Elektrownie na paliwa alternatywne w Rosji

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

W ciągu ostatnich kilku lat autonomiczne elektrownie z silnikami tłokowymi gazowymi stały się coraz bardziej popularne w Rosji i za granicą. Jednostki te są łatwe w utrzymaniu i zużywają mniej paliwa niż tradycyjne jednostki wysokoprężne. Dodatkowo, w oparciu o silnik tłokowy gazowy, istnieje możliwość zmontowania stacji kombinowanej, która jednocześnie wytwarza ciepło i energię elektryczną.

O tym, czym różni się zespół tłoka gazowego od silnika benzynowego lub wysokoprężnego i czy można go zamontować w zwykłym samochodzie, rozmawialiśmy z deweloperami z Transmashholding, generalnego partnera festiwalu Polytech 360. Na nasze pytania odpowiedzieli Alexander Terekhin, szef działu rozwoju silników diesla w Transmashholding JSC oraz Igor Ovchinnikov, kierownik projektu ds. rozwoju inżynierii diesla w Transmashholding JSC.

Zasadniczo silniki tłokowe gazowe są konwencjonalnymi silnikami spalinowymi wewnętrznego spalania, które wykorzystują gaz do działania. Pierwsze tego typu instalacje pojawiły się pod koniec XIX wieku i były wykorzystywane głównie w fabrykach do napędzania różnego rodzaju urządzeń produkcyjnych. Później zastąpiono je głównie silnikami elektrycznymi. Nie są też szeroko stosowane w transporcie. Ale w ostatnich latach popularność silników tłokowych gazowych zaczęła rosnąć. Przyczyn tego jest kilka, ale głównym z nich jest wzrost cen ciekłych paliw węglowodorowych (benzyny, oleju napędowego). Obecnie silniki tłokowe gazowe znajdują zastosowanie w agregatach prądotwórczych, generatorach ciepła, pompach, sprężarkach i agregatach chłodniczych.

N + 1: W jakich zakładach są stosowane silniki tłokowe gazowe i dlaczego?

Silniki tłokowe gazowe znajdują zastosowanie w elektrowniach niemal wszystkich zastosowań: stacjonarne agregaty prądotwórcze i elektrownie, lokomotywy, samochody, środki transportu i technologiczne (do ciągników, wyposażenia kamieniołomów) i inne.

Zasoby gazu ziemnego w naszym kraju i na świecie znacznie przewyższają zasoby wszystkich rodzajów ciekłych paliw węglowodorowych. Oczywiście koszt paliwa gazowego jest znacznie niższy niż ciekłego paliwa węglowodorowego. W naszym kraju wiele pokoleń będzie mogło korzystać z tego rodzaju paliwa.

Na czym działają takie silniki?

Wykorzystują dwa rodzaje paliwa gazowego. Po pierwsze jest to gaz ziemny (zawiera najwięcej metanu), który spalamy w szczególności w naszych kuchniach. Po drugie, gaz naftowy otrzymywany z rafinacji ropy naftowej (zawiera większość propanu i butanu). To właśnie ten ostatni w stanie skroplonym stosowany jest najczęściej jako paliwo silnikowe do samochodów lub w butlach do gazowych domków letniskowych.

Większość silników przemysłowych, ciężarówek i autobusów wykorzystuje sprężony lub skroplony gaz naturalny. Ostatnio pojawiły się propozycje konwersji samochodów osobowych na gaz ziemny.

Czym taki silnik różni się od silnika spalinowego?

Silnik tłokowy gazowy to ten sam silnik spalinowy, ale z pewnymi cechami konstrukcyjnymi związanymi ze stosowaniem innego rodzaju paliwa.

Przede wszystkim na wyrobie finalnym (samochód, lokomotywa spalinowa itp.) należy zamontować system magazynowania gazu i osprzęt gazowy, aby zmienić parametry gazu (ciśnienie, temperatura) i dostarczyć go do silnika.

Zmiany w samym silniku można podzielić na dwie części. Te, które należą do pierwszej z nich, mają charakter konstrukcyjny i dotyczą zmian stopnia sprężania, konstrukcji części zespołu cylinder-tłok, ustawień dopływu powietrza i turbosprężarki oraz innych elementów. Te ostatnie połączone są z wyposażeniem silnika w urządzenia do dostarczania gazu do kolektora dolotowego lub komory spalania.

Czy można umieścić silnik tłokowy gazowy w zwykłym samochodzie?

Mogą. Wielu zakłada i jeździ z sukcesem. Takie rozwiązania stosowane są w samochodach, ciągnikach, lokomotywach, statkach handlowych o małej nośności i innych pojazdach.

Silniki transmashhold i gazowe

W 2013 roku w zakładzie Transmashholding w Briańsku wyprodukowano lokomotywę manewrową TEM19. To pierwsza na świecie lokomotywa spalinowa, której silnik tłokowy napędzany jest gazem ziemnym, którego autonomiczne zasilanie jest przechowywane w postaci płynnej w kriogenicznym pojemniku.

Obecnie TMH rozpoczęło projekt stworzenia nowej spalinowej lokomotywy manewrowej TEM29 o zwiększonej mocy. Jego konstrukcja będzie oparta na zasadzie modułowości głównego wyposażenia. Ma to na celu zmniejszenie kosztów zasobów zaangażowanych w prowadzenie konserwacji i napraw w trakcie eksploatacji dzięki zastosowaniu napraw agregowanych.

W swoim przedsiębiorstwie w Kołomnej TMH realizuje szereg projektów wykorzystujących paliwa alternatywne, opanowując produkcję zupełnie nowego rodzaju produktu - silników gazowych przeznaczonych do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w elektrowniach w celach podstawowych, rezerwowych i awaryjnych.

Obecnie w zakładzie w Kołomnie trwa budowa silnika gazogeneratora 9GMG dla lokomotywy manewrowej TEM29.

Silniki powstające w zakładzie TMH Kołomna będą wykorzystywać jako główne paliwo olej napędowy, paliwo naturalne lub towarzyszący gaz ziemny, a także ropę naftową w zakresie mocy od 1000 do 3500 kilowatów.

TMH zamierza również opracować modyfikacje gazowe nowych silników wysokoprężnych powstałych w trakcie realizacji podprogramu rozwoju silników wysokoprężnych Federalnego Programu Celowego „Narodowa Baza Technologiczna”.

Dlaczego te silniki nie są powszechnie używane?

Tak się złożyło w przeszłości, że jako paliwo silnikowe stosuje się głównie różne rodzaje ciekłych paliw węglowodorowych. Stworzono dla nich szeroką infrastrukturę. W związku z tym w celu rozszerzenia wykorzystania gazu konieczna jest rozbudowa infrastruktury związanej z jego dostawą do miejsca tankowania i docelowo do miejsca spalania. Obecnie jest to aktywnie realizowane.

W tej chwili najbardziej obiecujące dla eksploatacji lokomotyw napędzanych paliwem gazowym jest niezelektryfikowane północne pasmo kolei swierdłowskiej. Region ten ma wszystkie niezbędne warunki: płaski profil, duże wolumeny ładunków, dostępność taniego gazu ziemnego, a także instalacje produkcyjne, na podstawie których można uruchomić produkcję skroplonego gazu ziemnego.

Ogólnie rzecz biorąc, wykorzystanie gazu jako paliwa silnikowego we wszystkich rodzajach transportu oraz tworzenie krajowego transportu gazu i urządzeń stacjonarnych ma dziś ogromne znaczenie dla odnowy taboru, który musi spełniać międzynarodowe normy bezpieczeństwa, ochrony środowiska i niezawodności.

Dlaczego są często stosowane w małych elektrowniach?

Jest opłacalny i ekonomiczny. Zużycie paliwa i koszty operacyjne są ważnymi kwestiami dla właściciela zakładu. Jednostka z tłokiem gazowym ma określone zużycie paliwa na kilowat na godzinę wytwarzane w dowolnym trybie obciążenia mniejsze niż w przypadku jednostki turbiny gazowej. Wynika to z faktu, że sprawność maszyn tłokowych wynosi 36-45 proc., a turbin tylko 25-34 proc.

Główną zaletą silników tłokowych gazowych nad silnikami wysokoprężnymi jest tańsze paliwo. Nawet gdy jako paliwo zapasowe stosuje się mieszaninę propan-butan, koszt jednostki energii elektrycznej wytworzonej na instalacji z tłokiem gazowym jest 1, 3 razy mniejszy niż na dieslu.

Eksploatacja i konserwacja zespołu tłoka gazowego, w przeciwieństwie do zespołu turbiny gazowej, nie wymaga wysoko wykwalifikowanej kadry inżynierskiej. Bieżąca konserwacja, naprawy pośrednie i remontowe silnika tłokowego gazowego mogą być wykonywane na miejscu eksploatacji bez przenoszenia jednostki do siedziby producenta lub wyspecjalizowanego przedsiębiorstwa.

Co jest przyczyną rosnącej popularności jednostek tłokowych gazowych w ostatnich latach, mimo że sama technologia istnieje od dawna?

Analiza rynku konsumenckiego energii elektrycznej i cieplnej wykazała, że około 30 procent odbiorców nie potrzebuje dziesiątek i setek megawatów mocy, a zatem obowiązkowego scentralizowanego zasilania, którego łączne straty podczas transportu przez sieci do konsumenta są do 25-30 proc.

Ponadto użytkownicy nie są usatysfakcjonowani wysokimi kosztami podłączenia do scentralizowanych sieci, a generalnie liberalizacja rynku energii w Rosji doprowadziła do kryzysu w działaniu dużych scentralizowanych systemów zaopatrzenia w energię.

Technologie tłoków gazowych doskonale nadają się do wytwarzania energii na małą skalę, bardzo skutecznie realizują koncepcję „oszczędnego” wytwarzania energii przy minimalnych stratach wytwarzanego ciepła i energii elektrycznej. Lokalne autonomiczne zdecentralizowane źródła skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła oparte na gazowych instalacjach tłokowych mają wysoką sprawność, są całkowicie niezależne od regionalnych sieci energetycznych, a co za tym idzie od wzrostu taryf są niezawodne, nie wymagają kosztów budowy zasilania i sieci dystrybucyjne.

Silniki tłokowe gazowe można łączyć szeregowo. Jaka jest korzyść z takiej konsolidacji w porównaniu z oddzielnym użytkowaniem instalacji?

Nie tylko silniki gazowo-tłokowe, ale także wysokoprężne można łączyć w „akumulatory”. Wszystko zależy od cech i wymagań elektrowni stacjonarnej. W szczególności bardzo często poszczególne moduły mogą być dostarczone na miejsce montażu i eksploatacji jedynie helikopterem. Ale są specjalne elektrownie, których głównym wymaganiem jest maksymalna możliwa moc w jednej jednostce.