Современные дизельные электростанции ОАО «ЗВЕЗДА-ЭНЕРГЕТИКА», «Турбины и дизели» №4
Важнейшие направления энергетической политики России зафиксированы в Энергетической стратегии на период до 2020 г. Главные стратегические ориентиры — это энергетическая и экологическая безопасность, энергосбережение и экономическая эффективность.
Ю. В. Кромин , А. Н. Страшевская — ОАО «Звезда-Энергетика»
На сегодня в России энергоёмкость валового внутреннего продукта в 3 раза выше, чем в странах Западной Европы, и в 4 раза — чем в США. Доля энергозатрат в себестоимости промышленной продукции составляет в среднем 18%, а в ряде отраслей до 70%. По оценкам Минэнерго РФ, потенциал энергосбережения составляет от 35% до 45% всего объёма потребляемой энергии. Для производства такого количества энергии ежегодно затрачивается около $20 млрд.
В таких экономических условиях эффективным решением
Одним из ключевых направлений деятельности
Двигатели, применяемые для комплектации дизель-генераторов (ДГ), должны обеспечивать:
- стабильную частоту вращения, необходимую для выработки на клеммах генератора тока частотой 50 Гц (или, в ряде случаев, 60 Гц);
- оптимальное соответствие параметров дизеля и назначенных параметров генератора для конкретных условий работы
дизель-генератора по нагрузочной характеристике при минимальных совокупных затратах; - стабильную работу в различных условиях эксплуатации, в том числе на переменных режимах, с сохранением заданных параметров тока.
При производстве двигателей внутреннего сгорания предприятия, как правило, ориентируются на крупные заказы (серию), что предполагает создание оптимальных модификаций двигателей.
Все типы двигателей, кроме высокооборотных, могут применяться для привода генераторов без значительных изменений параметров, прежде всего по частоте вращения. Высокооборотные дизели, спроектированные и изготовленные для судовой, автомобильной или горнодобывающей техники, имеют частоту вращения до 2000 об/мин и более. Использование таких двигателей в составе
В качестве примера рассмотрим высокооборотные дизели фирмы Cummins, которые используются
Современный типоразмерный ряд дизелей фирмы Cummins начал создаваться в конце
Мощностной ряд дизелей представлен высокооборотными двигателями малой и средней мощности. Двигатели малой мощности выполнены с непосредственным впрыском топлива в цилиндры, что по сравнению с предкамерной системой обеспечивает снижение удельного расхода топлива на 15 — 20%. Величина среднего эффективного давления составляет от 0,7 МПа (безнаддувного двигателя) до 1,77 МПа (для наиболее форсированного). Отношение величины хода поршня к диаметру цилиндра S/d находится в пределах 1,09…1,21.
Для двигателей с наддувом и охлаждением наддувочного воздуха удельный расход топлива в условиях эксплуатации be=194…231 г/кВт•ч (в зависимости от величины наддува). Для безнаддувного двигателя 4 В3.9 G, 4Ч 10,2/12 расход топлива — 245 г/кВт•ч.
Для двигателя с наддувом 4 ВТА3.9 G1, 4ЧН 10,2/12 при Рme = 1,32 МПа величина be составляет 201 г/кВт•ч., для M 11 G2, 6ЧН 12,5/14,7 при Рme = 1,76 МПа — 194 г/кВт•ч
Следствием работы на «генераторной» частоте вращения является пониженное значение средней скорости поршня. В связи с более низкой скоростью (по сравнению с допустимой) и коэффициентом загрузки двигателя ≈0,85, наработка до капитального ремонта составит 14…20 тыс.ч. При переменных нагрузках она должна быть снижена.
Двигатели Cummins малой мощности поставляются в 4- и
К высокооборотным дизелям требования по обеспечению ресурса и надёжности предъявляются в соответствии со спецификой их применения. Двигатели, использующиеся в передвижных электростанциях, должны иметь повышенную энергоёмкость, минимальные массогабаритные размеры, высокий уровень унификации и ремонтопригодности и, кроме того, способность развивать номинальную мощность в условиях высокогорья.
Для
Удельный расход топлива снижается при увеличении среднего эффективного давления, охлаждении наддувочного воздуха и увеличении хода поршня.
У двигателей Cummins существуют определённые возможности по увеличению хода поршня: у
Одним из способов получения на выходе ДГ частоты тока 50 Гц является применение регулятора частоты тока. Это позволяет комплектовать установки серийными двигателями без увеличения хода поршня и при сохранении частоты вращения выше «генераторной». Но в этом случае не решается проблема повышения топливной экономичности дизелей.
При комплектации электростанций иногда целесообразно применять для обеспечения равной мощности двигатели меньшей размерности, но повышенного форсирования, особенно при использовании их в качестве резервных или аварийных.
Разработанный типоразмерный ряд дизелей типа Quantom с увеличенным ходом поршня обеспечивает повышение агрегатной мощности без увеличения диаметра поршня (табл.). Максимальная мощность двигателей — 2570 кВт. В связи со снижением удельного расхода топлива и увеличением межремонтных периодов сокращаются эксплуатационные расходы.
Основные параметры двигателей Cummins
Марка двигателя |
Мощность, кВт |
Среднее эффективное давление, МПа |
Отношение ход поршня/диаметр, S/d |
Удельный расход топлива, г/кВт·ч |
---|---|---|---|---|
LTA 10 G 3, 6ЧН 12,5/13,6 QSM 11 - G1, 6ЧН 12,5/14,7 |
202 234…292 |
1,76 1,76…2,19 |
1,01 1,17 |
203…218 194…197 |
QSX 15 - G4, 6ЧН 13,7/16,9 NTA 855 - G4, 6ЧН 14/15,2 VTA28 - G5, 12ЧН 14/15,2 QST 30 - G1-4, 12ЧН 14/16,5 |
366…444 272…309 548 634…880 |
1,98…2,04 1,58…1,79 1,59 1,69…2,15 |
1,23 1,08 1,08 1,17 |
200…211 204…210 198 196…198 |
QSK 23 - G1-4, 6ЧН 17 / 17 |
574…701 |
2,04…2,4 |
1,0 |
197…199 |
KTA19 - G3,4, 6ЧН 15,9/15,9 KTA38 - G3,5, 12ЧН15,9/15,9 QSK 45 - G2-6,12ЧН 15,9/19 |
384…429 786…860 1080…1295 |
1,65…1,84 1,69…1,85 1,95…2,34 |
1,0 1,0 1,19 |
203…204 202…203 195…200 |
KTA50 - G3-8,16ЧН 15,9/15,9 QSK 60 - G2-4,16ЧН 15,9/19 |
1070…1153 1455…1730 |
1,73…1,86 1,97…2,34 |
1,0 1,19 |
202…205 190…193 |
QSK 78 - G,18ЧН 17/19 | 2570 |
2,68 |
1,11 |
189 |
Таблица составлена
С целью постоянного контроля реально израсходованного ресурса двигателей разработаны автоматизированные бортовые системы диагностирования, которые контролируют исправность, работоспособность и функционирование энергоустановки.
Для прогноза технического состояния установки в конкретных условиях эксплуатации должна быть накоплена информация по предыдущей работе, представляющая процесс изменения технических характеристик. Это позволит при определении закономерностей их изменения планировать дальнейшее использование установки.
Система мониторинга обеспечивает на всех режимах необходимый набор величин текущих параметров
- контроль основных параметров — с предупреждением о достижении параметрами предельных величин, неисправностях, причинах отказов;
-
передачу данных по локальной системе связи на местный пост управления с отображением текущего состояния
дизель-генератора на мониторе; - передачу данных по текущему состоянию ДГ на удалённый информационный пост с использованием интерфейсов, телефонной сети.
Во всех случаях данные могут передаваться на компьютер для анализа работы энергетической установки и корректировки режимов дальнейшей эксплуатации
По генератору в режиме реального времени контролируются следующие параметры: величина напряжения, сила и частота тока, реальная мощность, коэффициент мощности, количество выработанной энергии и количество нагружений. По дизелю- частота вращения, температура воды и масла, давление масла, температура выхлопных газов, время работы, а также отклонение параметров от норм.
Имеющиеся системы контроля и управления
После запуска двигателя и достижения
Блок управления и контроля (PCC) контролирует напряжение и частоту на общей шине и осуществляет подстройку параметров
С вводом ДГ в параллельную работу значения его напряжения и частоты зависят от параметров общей шины, и система контроля переключается на контроль распределения нагрузки. Каждый ДГ имеет собственную систему контроля. Поскольку между
После того как система контроля определила, что ДГ достиг необходимых значений напряжения и частоты, нагрузка с сети перебрасывается на него.
Комплектация дизельных блочно-контейнерных электростанций
С развитием малой энергетики компания
- с отдельным расположением модулей на площадке (без объединения их в единую конструкцию) и едиными общими функциональными связями между ними;
- с объединением отдельных модулей в единую законченную конструкцию с общими функциональными связями.
В состав электростанций входят следующие основные модули:
- дизельные или газопоршневые электроагрегаты различной единичной мощности в контейнерном исполнении;
- резервные дизельные электроагрегаты;
- операторная, автоматизированная система управления электростанцией;
- низковольтный распределительный щит напряжением 0,4 кВ;
- закрытое распределительное устройство напряжением 6,3 кВ (10,5кВ) с трансформаторами собственных нужд;
- модули, включающие помещения ремонтных мастерских, топливо- и маслоподготовки, насосные, а также бытовые помещения.
- электростанция для СП «Сахалин Энерджи» из 12 энергоблоков общей электрической мощностью 19 200 кВт и тепловой — 8 000 кВт;
-
ДЭС для
ОАО «Сахаэнерго» из 8 энергоблоков общей электрической мощностью 12 800 кВт и тепловой — 10 000 кВт; -
ДЭС для золоторудной компании
ЗАО «Многовершинное» из 4 энергоблоков общей электрической мощностью 6400 кВт; -
ДЭС для
ОАО «Нарьянмарнефтегаз» из 4 энергоблоков общей электрической мощностью 7200 кВт.
В настоящее время среди перспективных направлений деятельности компании