Μονάδες ηλεκτροπαραγωγής με εναλλακτικά καύσιμα στη Ρωσία

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Τα τελευταία χρόνια, οι αυτόνομοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με κινητήρες αερίου εμβόλου έχουν γίνει όλο και πιο δημοφιλείς στη Ρωσία και στο εξωτερικό. Αυτές οι μονάδες συντηρούνται εύκολα και καταναλώνουν λιγότερο καύσιμο από τις παραδοσιακές μονάδες ντίζελ. Επιπλέον, με βάση έναν κινητήρα αερίου εμβόλου, είναι δυνατή η συναρμολόγηση ενός συνδυασμένου σταθμού που παράγει ταυτόχρονα θερμότητα και ηλεκτρισμό.

Μιλήσαμε με τους προγραμματιστές από την Transmashholding, τον γενικό συνεργάτη του φεστιβάλ Polytech 360, για το πώς διαφέρει μια μονάδα εμβόλου αερίου από έναν κινητήρα βενζίνης ή ντίζελ και εάν μπορεί να εγκατασταθεί σε ένα συνηθισμένο αυτοκίνητο. Στις ερωτήσεις μας απάντησαν ο Alexander Terekhin, επικεφαλής του τμήματος ανάπτυξης κινητήρων ντίζελ στην Transmashholding JSC, και ο Igor Ovchinnikov, ο διευθυντής έργου για την ανάπτυξη μηχανικής ντίζελ στην Transmashholding JSC.

Στην ουσία, οι κινητήρες με έμβολα αερίου είναι συμβατικοί κινητήρες εσωτερικής καύσης που χρησιμοποιούν αέριο για τη λειτουργία τους. Οι πρώτες τέτοιες εγκαταστάσεις εμφανίστηκαν στα τέλη του 19ου αιώνα και χρησιμοποιήθηκαν κυρίως σε εργοστάσια για την οδήγηση διαφόρων εξοπλισμών παραγωγής. Αργότερα αντικαταστάθηκαν κυρίως από ηλεκτροκινητήρες. Επίσης δεν χρησιμοποιούνται ευρέως στις μεταφορές. Όμως τα τελευταία χρόνια, η δημοτικότητα των κινητήρων με έμβολα αερίου έχει αρχίσει να αυξάνεται. Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για αυτό, αλλά ο κυριότερος είναι η αύξηση των τιμών των υγρών καυσίμων υδρογονανθράκων (βενζίνη, ντίζελ). Σήμερα, οι κινητήρες με έμβολα αερίου χρησιμοποιούνται σε γεννήτριες ισχύος, γεννήτριες θερμότητας, αντλίες, συμπιεστές και μονάδες ψύξης.

N + 1: Σε ποιες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται κινητήρες αερίου με έμβολα και γιατί;

Οι κινητήρες με έμβολο αερίου χρησιμοποιούνται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σχεδόν όλων των εφαρμογών: σταθεροί κινητήρες-γεννήτριες και μονάδες παραγωγής ενέργειας, ατμομηχανές, αυτοκίνητα, μεταφορές και τεχνολογικές (για τρακτέρ, εξοπλισμός λατομείου) και άλλες.

Τα αποθέματα φυσικού αερίου στη χώρα μας και στον κόσμο ξεπερνούν σημαντικά τα αποθέματα υγρών καυσίμων υδρογονανθράκων παντός τύπου. Φυσικά, το κόστος των καυσίμων αερίου είναι σημαντικά χαμηλότερο από αυτό των υγρών καυσίμων υδρογονανθράκων. Στη χώρα μας, πολλές γενιές θα μπορούν να χρησιμοποιούν αυτό το είδος καυσίμου.

Σε τι δουλεύουν τέτοιοι κινητήρες;

Χρησιμοποιούν δύο τύπους καυσίμων αερίου. Πρώτον, είναι φυσικό αέριο (περιέχει το μεγαλύτερο μέρος του μεθανίου), το οποίο καίμε, ειδικότερα, στις κουζίνες μας. Και, δεύτερον, το αέριο πετρελαίου που λαμβάνεται από τη διύλιση πετρελαίου (περιέχει το μεγαλύτερο μέρος του προπάνιου και του βουτάνιου). Είναι το τελευταίο σε υγροποιημένη κατάσταση που χρησιμοποιείται κυρίως ως καύσιμο κινητήρα για αυτοκίνητα ή σε φιάλες για εξοχικές κατοικίες αερίου.

Οι περισσότεροι βιομηχανικοί κινητήρες, φορτηγών και λεωφορείων χρησιμοποιούν φυσικό συμπιεσμένο ή υγροποιημένο αέριο. Το τελευταίο διάστημα έχουν γίνει προτάσεις για τη μετατροπή των επιβατικών αυτοκινήτων σε χρήση φυσικού αερίου.

Σε τι διαφέρει ένας τέτοιος κινητήρας από έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης;

Ένας κινητήρας με έμβολο αερίου είναι ο ίδιος κινητήρας εσωτερικής καύσης, αλλά με ορισμένα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τη χρήση διαφορετικού τύπου καυσίμου.

Πρώτα απ 'όλα, ένα σύστημα αποθήκευσης αερίου και εξοπλισμός αερίου πρέπει να τοποθετηθεί στο τελικό προϊόν (αυτοκίνητο, ντίζελ ατμομηχανή κ.λπ.) για αλλαγή των παραμέτρων αερίου (πίεση, θερμοκρασία) και παροχή στον κινητήρα.

Οι αλλαγές στον ίδιο τον κινητήρα μπορούν να χωριστούν σε δύο μέρη. Αυτά που ανήκουν στο πρώτο από αυτά είναι εποικοδομητικής φύσης και σχετίζονται με αλλαγές στην αναλογία συμπίεσης, το σχεδιασμό τμημάτων της ομάδας κυλίνδρου-εμβόλου, τις ρυθμίσεις παροχής αέρα και στροβιλοσυμπιεστή και άλλα στοιχεία. Τα τελευταία συνδέονται με τον εξοπλισμό του κινητήρα με συσκευές για την παροχή αερίου στην πολλαπλή εισαγωγής ή στον θάλαμο καύσης.

Είναι δυνατόν να τοποθετήσετε έναν κινητήρα αερίου με έμβολο σε ένα κανονικό αυτοκίνητο;

Μπορώ. Πολλοί βάζουν και οδηγούν με επιτυχία. Τέτοιες λύσεις χρησιμοποιούνται σε αυτοκίνητα, τρακτέρ, ατμομηχανές, μικρά εμπορικά πλοία νεκρού βάρους και άλλα οχήματα.

Transmashholding και κινητήρες αερίου

Το 2013, μια ατμομηχανή ντίζελ TEM19 παρήχθη στο εργοστάσιο Transmashholding στο Bryansk. Πρόκειται για την πρώτη ντιζελομηχανή στον κόσμο της οποίας ο εμβολοφόρος κινητήρας λειτουργεί με φυσικό αέριο, η αυτόνομη παροχή του οποίου αποθηκεύεται σε υγρή μορφή σε κρυογονικό δοχείο.

Προς το παρόν, η TMH έχει ξεκινήσει ένα έργο για τη δημιουργία μιας νέας ατμομηχανής ντίζελ TEM29 αυξημένης ισχύος. Ο σχεδιασμός του θα βασίζεται στην αρχή της αρθρωτής λειτουργίας του κύριου εξοπλισμού. Στοχεύει στη μείωση του κόστους των πόρων που απαιτούνται για τη συντήρηση και τις επισκευές κατά τη λειτουργία λόγω της χρήσης αθροιστικών επισκευών.

Στην επιχείρησή της στην Kolomna, η TMH υλοποιεί μια σειρά από έργα χρησιμοποιώντας εναλλακτικά καύσιμα, κατακτώντας την παραγωγή ενός ριζικά νέου τύπου προϊόντος - κινητήρες αερίου που έχουν σχεδιαστεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής για βασικούς, εφεδρικούς και έκτακτους σκοπούς.

Επί του παρόντος, στο εργοστάσιο της Κολόμνας βρίσκεται υπό κατασκευή ένας κινητήρας-γεννήτρια αερίου 9GMG για την ατμομηχανή ντίζελ TEM29.

Οι κινητήρες, που δημιουργήθηκαν στο εργοστάσιο TMH Kolomna, θα χρησιμοποιούν καύσιμο ντίζελ, φυσικό καύσιμο ή σχετικό πετρελαϊκό αέριο, καθώς και αργό πετρέλαιο ισχύος από 1000 έως 3500 κιλοβάτ ως κύριο καύσιμο.

Η TMH σκοπεύει επίσης να αναπτύξει τροποποιήσεις αερίου νέων κινητήρων ντίζελ που δημιουργήθηκαν κατά την υλοποίηση του υποπρογράμματος ανάπτυξης κινητήρων ντίζελ του Ομοσπονδιακού Προγράμματος Στόχου "Εθνική Τεχνολογική Βάση".

Γιατί αυτοί οι κινητήρες δεν χρησιμοποιούνται καθολικά;

Συνέβη ιστορικά ότι διαφορετικοί τύποι υγρών καυσίμων υδρογονανθράκων χρησιμοποιούνται κυρίως ως καύσιμο κινητήρα. Για αυτούς έχει δημιουργηθεί μια ευρεία υποδομή. Κατά συνέπεια, για να επεκταθεί η χρήση του αερίου, είναι απαραίτητο να επεκταθεί η υποδομή που σχετίζεται με την παράδοσή του στον τόπο ανεφοδιασμού και, τελικά, στον τόπο καύσης. Αυτό τώρα επιδιώκεται ενεργά.

Αυτή τη στιγμή, η πιο ελπιδοφόρα για τη λειτουργία ατμομηχανών που λειτουργούν με καύσιμο κινητήρα αερίου είναι η μη ηλεκτρισμένη βόρεια σειρά του σιδηροδρόμου Sverdlovsk. Αυτή η περιοχή έχει όλες τις απαραίτητες προϋποθέσεις: επίπεδο προφίλ, μεγάλους όγκους φορτίου, διαθεσιμότητα φθηνού φυσικού αερίου, καθώς και εγκαταστάσεις παραγωγής, βάσει των οποίων μπορεί να ξεκινήσει η παραγωγή υγροποιημένου φυσικού αερίου.

Γενικά, η χρήση του φυσικού αερίου ως καυσίμου κινητήρα σε όλους τους τύπους μεταφορών και η δημιουργία οικιακής μεταφοράς αερίου και σταθερού εξοπλισμού έχουν μεγάλη σημασία σήμερα για την ανανέωση του τροχαίου υλικού, το οποίο πρέπει να πληροί τα διεθνή πρότυπα ασφάλειας, περιβάλλοντος και αξιοπιστίας.

Γιατί χρησιμοποιούνται συχνά σε μικρούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας;

Είναι κερδοφόρο και οικονομικό. Η κατανάλωση καυσίμου και το λειτουργικό κόστος είναι σημαντικά ζητήματα για τον ιδιοκτήτη της μονάδας. Μια μονάδα εμβόλου αερίου έχει ειδική κατανάλωση καυσίμου ανά κιλοβάτ ανά ώρα που παράγεται υπό οποιαδήποτε κατάσταση φορτίου μικρότερη από αυτή μιας μονάδας αεριοστροβίλου. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η απόδοση των μηχανών εμβόλου είναι 36-45 τοις εκατό, ενώ για τους στρόβιλους είναι μόνο 25-34 τοις εκατό.

Το κύριο πλεονέκτημα των κινητήρων με έμβολα αερίου έναντι των κινητήρων ντίζελ είναι το φθηνότερο καύσιμο. Ακόμη και όταν ένα μείγμα αερίου προπανίου-βουτανίου χρησιμοποιείται ως εφεδρικό καύσιμο, το κόστος μιας μονάδας ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται σε μια μονάδα αερίου εμβόλου είναι 1, 3 φορές μικρότερο από ό,τι σε μια μονάδα ντίζελ.

Η λειτουργία και η συντήρηση μιας μονάδας εμβόλου αερίου, σε αντίθεση με μια μονάδα αεριοστροβίλου, δεν απαιτεί υψηλά καταρτισμένο μηχανικό προσωπικό. Η τακτική συντήρηση, οι ενδιάμεσες και γενικές επισκευές ενός κινητήρα με έμβολο αερίου μπορούν να πραγματοποιηθούν στο χώρο λειτουργίας χωρίς να μετακινηθεί η μονάδα στο χώρο του κατασκευαστή ή σε μια εξειδικευμένη επιχείρηση.

Ποιος είναι ο λόγος για την αυξανόμενη δημοτικότητα των μονάδων εμβόλων αερίου τα τελευταία χρόνια, παρά το γεγονός ότι η ίδια η τεχνολογία υπάρχει εδώ και πολύ καιρό;

Η ανάλυση της καταναλωτικής αγοράς ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας αποκάλυψε ότι περίπου το 30 τοις εκατό των καταναλωτών δεν χρειάζεται δεκάδες και εκατοντάδες μεγαβάτ ενέργειας και, ως εκ τούτου, υποχρεωτική κεντρική παροχή ρεύματος, οι συνολικές απώλειες της οποίας κατά τη μεταφορά μέσω των δικτύων στον καταναλωτή είναι έως και 25-30 τοις εκατό.

Επιπλέον, οι χρήστες δεν είναι ικανοποιημένοι με το υψηλό κόστος σύνδεσης σε κεντρικά δίκτυα και γενικά, η απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας στη Ρωσία έχει οδηγήσει σε κρίση στη λειτουργία μεγάλων κεντρικών συστημάτων παροχής ενέργειας.

Οι τεχνολογίες εμβόλων αερίου είναι κατάλληλες για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μικρής κλίμακας, εφαρμόζοντας πολύ αποτελεσματικά την έννοια της «οικονομικής» παραγωγής ενέργειας με ελάχιστες απώλειες παραγόμενης θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας. Οι τοπικές αυτόνομες αποκεντρωμένες πηγές συνδυασμένης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας που βασίζονται σε εργοστάσια εμβόλων αερίου έχουν υψηλή απόδοση, είναι εντελώς ανεξάρτητες από τα περιφερειακά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και, κατά συνέπεια, από την αύξηση των τιμολογίων, είναι αξιόπιστες, δεν απαιτούν κόστος για την κατασκευή της προμήθειας και δίκτυα διανομής.

Οι κινητήρες με έμβολο αερίου μπορούν να συνδυαστούν σε σειρά. Ποιο είναι το όφελος μιας τέτοιας ενοποίησης σε σύγκριση με τη χωριστή χρήση των εγκαταστάσεων;

Όχι μόνο κινητήρες αερίου-εμβόλου, αλλά και πετρελαιοκινητήρες μπορούν να συνδυαστούν σε «μπαταρίες». Όλα εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά και τις απαιτήσεις του στατικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Συγκεκριμένα, πολύ συχνά μεμονωμένες μονάδες μπορούν να παραδοθούν στον τόπο εγκατάστασης και λειτουργίας μόνο με ελικόπτερο. Υπάρχουν όμως ειδικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, η κύρια απαίτηση των οποίων είναι η μέγιστη δυνατή ισχύς σε μία μονάδα.