть модифицированы для работы на водород [7] и согласно General Electric более экономически выгодным вариантом, чем CCS, было бы использование все большего и большего количества водород в газотурбинном топливе. [8] Сначала водород можно создать из природного газа через паровой риформинг, или путем нагревания для осаждения углерода, как шаг к водородная экономика, что в конечном итоге снижает выбросы углерода. [9]

Экономика

Новые заводы

Иногда новый аккумуляторная электростанция вместе с солнечная энергия или же ветровая энергия дешевле в долгосрочной перспективе, чем строительство нового газового завода, поскольку газовый завод рискует стать безнадежный актив. [10]

Существующие заводы

По состоянию на 2019 год [Обновить] несколько газовых электростанций выводятся из эксплуатации, потому что они не могут останавливаться и запускаться достаточно быстро. [11] Однако, несмотря на падение стоимости переменная возобновляемая энергия большинство существующих газовых электростанций остаются прибыльными, особенно в странах без цена углерода, из-за их управляемая генерация и потому что сланцевый газ и сжиженный природный газ цены упали с момента их постройки. [12] Даже в странах с высокими ценами на углерод, таких как ЕС, существующие газовые электростанции остаются экономически жизнеспособными, отчасти из-за ужесточающихся ограничений на угольную энергию из-за ее загрязнения. [13]

Политика

Даже при замене угольной энергетики решение о строительстве новой станции может быть спорным. [14]

Задумывались ли вы над тем, как сделать свой дом полностью автономным? Рано или поздно такая мысль приходит в голову каждому владельцу загородного жилья. И тогда он начинает искать варианты воплощения ее в жизнь. Устав от постоянных перебоев в электросети, многие решаются на приобретение собственной мини-электростанции.

Причем, она должна иметь невысокую стоимость, но в то же время обладать высокой надежностью и максимальным моторесурсом. Но существуют ли такие модели? Ответ — да, и одной из них является газовая электростанция, потому что этот вид топлива является одним из самых доступных и дешевых. Кроме того, подключив такой генератор к газопроводу единожды, вы будете избавлены от необходимости его постоянной дозаправки, а также создания запасов горючего.

Устройство электростанций на природном газе

Основными узлами такой силовой установки являются:

Двигатель, для работы которого необходим природный газ;
Синхронного генератора, благодаря которому топливо превращается в электричество.

Кроме этого в состав газовой электростанции входят камера сгорания, с которой происходит сжигание топлива, и поршневая группа в которую поступает вырабатываемая энергия. Дальнейшая ее передача генератору осуществляется при помощи коленвала.

Все узлы газовой электростанции заключены в стальной герметичный корпус, который имеет антикоррозийное покрытие. Он предназначен для защиты оборудования от механического воздействия, а также влияния окружающей среды. Кроме того, корпус поглощая электростатические и магнитные поля делает возможным установку такого оборудования на открытом воздухе.

Принцип действия газопоршневой MWM

Работает такое оборудование следующим образом. Вырабатываемый двигателем внутреннего сгорания ток поступает в преобразователь. Здесь происходит его стабилизация и преобразование из постоянного в переменный. Именно такой ток и используют все бытовые приборы.

И хотя принцип действия газовых электростанций по сути такой же, как и у других видов электростанций, но отличие имеется. Оно состоит в том, что это оборудование является когенерационным и способно одновременно воспроизводить два вида энергии:

Область применения

Одно из самых дешевых видов топлива и особенности в работе привели к широкому распространению газовых электростанций. И это несмотря на их более высокую, чем у дизельных генераторов стоимость. Объясняется такой феномен тем, что себестоимость вырабатываемой энергии у газовых установок в 2, а то и 3 раза меньше, чем у других видов оборудования. Поэтому использование газовых электростанций экономически выгодно.

Смотрим видео, область применения оборудования:

Применяются такие агрегаты не только в жилом секторе, но и на производстве. Особенно широко их используют на нефтяных месторождениях. Ведь там вместе с добычей нефти происходит выделение попутных газов, которые могут сжигаться в газопоршневых генераторах.

Большой популярностью пользуются газовые электростанции промышленные и на небольших производствах. Их использование позволяет удешевить затраты на изготовление продукции, снизив ее стоимость и увеличив конкурентоспособность.

Преимущества и недостатки

Среди положительных черт этого оборудования не только дешевизна топлива, но и экологичность. По этому показателю газовые электростанции для дома значительно превосходят все другие модели, так как практически не выделяют в окружающую среду вредных веществ. Кроме этого они имеют ряд других достоинств:

Требуют минимальных финансовых затрат;
Выпускаются в двух модификациях (одно- и трех фазные);
Имеют широкий диапазон мощностей (до 2500 кВт);
Отличаются низким уровнем шума;
Универсальны, могут эксплуатироваться при любых погодных условиях и даже под открытым небом;
Корпус газопоршневой электростанции MWM оборудования не загрязняется копотью в процессе использования;
Могут работать как от природного, так и баллонного газа;
Просты в управлении;
Надежны;
Износостойки.

Как видите, перечень положительных качеств весьма внушительный. А если учесть еще один аспект, такой как компьютерное управление расходом топлива, за счет чего удается достичь минимального выброса в атмосферу угарного газа, то такие газопоршневые электростанции смело можно назвать и одними из самых безопасных в применении. К тому же они быстро окупаются, а некоторые модели способны еще и обеспечивать потребителей горячей водой.

Но нельзя сказать, что газопоршневые электростанции MWM являются идеальными. Оно имеет и свои минусы. И одним из самых главных является сложность доставки топлива, особенно если рядом с вашим домом не проходит газовая магистраль. Поскольку это вещество относится к разряду особо опасных, то для его транспортировки необходимы специальные автомобили. Чаще всего это цистерны, способные выдерживать давление до 200 атмосфер.

Но даже если в вашем доме имеется магистральный газ, подключиться к ней не так и легко. Для этого потребуется получить разрешение на врезку, а это часто стоит намного дороже, чем сам генератор. Кроме того, выполнить эти работы могут только профессионалы, так как газ – это взрывоопасное вещество.

Как правильно выбирать оборудование

Несмотря на то, что приобретение такого оборудования является выгодным решением как для постоянного источника питания, так и резервного, подходить к его выбору следует основательно. Первое с чего следует начинать – это мощность. Только при правильно проведенных расчетах двигатель газовой электростанции сможет проработать достаточно долго.

Допустим, что вам необходим генератор для питания погружного насоса и осветительных приборов, мощность которых будет составлять соответственно 2,1 кВт и 500 Вт, в сумме это составит 2,6 кВт. Но покупая газовую электростанцию нужно учитывать, что в момент включения насоса возможно возникновение пусковых токов, они также должны быть учтены при проведении расчетов. Следовательно, выполнять вычисления нужно по следующей формуле:

P = (2,1 х 2,5+0,5) х 1,1, где:

2,5 – коэффициент с учетом величины пусковых токов;

1,1 – резерв мощности (чтобы исключить перегрузки).

В итоге расчетная мощность будет равна 6,3 кВт. Ее и следует брать за основу выбирая агрегат.

Поскольку на рынке сегодня газовые силовое оборудование представлены различными моделями, которые могут подключаться как к одно, так и трехфазной сети, то приходится учитывать и напряжение питания.

Обычно для бытовой техники оно составляет 220 В, в то время как для подключения производственного оборудования потребуется 380 В. Но в продаже имеются и универсальные модели газопоршневых электростанций, которые могут быть подключены к любой сети. Если предполагается частая смена фазности нагрузки, то стоит выбирать именно такой генератор.

Запуск газовых электростанций может осуществляться двумя способами:

Первый – это шнур, который необходимо дергать с определенным усилием. Чаще всего этот способ используется на маломощных установках. В остальных моделях газовых электростанций применяется электрический запуск, осуществляемый по нажатию кнопки или поворотом ключа. Но в то же время от зависит от исправности элементов питания и поэтому менее надежен. Самыми удобными считаются модели, оснащенные автоматикой. У них пуск и остановка осуществляются без участия человека.

Для газовых электростанций важен и еще один аспект – это вид используемого топлива. Поскольку газ может быть сжиженным или природным. Если предполагается частая транспортировка оборудования, то удобнее приобретать модели, укомплектованные баллоном. Обычно топлива в нем хватает на несколько рабочих смен.

Для стационарной эксплуатации обычно выбирают газопоршневые электростанции, подключаемые к магистральной сети. К тому же такой газ дешевле сжиженного, что делает эксплуатацию электростанции наиболее выгодной.

Однако существуют и универсальные модели газовых электростанций, способные работать на различных видах топлива, например, на газе и бензине. Они имеют более высокую стоимость, но в то же время имеют более широкую сферу использования.

Обзор популярных моделей газовых генераторов

Рассматривая различные марки оборудования стоит обращать внимание на их технические характеристики. Ведь исходя из этих параметров газовые модели могут использоваться:

Для дачи;
Загородного коттеджа;
Большого хозяйства.

В первом случае можно остановиться на газопоршневых электростанциях китайских, российских или вьетнамских производителей. Как правило такое оборудование предназначено для кратковременного использования. Оно имеет невысокую стоимость, но и не отличается высоким качеством. Однако для использования на даче вполне подойдет.

Диапазон мощностей у таких газовых электростанций составляет от 1 до 6 кВт, а время непрерывной работы не превышает 6 часов. Моторесурс оборудования также невелик и составляет около 2 тысяч моточасов при цене от 20 до 90 тысяч рублей. Самыми популярными в этой категории считаются газопоршневые электростанции Caterpillar, а также следующих марок:

Green Power (Китай);
REG (Россия);
Honda (Вьетнам).

Для частных домовладений обычно используют более качественное оборудование. Этот класс газовых электростанций весьма немногочисленный и составляет золотую серединку. Такие электростанции способны обеспечивать коттедж электроэнергией до 200 часов. Они имеют диапазон мощностей до 18 кВт при моторесурсе до 8 тысяч часов, но и цена на газогенераторные электростанции для дома начинается от 180 тысяч рублей.

К электростанциям этого класса относятся следующие марки:

Generac (США);
SDMO-Kohler (Франция);
FAS (Германия).

Если же вас интересует самое надежное и мощное оборудование, то стоит выбирать с жидкостным охлаждением, которые обычно поставляются заключенными во всепогодный кожух. Они могут иметь мощность более 20 кВт и моторесурс до 50 тысяч часов. Однако стоимость агрегатов превышает 400 тысяч рублей. Они выпускаются ведущими производителями такого оборудования:

FG Wilson (Великобритания);
Yanmar (Япония).

Итоги

Выбирая газопоршневую электростанцию важно понимать, что каждая модель разрабатывалась под конкретные задачи и обладает определенными возможностями. Поэтому определите функции для электростанции заранее – это поможет купить необходимый прибор.

Довольно часто возникают ситуации, когда некоторые промышленные и хозяйственные объекты вынужденно располагаются на больших расстояниях от основных электрических сетей. В таких случаях питание подается с помощью передвижных и стационарных установок. В этом списке широко используется газотурбинная электростанция, представляющая собой высокотехнологичную современную конструкцию, обладающую высоким коэффициентом полезного действия. Установки этого типа успешно генерируют электрическую и тепловую энергию, обеспечивая нормальное функционирование закрепленных за ними объектов.

Типовая схема агрегата

Стандартная газотурбинная установка представляет собой тепловую машину, где используется теплоноситель, находящийся в газообразном состоянии, нагретый до высокой температуры. В результате определенных процессов, которые будут рассмотрены ниже, его энергия превращается в механическую.

Конструкция такой электростанции состоит из следующих частей: компрессора, камеры сгорания и самой газовой турбины. Взаимодействие этих компонентов и управление ими в процессе работы обеспечивается специальными вспомогательными системами, входящими в конструкцию установки. Газотурбинная установка и электрический генератор образуют в совокупности газотурбинный агрегат. Мощностью от нескольких десятков киловатт до показателей, измеряемых в мегаваттах. Электростанция, в зависимости от целевого назначения и количества потребителей, имеет одну или несколько газотурбинных установок.

Сама газотурбинная установка разделяется на две части, размещенные в общем корпусе: газогенератор и силовая турбина. Газогенератор состоит из камеры сгорания и турбокомпрессора. Именно здесь создается газовый поток с высокой температурой, оказывающий воздействие на лопатки турбины. Выхлопные газы утилизируются в теплообменнике, и одновременно производят нагрев паровых или водогрейных котлов. Газотурбинные установки могут работать на жидком или газообразном топливе. В стандартном рабочем режиме используется газ, а в критических ситуациях установка автоматически переходит на жидкое топливо.

В нормальных условиях ГТЭС осуществляет комбинированное производство электричества и тепловой энергии. Как правило, они работают в базовом режиме, но при необходимости успешно перекрывают пиковые нагрузки. Вырабатываемое тепло, в количественном отношении существенно выше, чем производимое обычными поршневыми устройствами.

Как работает газотурбинная установка

По сравнению с переносными бензиновыми или дизельными электростанциями, газотурбинные установки имеют более сложную конструкцию и принципиальную схему. Тем не менее, основная задача у тех и других агрегатов совершенно одинаковая: преобразование исходного топлива в электрическую энергию.

Преимуществом газотурбинных установок является возможность дополнительно вырабатывать тепло.

Работа агрегатов этого типа происходит в следующем алгоритме:

Газ, поступающий в качестве топлива, вначале воспламеняется, а затем переходит в стадию горения. Образуется газовый поток с высокой температурой, представляющий собой тепловую энергию.
Попадая в турбину, раскаленный газ начинает вращать вал, создавая тем самым механическую энергию.
С вала турбины вращательный момент передается на ротор генератора, который начинает вырабатывать уже электрическую энергию. Далее она уходит к трансформатору, и пройдя через него, поступает к потребителям.

Газ в турбинный двигатель поступает непрерывным потоком. Вначале воздух сжимается компрессором, смешивается с топливом и в таком виде попадает в камеру сгорания. Смесь воспламеняется, а высокое давление обеспечивает большой выход энергии в виде продуктов горения. Современные модификации агрегатов могут работать не только на газе. В качестве горючего используется дизельное топливо, керосин, нефть. Эти установки отличает высокая производительность и надежность в работе. При поломке какого-либо элемента, ремонт легко производится на месте, что существенно снижает эксплуатационные расходы.

Газотурбинные установки малой мощности отличаются низким расходом смазочных материалов, им не требуется водяное охлаждение. При соблюдении рекомендация завода-изготовителя, они могут безопасно работать в течение длительного времени, без аварий и поломок.

Основные виды газотурбинных агрегатов

Газотурбинные электростанции нашли широкое применения в самых разных сферах. Они снабжают электроэнергией крупные объекты промышленного назначения, удаленные здания и сооружения. В случае необходимости, газотурбинная электростанция в состоянии обеспечить электричеством целые населенные пункты. Агрегаты малой мощности нередко используются в частном секторе и на сельскохозяйственных объектах.

Основным критерием классификации электростанций являются их размеры, в соответствии с которыми выбирается и место их использования:

Стационарные установки и сопутствующее оборудование. Монтируются на капитальных неподвижных фундаментах. На них устанавливаются самые мощные турбины и электрические генераторы.
Передвижные или мобильные установки. Также обладают высокой мощностью, но при этом могут перемещаться с места на место. Работают не только на газе, но и на жидком топливе.
Мини-установки или микротурбины. Вырабатывают электрическую и тепловую энергию, но при этом отличаются компактными размерами и низким уровнем шума во время работы. Последнее качество дает возможность размещать такие агрегаты в непосредственной близости от частных домов. Они могут работать в режиме когенерации, вырабатывая воду и пар для систем отопления, и в режиме тригенерации, преимущественно, в вентиляционных системах.

Преимущества и недостатки ГТЭС

К несомненным плюсам можно отнести следующие:

Максимально простое устройство. В отличие от паровой установки, котел не нужен. В связи с этим отсутствуют градирни, паропроводы и другие приспособления. Существенно снижена масса и материалоемкость таких установок.
Вода расходуется в минимальном количестве, охлаждая смазку в подшипниках.
Быстрый монтаж и ввод в эксплуатацию. Мощный турбогенератор запускается в работу в течение 15-20 минут, а паровая турбина – в течение нескольких часов.
Возможность дополнительно производить тепловую энергию, что способствует более быстрой окупаемости установки.
Токсичные выбросы отсутствуют, вибрация незначительная. Можно без ограничений использовать в населенных пунктах.
Доступное газовое топливо.
Использование в труднодоступных районах, где отсутствует центральное электроснабжение.

Тем не менее, нельзя сбрасывать со счетов и определенные минусы, характерные для данного типа установок:

Для достижения полезной мощности изначально требуется высокая температура газа – свыше 550 градусов. В связи с этим, для изготовления турбины используются жаростойкие материалы. Требуется система охлаждения мест, подверженных сильному нагреву.
Фактическая полезная мощность довольно низкая, поскольку ее значительная часть расходуется на привод компрессорной установки.
Твердым видам топлива необходима предварительная обработка.
Большие турбины отличаются высоким уровнем шума.

Читайте также: