Электроснабжение с помощью дизельных генераторов: особенности, преимущества, технологии
Дизельная электростанция – мобильная или стационарная энергетическая установка, главная функция которой – снабжение объекта электроэнергией. Потребность в автономном энергоснабжении существует на удаленных объектах, которые невозможно подключить к магистральным сетям, ввиду отсутствия таковых, в организациях, где действуют особые требования безопасности, предполагающие необходимость резерва, на случай отключения централизованной подачи.
Дизельные электростанции получили широкое распространение еще в СССР, однако, и сейчас продолжают пользоваться активным спросом, опережая аналоги на бензине или газе, будучи более надежными, адаптированными к жестким нагрузкам, климатическим и механическим, производительными. В чем особенности такого оборудования? Каков принцип его работы? В каких ситуациях его использование наиболее актуально?
Немного истории
Выпуск первых дизельных ДВС начался в России в конце позапрошлого столетия. Тогда они, впрочем, не использовались в качестве агрегатов для выработки электроэнергии, применялись по прямому назначению – как судовые силовые установки.
Активное распространение дизельных электростанций пришлось на годы ВОВ, когда началась массовая переброска предприятий в тыл, на территории, удаленные от центральной части страны, где отсутствовало централизованное электроснабжение, либо же мощность ТЭЦ была недостаточной для удовлетворения резко выросшего спроса.
Новый формат энергообеспечения показал себя максимально надежным и эффективным, а потому активно используется и сейчас, при отсутствии централизованных альтернатив, либо экономической нецелесообразности их применения.
Специфика применения
Дизельные электростанции изначально создавались для обслуживания объектов, удаленных от ТЭЦ и ЛЭП. Для РФ это крайне актуальная проблема: только треть территории страны охвачена энергетической системой, что объясняется огромной площадью, тянуть линию к предприятию или поселку, расположенному за сотни километров от ближайшей электростанции, невыгодно, а зачастую – невозможно, ввиду рельефа местности, естественных препятствий, болот, водоемов.
Автономные генераторы – выход из сложившейся ситуации. Они идеально подходят для электроснабжения следующих объектов:
-
Вахтовые поселения, деревни, расположенные вдали от цивилизации;
-
Предприятия горнодобывающего, нефтедобывающего сектора;
-
Сельскохозяйственные организации, тепличные комплексы, фермы;
-
Стройплощадки;
-
Стратегические объекты, воинские части, оборонные структуры.
Дизельная электростанция может быть как основным источником энергии, так и вспомогательным, резервным. В такой ситуации ее задача – недопущение перебоев в энергоснабжении при неполадках на основной магистрали, обрывах кабеля, коротких замыканиях на подстанциях. Использование резерва строго обязательно, если авария может привести к следующим последствиям:
-
Риск для жизни, здоровья людей, что актуально, например, для больниц;
-
Масштабный брак выпускаемых товаров;
-
Нарушение отлаженных производственных, технологических процессов;
-
Выход из строя дорогой техники.
Соответствующие положения зафиксированы правительственными постановлениями и Ростехнадзором.
Популярность ДЭС имеет под собой и экономические обоснования. Регулярные повышения тарифов приводят к тому, что зачастую рациональнее и выгоднее перейти на автономную систему.
Конструктивные особенности
Главный компонент любой дизельной электростанции, независимо от мощности, габаритов, спецификации – двигатель внутреннего сгорания, работающий на солярке. Именно он, сжигая топливо, вырабатывает механическое усилие, преобразующееся в электроэнергию.
Помимо ДВС, в конструкцию входят и другие системы:
-
Подачи топлива. Она гарантирует, что солярка из бака своевременно и стабильно будет поступать в цилиндры для поддержания рабочего цикла.
-
Воздушная. В цилиндрах двигателя сгорает не просто топливо, но топливовоздушная смесь, насыщенная кислородом. Для ее формирования требуется стабильная подача воздуха, прошедшего очистку от пыли и механических примесей, под определенным давлением.
-
Выхлопная. Отводит продукты горения, снижает содержание в выхлопе токсичных веществ, сводит к минимуму уровень шума.
-
Охлаждения. Перегрев – одна из наиболее опасных ситуаций для любого ДВС, способная привести к критическим поломкам, необходимости капитального ремонта. Не допустить ее помогут радиаторы, вентиляторы и другие компоненты систем охлаждения, воздушных или водяных.
-
Распределения энергии. К этому комплексу относятся датчики, модули управления и другое оборудование, обеспечивающее эффективность и безопасность.
Мобильные установки дополнительно комплектуются облегченными рамами, обеспечивающими жесткость, и шасси, упрощающими транспортировку. На стационарных аналогах часто применяются усиленные рамы, выдерживающие даже интенсивные внешние механические воздействия.
Принцип работы
Независимо от класса, дизельные электростанции используют принцип трансформации энергии, вырабатывающейся во время сжигания дизельного топлива, в механическое усилие, вращающее ротор генератора. Весь алгоритм состоит из трех стадий:
-
Сжатие, воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндре, что приводит к росту давления, обеспечивающему движение поршней.
-
Передача генерируемого механического усилия на коленчатый вал, вращающий ротор электрической установки.
-
Выработка электричества. Генератор за счет вращения ротора начинает вырабатывать ток, параметры которого приводятся в соответствие с требованиями конкретных потребителей за счет распределительной системы.
Классификация и рекомендации по выбору
Классифицировать дизельные электростанции можно по множеству признаков, каждый из которых – требует подробного рассмотрения и должен учитываться при подборе.
Мобильность
Стационарные электростанции, как правило, монтируются в специально оборудованном для них помещении или пристройке, расположенной вплотную к обслуживаемому объекту. Передвижные аналоги – комплектуются шасси, все агрегаты располагаются внутри блок-контейнера, обеспечивающего защиту от внешних воздействий в процессе эксплуатации и транспортировки, исключающего необходимость в сооружении капитального или облегченного временного здания.
Напряжение
Низковольтные электростанции генерируют ток напряжением не более киловольта, высоковольтные – гораздо большего, что позволяет передавать энергию на значительные расстояния без потерь. Использовать оборудование второго типа нужно при удаленности от обслуживаемого объекта.
Тип генератора
Генераторы, вырабатывающие электроэнергию, представлены двумя главными категориями:
-
Асинхронные. Оптимально подходят для жестких эксплуатационных условий, предполагающих воздействие пыли, продолжительную бесперебойную работу, высокий риск коротких замыканий между витками.
-
Синхронные. Их преимущество – обеспечение стабильности параметров электрической энергии на выходе, минимальная чувствительность к колебаниям тока в сети при запуске мощных приборов-потребителей.
К категории классификационных признаков относятся и общие, например, вырабатываемая мощность или тип системы охлаждения дизельного двигателя. При подборе мощности нужно руководствоваться общими запросами всех приборов-потребителей, охлаждения – нагрузками. Воздушное охлаждение конструктивно проще, не требует частого обслуживания, замены антифриза, однако, по эффективности проигрывает жидкостному.
Нужно учитывать, что постоянная эксплуатация электростанции на максимум от ее возможностей – это крайне серьезная нагрузка, способная привести к быстрому выходу из строя. В идеале, общая мощность потребителей не должна быть больше 70 процентов от максимума.
Преимущества и недостатки
Дизельная электростанция характеризуется следующими достоинствами:
-
Разнообразие моделей, мощность варьируется от пары десятков киловатт до нескольких тысяч, что удовлетворяет потребности даже крупного промышленного производства.
-
Высокий КПД, вплоть до 80 процентов, что недоступно для аналогов на газе и бензине.
-
Экономичный топливный расход. В среднем, для генерации киловатт-часа энергии нужно 270 граммов топлива.
-
Большой эксплуатационный ресурс. Капитальный ремонт дизельной установке потребуется, как минимум, через 20 тысяч моточасов, даже если речь идет об экстремальных эксплуатационных нагрузках. При бережном использовании, вполне достижимы показатели в 30, 40 тысяч.
-
Простота установки. Монтаж даже габаритных стационарных версий не займет много времени, с мобильными – работать еще легче.
-
Пожарная безопасность. Солярка менее склонна к воспламенению, в сравнении с бензином и газом.
Если говорить о недостатках дизельного оборудования, то они в определенной степени условны и субъективны. Нужно отметить, например, следующее:
-
Цена. Дизель-генераторы стоят дороже бензиновых и газовых, так что первоначальные вложения окажутся выше. Впрочем, это компенсируется экономией в процессе эксплуатации, высокой надежностью, простым обслуживанием.
-
Шум. Работа сопряжена с вибрациями и рокотом, однако, их можно компенсировать установкой специальных демпфирующих прокладок и кожухов, обеспечивающих, вдобавок, изоляцию от внешней среды, защищающих от ветра и осадков.
-
Требовательность к топливу. Преимущества дизельных электростанций удастся реализовать только при условии использования солярки высокого качества, соответствующей сезону, летнему или зимнему, не содержащей посторонних примесей. К выбору поставщика нужно отнестись предельно серьезно.
Подведение итогов
Дизельная электростанция, как и десятилетия назад, продолжает оставаться оптимальным автономным источником энергии, если речь идет о потребителях высокой мощности. Устройства представлены во множестве модификаций, становятся все более совершенными, поддерживающими алгоритмы электронного, автоматизированного управления, продуцирующими минимальные объемы вредных выхлопов, подходящими даже для объектов и территорий, где действуют строгие экологические, санитарно-гигиенические нормы.
