Vaihtoehtoisten polttoaineiden voimalaitokset Venäjällä

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Viime vuosina kaasumäntämoottoreilla varustetut autonomiset voimalaitokset ovat tulleet yhä suositummiksi Venäjällä ja ulkomailla. Näitä yksiköitä on helppo huoltaa ja ne kuluttavat vähemmän polttoainetta kuin perinteiset dieselyksiköt. Lisäksi kaasumäntämoottorin pohjalta on mahdollista koota yhdistelmäasema, joka tuottaa samanaikaisesti lämpöä ja sähköä.

Keskustelimme Polytech 360 -festivaalin pääkumppanin Transmashholdingin kehittäjien kanssa siitä, miten kaasumäntäyksikkö eroaa bensiini- tai dieselmoottorista ja voidaanko se asentaa tavalliseen autoon. Kysymyksiimme vastasivat Transmashholding JSC:n dieselmoottorien kehitysosaston päällikkö Alexander Terekhin ja Transmashholding JSC:n dieselin suunnittelun kehittämisen projektipäällikkö Igor Ovchinnikov.

Pohjimmiltaan kaasumäntämoottorit ovat tavanomaisia polttomoottoreita, jotka käyttävät kaasua toimiakseen. Ensimmäiset tällaiset asennukset ilmestyivät 1800-luvun lopulla ja niitä käytettiin pääasiassa tehtaissa erilaisten tuotantolaitteiden ohjaamiseen. Myöhemmin ne korvattiin pääasiassa sähkömoottoreilla. Niitä ei myöskään käytetä laajasti liikenteessä. Mutta viime vuosina kaasumäntämoottoreiden suosio on alkanut kasvaa. Syitä tähän on useita, mutta tärkein niistä on nestemäisten hiilivetypolttoaineiden (bensiini, diesel) hintojen nousu. Nykyään kaasumäntämoottoreita käytetään sähkögeneraattoreissa, lämpögeneraattoreissa, pumpuissa, kompressoreissa ja jäähdytysyksiköissä.

N + 1: Missä laitoksissa käytetään kaasumäntämoottoreita ja miksi?

Kaasumäntämoottoreita käytetään lähes kaikissa sovelluksissa sijaitsevissa voimalaitoksissa: kiinteissä moottorigeneraattoreissa ja voimalaitoksissa, veturi-, auto-, kuljetus- ja teknologisissa (traktoreissa, louhoslaitteissa) ja muissa.

Maakaasuvarastot maassamme ja maailmassa ylittävät merkittävästi kaikentyyppisten nestemäisten hiilivetypolttoaineiden varannot. Luonnollisesti kaasupolttoaineen hinta on huomattavasti alhaisempi kuin nestemäisen hiilivetypolttoaineen. Maassamme monet sukupolvet voivat käyttää tämäntyyppistä polttoainetta.

Mitä tällaiset moottorit toimivat?

He käyttävät kahdenlaisia kaasupolttoaineita. Ensinnäkin se on maakaasua (se sisältää suurimman osan metaanista), jota poltamme erityisesti keittiössämme. Ja toiseksi öljynjalostuksesta saatu maakaasu (se sisältää suurimman osan propaanista ja butaanista). Juuri jälkimmäistä nestemäisenä käytetään enimmäkseen autojen moottoripolttoaineena tai kaasukesämökkien sylintereissä.

Useimmat teollisuus-, kuorma-auto- ja linja-automoottorit käyttävät paineistettua tai nesteytettyä luonnonkaasua. Viime aikoina on esitetty ehdotuksia henkilöautojen muuttamisesta maakaasukäyttöisiksi.

Miten tällainen moottori eroaa polttomoottorista?

Kaasumäntämoottori on sama polttomoottori, mutta siinä on joitakin suunnitteluominaisuuksia, jotka liittyvät erityyppisen polttoaineen käyttöön.

Ensinnäkin lopputuotteeseen (auto, dieselveturi jne.) on asennettava kaasuvarastojärjestelmä ja kaasulaitteet kaasun parametrien (paine, lämpötila) muuttamiseksi ja sen syöttämiseksi moottoriin.

Itse moottorin muutokset voidaan jakaa kahteen osaan. Ne, jotka kuuluvat ensimmäiseen, ovat luonteeltaan rakentavia ja liittyvät puristussuhteen muutoksiin, sylinteri-mäntäryhmän osien suunnitteluun, ilmansyöttöön ja turboahtimen asetuksiin ja muihin elementteihin. Jälkimmäiset on yhdistetty moottorilaitteistoon laitteilla kaasun syöttämiseksi imusarjaan tai polttokammioon.

Onko mahdollista laittaa kaasumäntämoottori tavalliseen autoon?

Voi. Monet pukeutuvat ja ratsastavat menestyksekkäästi. Tällaisia ratkaisuja käytetään autoissa, traktoreissa, vetureissa, pienissä kantavuusaluksissa ja muissa ajoneuvoissa.

Transmashholding- ja kaasumoottorit

Vuonna 2013 Transmashholdingin tehtaalla Brjanskissa valmistettiin vaihtodieselveturi TEM19. Tämä on maailman ensimmäinen dieselveturi, jonka mäntämoottori toimii maakaasulla, jonka autonominen syöttö varastoidaan nestemäisessä muodossa kryogeeniseen säiliöön.

Tällä hetkellä TMH on aloittanut projektin uuden tehostemman kaasuvaihtodieselveturin TEM29 luomiseksi. Sen suunnittelu perustuu päälaitteiden modulaarisuuden periaatteeseen. Sen tarkoituksena on alentaa resurssien kustannuksia, jotka aiheutuvat ylläpidon ja korjausten suorittamisesta käytön aikana, johtuen kokonaiskorjausten käytöstä.

TMH toteuttaa Kolomnassa sijaitsevassa yrityksessään useita vaihtoehtoisia polttoaineita käyttäviä projekteja, joissa hallitaan täysin uudenlaisen tuotteen - kaasumoottoreiden, jotka on suunniteltu tuottamaan sähköä ja lämpöä voimalaitoksissa perus-, vara- ja hätätarkoituksiin - tuotantoa.

Tällä hetkellä Kolomnan tehtaalla on rakenteilla 9GMG kaasumoottori-generaattori TEM29-vaihtodieselveturiin.

TMH Kolomnan tehtaalla valmistetut moottorit käyttävät pääpolttoaineena dieselpolttoainetta, luonnonpolttoainetta tai niihin liittyvää öljykaasua sekä raakaöljyä tehoalueella 1000-3500 kilowattia.

TMH aikoo myös kehittää kaasumuunnoksia uusiin dieselmoottoreihin, jotka on luotu liittovaltion kohdeohjelman "National Technological Base" dieselmoottoreiden kehittämisen alaohjelman toteuttamisen yhteydessä.

Miksi näitä moottoreita ei käytetä yleisesti?

Historiallisesti sattui niin, että erityyppisiä nestemäisiä hiilivetypolttoaineita käytetään pääasiassa moottoripolttoaineina. Niitä varten on luotu laaja infrastruktuuri. Näin ollen kaasun käytön laajentamiseksi on tarpeen laajentaa sen toimittamiseen liittyvää infrastruktuuria tankkauspaikalle ja viime kädessä polttopaikalle. Tähän pyritään nyt aktiivisesti.

Tällä hetkellä lupaavin kaasumoottoripolttoaineella toimivien veturien toiminnan kannalta on Sverdlovskin rautatien sähköistämätön pohjoinen alue. Tällä alueella on kaikki tarvittavat edellytykset: tasainen profiili, suuret lastimäärät, halvan maakaasun saatavuus sekä tuotantolaitokset, joiden pohjalta voidaan käynnistää nesteytetyn maakaasun tuotanto.

Yleisesti ottaen kaasun käyttö moottoripolttoaineena kaikissa liikenteissä sekä kotimaisten kaasukuljetusten ja kiinteiden laitteiden luominen ovat nykyään erittäin tärkeitä liikkuvan kaluston uudistamisessa, jonka on täytettävä kansainväliset turvallisuus-, ympäristö- ja luotettavuusstandardit.

Miksi niitä käytetään usein pienissä voimalaitoksissa?

Se on kannattavaa ja taloudellista. Polttoaineen kulutus ja käyttökustannukset ovat tärkeitä asioita laitoksen omistajalle. Kaasumäntäyksikön ominaiskulutus kilowattia kohden tunnissa millä tahansa kuormitustilassa on pienempi kuin kaasuturbiiniyksikön. Tämä johtuu siitä, että mäntäkoneiden hyötysuhde on 36-45 prosenttia, kun taas turbiinien vain 25-34 prosenttia.

Kaasumäntämoottoreiden tärkein etu dieselmoottoreihin verrattuna on halvempi polttoaine. Propaani-butaanikaasuseosta käytettäessäkin varapolttoaineena, kaasumäntälaitoksella tuotetun sähköenergian yksikköhinta on 1,3 kertaa pienempi kuin dieselmoottorilla.

Kaasumäntäyksikön käyttö ja huolto, toisin kuin kaasuturbiiniyksikössä, ei vaadi korkeasti koulutettua insinöörihenkilöstöä. Kaasumäntämoottorin rutiinihuolto-, väli- ja huoltokorjaukset voidaan suorittaa käyttöpaikalla ilman, että yksikköä siirretään valmistajan tai erikoistuneen yrityksen toimipisteeseen.

Mikä on syynä kaasumäntäyksiköiden suosion kasvuun viime vuosina, vaikka itse tekniikka on ollut olemassa jo pitkään?

Sähkö- ja lämpöenergian kuluttajamarkkinoiden analyysi paljasti, että noin 30 prosenttia kuluttajista ei tarvitse kymmeniä ja satoja megawatteja tehoa ja siten pakollista keskitettyä tehonsyöttöä, jonka kokonaishäviöt verkkojen kautta kuljetettaessa kuluttajalle ovat jopa 25-30 prosenttia.

Lisäksi käyttäjät eivät ole tyytyväisiä keskitettyihin verkkoihin liittymisen korkeisiin kustannuksiin, ja yleisesti ottaen Venäjän energiamarkkinoiden vapautuminen on johtanut kriisiin suurten keskitettyjen energianhuoltojärjestelmien toiminnassa.

Kaasumäntäteknologiat soveltuvat hyvin pienimuotoiseen sähköntuotantoon, toteuttavat erittäin tehokkaasti "taloudellisen" sähköntuotannon käsitteen minimaalisilla tuotetun lämmön ja sähkön häviöillä. Kaasumäntälaitoksiin perustuvat paikalliset autonomiset hajautetut sähkön ja lämmön yhteistuotannon lähteet ovat korkeahyötysuhteisia, ovat täysin riippumattomia alueellisista sähköverkoista ja ovat näin ollen tariffien kasvusta luotettavia, eivät vaadi toimituskustannuksia. ja jakeluverkot.

Kaasumäntämoottorit voidaan yhdistää sarjaan. Mitä hyötyä tällaisesta yhdistämisestä on verrattuna laitosten erilliseen käyttöön?

Ei vain kaasumäntämoottoreita, vaan myös dieselmoottoreita voidaan yhdistää "akuiksi". Kaikki riippuu kiinteän voimalaitoksen ominaisuuksista ja vaatimuksista. Erityisesti hyvin usein yksittäiset moduulit voidaan toimittaa asennus- ja käyttöpaikalle vain helikopterilla. Mutta on olemassa erityisiä voimalaitoksia, joiden päävaatimus on suurin mahdollinen teho yhdessä yksikössä.