Генераторы, работающие на природном газе и дизельном топливе: полное сравнение для промышленных покупателей.

Выбор генератора в данный момент может существенно повлиять на стоимость и надежность его работы в течение длительного времени, а именно от 15 до 20 лет. Если вы выберете генератор неподходящей марки топлива, вам придется искать дорогостоящие решения, не соответствующие договорным стандартам, или, что еще хуже, сталкиваться с частыми отключениями электроэнергии.

Исторически сложилось так, что каждый раз, когда Чен Вэй, занимающий руководящую должность в одном из заводов провинции Шаньдун, покупал генератор для своей компании, он всегда оказывался прав в выборе типа топлива, но для этого не было никаких причин. Поскольку генератор работал на природном газе и был дешевле, он выбрал его. Два года спустя газ вышел из строя, генераторы стали обходиться дороже газа, и около 40 процентов оборудования перестало работать.

За 20 лет работы в качестве производителя генераторов компания Design Technologies произвела более тысячи генераторов для промышленных потребителей по всему миру, разработав собственные стратегии использования топлива и поняв, что именно обеспечивает успешную эксплуатацию в долгосрочной перспективе.

Данное руководство включает в себя инженерное сравнение генераторов, работающих на природном газе и дизельном топливе. Рассматриваются различные технические особенности, финансовые последствия и экспертная информация, касающаяся генераторов, с целью определения наиболее подходящего решения для пользователей. Этот анализ будет полезен при разработке конкретного проекта, а также при решении проблем надежности резервного электроснабжения, если он будет дополнен соответствующими ресурсами.

Понимание фундаментальных различий

Как работают дизельные генераторы

Дизельные генераторы преобразуют химическую энергию из дизельного топлива в электрическую. Процесс работы дизельного двигателя включает в себя сжатие воздуха под высоким давлением и температурой. После этого топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Дизельный двигатель называется двигателем с воспламенением от сжатия, потому что ему не нужны свечи зажигания. Такой длительный процесс детонации заставляет поршни вращаться, тем самым вращая вал двигателя вместе с динамо-машиной.

В генераторе переменного тока магнитное поле вращается внутри неподвижного индуктора; по мере вращения последнего — вращения двигателя — система электромагнитной индукции производит переменный ток. Независимо от обстоятельств, расположенный внутри регулятор напряжения обеспечивает отсутствие избыточного напряжения, возникающего из-за экономических перебоев.

Именно поэтому дизельное топливо является таким полезным видом топлива: его высокая энергетическая ценность — около 137 000 БТЕ на галлон — обеспечивает более высокую эффективность на единицу топлива, так что эквивалентный пробег может быть достигнут при меньшем объеме хранения топлива.

Как работают генераторы природного газа

Генераторы, работающие на природном газе, также будут функционировать в аналогичных условиях, с той лишь разницей, что природный газ подается в систему по трубопроводам, или же двигатель специально разработан для сжигания природного газа, сжатого до более высокого давления, сжатого природного газа (СПГ) или даже природного газа в сжиженном виде. Топливная система, в которой воздух адсорбируется перед воспламенением, также называется карбюратором, где происходит смешивание газа и воздуха, и, наконец, имеются свечи зажигания, которые воспламеняют газовоздушную смесь, аналогично бензиновым двигателям.

Дизельные двигатели, помимо оксидов азота, производят больше твердых частиц по сравнению с двигателями, работающими на природном газе. При этом природный газ является газом, что исключает необходимость в системе впрыска, которая используется в дизельных двигателях. Однако можно также сказать, что природный газ используется и в газовых генераторах, поскольку работа таких генераторов повышает соотношение воздуха и топлива до очень высокого уровня.

Сравнение основных технических характеристик

Параметр	Дизель-генератор	Генератор природного газа
Плотность энергии	91 500 БТЕ/галлон	1,000 BTU/кубический фут
Коэффициент сжатия	с 14:1 до 25:1	с 10:1 до 12:1
Система зажигания	компрессия	Воспламенение от искры
Хранение топлива	Резервуары на месте	Трубопровод или КПГ/СПГ
Начинать метод	Электрический стартер	Электрический стартер
Типичная эффективность	35-45%	30-40%

Понимание этих технических основ помогает объяснить, почему каждый тип топлива лучше всего подходит для разных областей применения. Выбор между ними зависит от факторов, выходящих за рамки самого генератора.

Анализ затрат: первоначальные инвестиции против долгосрочных эксплуатационных расходов.

Сравнение закупочной цены

Первоначальные затраты на оснащение дизельных генераторов значительно ниже, чем на оснащение генераторов, работающих на природном газе. Это подтверждается текущим прогнозом развития промышленного рынка:

Дизельные генераторы обычно варьируются от $to$800 долларов за киловатт мощности. Дизельный генератор мощностью 500 кВт может стоить от... 150,000 и 400 000, в зависимости от комплектации, марки и функций.

Генераторы природного газа Как правило, первоначальные затраты составляют на 20-30% больше, начиная от... $to$1,000 за киловатт. Та же мощность в 500 кВт в газовом энергоблоке составляет... 200,000 - 500,000.

Разница в ценах обусловлена ​​несколькими причинами. Во-первых, затраты возрастают из-за того, что генераторы, работающие на природном газе, должны иметь гораздо более сложные системы контроля выхлопных газов для соответствия нормативным требованиям. В то же время компрессоры в двигателях также приводятся в действие с помощью искры и газа. Объемы производства промышленных генераторов, работающих на природном газе, значительно меньше, чем дизельных, что приводит к меньшей экономии за счет масштаба.

Однако цена покупки представляет собой лишь отправную точку ваших инвестиций.

Анализ стоимости топлива

Расходы на топливо составляют основную часть долгосрочных эксплуатационных расходов. Вот как можно сравнить эти два вида топлива:

Дизельное топливо Цены и такие факторы, как состояние цен на нефть, не всегда оказывают негативное влияние на стоимость производства энергии. В настоящее время стоимость 1 галлона дизельного топлива в большинстве штатов колеблется в диапазоне от 3.50 до 4.50 долларов, поэтому примерно 0.20–0.35 долларов за киловатт-час электроэнергии позволяют устанавливать дизельные генераторы в зависимости от их веса и эффективности.

Природный газ Как правило, это дешевле в расчете на БТЕ. Стоимость производства электроэнергии на природном газе составляет от 3.00 до 6.00 БТЕ за миллион БТЕ (промышленный стандартный тариф), что примерно равно 0.15–0.25 за кВт·ч. Эта экономия особенно важна при непрерывной работе генератора.

Важный фактор, влияющий на цены на природный газ, заключается в следующем. В некоторых местах, в основном в Северной Америке, где добыча газа обильна, цены на природный газ значительно ниже, чем на разрабатываемых газовых месторождениях. Там природный газ может легко конкурировать с другими видами топлива в зданиях. В других регионах, особенно там, где импортируется СПГ, затраты на оборудование для зарядки дизельных двигателей могут превышать затраты на газозаправочные станции.

Различия в стоимости технического обслуживания

Техническое обслуживание составляет значительную часть затрат на протяжении всего жизненного цикла. Дизельные и газовые генераторы имеют разные профили технического обслуживания:

Техническое обслуживание дизельных генераторов включает в себя:

• Замена масла каждые 250–500 часов работы.
• Замена топливного фильтра каждые 500 часов
• Замена воздушного фильтра каждые 1,000 часов или по мере необходимости.
• ежегодное обслуживание системы охлаждения
• Периодическая калибровка системы впрыска.

Обычно считается, что техническое обслуживание дизельной машины мощностью 500 кВт займет от 5000 до 150 000 километров в зависимости от назначения и состояния оборудования.

Техническое обслуживание генераторов, работающих на природном газе. включает в себя:

• Замена масла каждые 500–1,000 часов работы (более длительные интервалы из-за более чистого сгорания).
• Замена свечей зажигания каждые 1,000–2,000 часов.
• Замена воздушного фильтра каждые 1,000 часов.
• ежегодное обслуживание системы охлаждения
• Регулярно проверяйте систему зажигания.

Ежегодное техническое обслуживание аналогичных газовых установок обычно занимает... 4,000 к 12 000. Более экологичное сгорание природного газа снижает износ двигателя и продлевает срок службы масла.

Общая стоимость владения: прогноз на 10 лет

Природные источники энергии, как и дизельные двигатели, отличаются низкой себестоимостью. Предполагаемые затраты на ремонт газового генератора за 10 лет эксплуатации были приблизительно рассчитаны на основе указанных выше предположений и сопоставлены с соответствующими затратами в её личном случае. Полученные результаты обосновали выбор газового генератора. Согласно её расчётам, дизельный генератор может принести прибыль в размере около 180 000 долларов по сравнению со стоимостью природного газа через 10 лет.

Тем не менее, эта аналитическая модель выявила и недостаток. Было установлено, что экономия на энергии будет достигнута только при наличии электроэнергии. С учетом затрат на дизельный генератор в случае аварии на газопроводе, ситуация стала далеко не столь очевидной.

Для типичной установки мощностью 500 кВт с 500 часами работы в год:

Стоимость Категория	Дизельное топливо (10 лет)	Природный газ (10 лет)
Первоначальная покупка	$250,000	$325,000
топливо	$500,000	$375,000
Обслуживание	$100,000	$80,000
Инфраструктура	$25,000	$15,000
Всего	$875,000	$795,000

Эти данные наглядно демонстрируют, почему анализ совокупной стоимости владения (TCO) должен быть адаптирован к конкретному местоположению, ценам на топливо и особенностям вашей деятельности.

Сравнение производительности и надежности

Расход топлива и показатели потребления

Затраты на топливо и время автономной работы значительно возрастают из-за снижения топливной эффективности. Тепловой КПД дизельных генераторов выше, чем у некоторых других типов энергетического оборудования, используемого в энергетической отрасли.

Современный дизельный генератор в среднем имеет тепловой КПД 35-45%, что означает, что 35-45% потенциальной энергии топлива преобразуется в электроэнергию. Остальная часть этой энергии теряется и рассеивается при охлаждении.

Тепловой КПД генератора, работающего на природном газе, обычно составляет 30-40%. Причиной этого являются искровое зажигание и низкая степень сжатия, что приводит к снижению эффективности использования энергии.

Для генератора мощностью 500 кВт при полной нагрузке:

• Расход дизельного топлива: приблизительно 40 галлонов в час.
• Расход природного газа: приблизительно 70 кубических метров в час.

В течение года разница в производственных затратах проявляется в виде 40 000 галлонов дизельного топлива против 70 000 кубических метров природного газа. Что касается ценообразования, то экономические показатели обычно склоняются в пользу природного газа, что, как правило, происходит там, где есть зональные газовые месторождения.

Возможности работы в режиме реального времени и хранение топлива

Возможности выполнения этих двух технологий принципиально различаются:

Дизельные генераторы Предполагается использование собственных хранилищ топлива. Как правило, стандартная установка предусматривает резервуары достаточного объема для обеспечения потребления топлива в течение 24–72 часов при полной загрузке. С учетом предполагаемого использования, увеличение времени работы требует увеличения объема резервуара или, в качестве альтернативы, необходимо предусмотреть специальную систему доставки топлива в чрезвычайных ситуациях.

В соответствии с система аварийного электроснабжения В соответствии с требованиями стандарта NFPA 110, генераторы с двигателями внутреннего сгорания, предназначенные для аварийного освещения и противопожарной защиты (обеспечения безопасности жизнедеятельности), должны гарантировать и использовать топливо в течение как минимум 96 часов работы, особенно в больницах и других медицинских учреждениях.

Генераторы природного газа Генераторы, работающие на топливе и получающие газ из домашнего газопровода или любого другого местного источника, могут неограниченно долго работать в режиме резервного питания, если только газопровод не выйдет из строя. Такая практически постоянная работа в режиме резервного питания может быть более выгодной для большинства критически важных применений благодаря длительному ожидаемому времени автономной работы.

Однако существующее неограниченное время автономной работы привело к очень высокой потребности в одном источнике питания для ряда критически важных резервных систем, что потребовало бы длительных циклов резервного копирования отдельных систем. Тем не менее, не всё так безоблачно. Любая система может иметь свои риски, и газовые системы тоже.

Время запуска и реакция на нагрузку

Время отклика имеет значение для приложений, требующих немедленного резервного питания:

Дизель генераторы . Для запуска на полную мощность после активации требуется от 10 до 15 секунд. Новейшее поколение электронных систем управления повышает эффективность процесса запуска, делая его быстрее. Такая быстрая реакция делает этот тип двигателя отличным выбором для резервного использования. Более длительные задержки в таких условиях недопустимы.

Природный газ генераторы необходимый Для достижения полной мощности требуется от 15 до 30 секунд. Это связано со значительными задержками в процессе искрового зажигания по циклу Отто и формирования воздушно-топливной смеси по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, работающими на жидком топливе с воспламенением от сжатия.

Для объектов с автоматическими переключателями нагрузки (АТС), а также для самых простых и быстрых в установке защитных реле, обе технологии обеспечивают приемлемое время отклика. Разница будет только увеличиваться в случае наиболее критически важных приложений, таких как центры обработки данных и предприятия, где действуют директивы, исключающие простои.

Производительность в экстремальных условиях

Условия окружающей среды по-разному влияют на производительность генератора:

Дизельные генераторы В условиях окружающей среды двигатели работают крайне зависимо друг от друга. Холодная погода, напротив, потребует использования топлива комнатной температуры или зимнего дизельного топлива во избежание засоров, но двигатели можно запустить без проблем и они будут работать. Напротив, на больших высотах производство энергии снижается, поскольку воздух начинает терять плотность. Эта потеря плотности обычно соответствует снижению выходной мощности на 3-4% на каждые 1,000 футов над уровнем моря.

Природный газ генераторы работает В условиях экстремально низких температур сжиженный природный газ (СПГ) менее эффективен. В холодную погоду его испарение будет крайне затруднительным, а давление в распределительной сети и трубопроводах может снижаться в пиковые периоды, когда спрос на рынке достигает максимума. Другой фактор, препятствующий использованию природного газа, аналогичен фактору использования дизельного топлива, — это влияние высоты над уровнем моря, из-за которого установкам также требуется снижение мощности при сопоставимых условиях.

Требования к техническому обслуживанию и ремонту

График технического обслуживания дизель-генератора

Регулярные инвестиции в техническое обслуживание минимизируют дефекты и продлевают срок службы генератора. Обычно план технического обслуживания дизельного генератора включает в себя такие элементы, как:

Ежедневно или еженедельно:

• Визуальный осмотр на предмет протечек, повреждений или необычных условий.
• Проверьте уровни охлаждающей жидкости и масла
• Проверьте наличие достаточного количества топлива.
• Проверяйте генератор под нагрузкой (рекомендуется проводить проверку еженедельно).

Ежемесячно:

• Проверьте состояние батареи и соединения.
• Проверьте состояние воздушного фильтра.
• Проверьте индикаторы панели управления.
• Проверка работы автоматического переключателя режимов работы

Каждые 250–500 часов работы:

• Замена моторного масла и фильтра
• Проверьте топливную систему на наличие утечек или загрязнений.
• Проверьте состояние и концентрацию охлаждающей жидкости.
• Осмотр ремней и шлангов

Ежегодно:

• Заменить топливные фильтры
• Замените воздушные фильтры
• Обслуживание системы охлаждения
• Испытание нагрузочного стенда на полной мощности.
• Осмотрите выхлопную систему

Долгосрочная перспектива (каждые 3-5 лет):

• Вопросы, касающиеся капитального ремонта, исходя из количества отработанных часов.
• Обслуживание или замена форсунок
• Проверка турбокомпрессора
• Глубокое техническое обслуживание системы охлаждения

Соблюдение такого режима работы дизельного генератора мощностью 500 кВт обойдется примерно в 5,000–15,000 долларов в зависимости, помимо прочего, от количества часов регулярной работы генератора и текущей стоимости рабочей силы в регионе эксплуатации.

График технического обслуживания генератора, работающего на природном газе

Газовые генераторы требуют аналогичного внимания, но с некоторыми отличиями:

Ежедневно или еженедельно:

• Визуальный осмотр на предмет утечек (особенно важен при использовании газового топлива).
• Проверьте уровень масла и охлаждающей жидкости
• Проверьте давление и подачу топлива.
• Упражнения под нагрузкой

Ежемесячно:

• Проверка аккумулятора
• Проверка воздушного фильтра
• Оценка состояния свечей зажигания
• Проверка системы управления

Каждые 500–1,000 часов работы:

• Замена масла и фильтра
• Замена или осмотр свечей зажигания
• Проверка системы зажигания
• Проверка топливной системы

Ежегодно:

• Замена воздушного фильтра
• Сервис охлаждающей жидкости
• Проверка момента зажигания
• Тестирование нагрузочной группы
• Проверка системы выбросов

Долгосрочная перспектива (каждые 3-5 лет):

• Оценка состояния двигателя
• Замена компонентов системы зажигания
• Регулировка клапана
• Осмотр выхлопной системы

Для генератора, работающего на природном газе, норма составляет от 4,000 до 12,000 часов в год при аналогичной номинальной нагрузке. Также очевидно, что гидравлическое регулирование регулятора и использование дымогенератора — один из способов продлить срок службы двигателя и повысить его эффективность.

Наличие запчастей и сеть сервисного обслуживания

Препятствие является причиной проблемы и затрат на техническое обслуживание. Всемирное использование дизельных генераторов способствует развитию их распространения:

Запчасти для дизельных генераторов Они широко доступны по всему миру. Все основные производители двигателей (Cummins, Perkins, Deutz, Volvo, MTU) имеют огромные глобальные дистрибьюторские сети. Обычные компоненты для технического обслуживания (например, фильтры, ремни, шланги) можно приобрести у многих производителей. Даже технически старые модели генераторов поставляются со своими собственными комплектами запасных частей.

Запчасти для генераторов природного газа Они менее распространены. Для ремонта генератора может возникнуть задержка с получением компонентов системы зажигания, специализированных деталей выхлопной системы, а также в некоторых регионах с небольшим количеством пользователей могут возникнуть трудности с поиском открытых топливных отсеков для конкретных видов топлива.

Техническое обслуживание имеет решающее значение по ряду причин, среди которых очевидны местоположение приобретаемого решения и наличие обслуживающего персонала. В мире существует множество специалистов по дизельным генераторам. Газовые генераторы обслуживание генератора Это может стать проблемой, особенно в отдаленных районах, где услуги специалиста всегда заказываются заранее.

Экологические и нормативные аспекты

Сравнение выбросов

Экологические нормы все чаще влияют на выбор генераторов. Понимание профиля выбросов помогает обеспечить соответствие требованиям:

Дизельные генераторы производить:

• Твердые частицы (PM): более высокие уровни требуют использования фильтров.
• Оксиды азота (NOx): Значительные выбросы, контролируемые с помощью систем SCR или EGR.
• Оксид углерода (CO): умеренные уровни
• Углеводороды (УГ): их концентрация ниже, чем в бензине.
• Углекислый газ (CO2): дешевле на кВт·ч, чем природный газ, благодаря более высокой эффективности.

Дизельные двигатели, особенно более современные, соответствующие стандартам Tier 4 Final или даже Stage V, позволяют эффективно контролировать выбросы, снижая содержание твердых частиц и оксидов азота более чем на 90% по сравнению с двигателями без контроля выбросов. Однако это влечет за собой некоторые сложности и дополнительные затраты, которые необходимо учитывать.

Генераторы природного газа производить:

• Содержание твердых частиц: минимальное (практически нулевое без дополнительной очистки).
• Оксиды азота: ниже, чем у дизельного топлива, но всё ещё значительны.
• Оксид углерода: уровень аналогичен или немного выше, чем у дизельного топлива.
• Углеводороды: Более высокие выбросы несгоревшего метана (мощного парникового газа)
• Углекислый газ: содержание углекислого газа на кВт·ч выше из-за более низкой эффективности, хотя и с меньшим содержанием углерода на БТЕ.

Соответствие нормативным требованиям

Правила регулирования генераторов различаются в зависимости от юрисдикции и области применения:

Соединенные Штаты:

• Агентство по охране окружающей среды (EPA) регулирует двигатели, не предназначенные для дорожного использования, в соответствии с частью 1039 раздела 40 Свода федеральных правил США.
• Стандарты Tier 4 Final применяются к большинству новых дизельных генераторов.
• К двигателям, работающим на природном газе, предъявляются менее строгие требования, но они подлежат регулированию.
• Нормативы и правила штатов и местных органов власти могут быть более строгими (стандарты Калифорнийского совета по контролю за качеством пищевых продуктов и медикаментов).

Европейский Союз:

• К дизельным двигателям применяются стандарты выбросов Stage V.
• Регулирование двигателей, работающих на природном газе, осуществляется в рамках различных систем.
• Местные правила качества воздуха влияют на разрешения на эксплуатацию генераторов.

Другие регионы:

• Китай внедряет стандарты China IV и V, аналогичные европейским нормам.
• В Индии действуют нормы выбросов Bharat Stage.
• Во многих развивающихся странах действуют менее строгие или непоследовательно применяемые стандарты.

При выборе генератора проверьте действующие и прогнозируемые будущие правила и нормы в вашем регионе. Установка генератора, соответствующего строгим стандартам, обеспечит более длительный срок службы по мере ужесточения регулирования.

Устойчивое развитие и углеродный след

Вопросы устойчивого развития выходят за рамки прямых выбросов:

Топливные фракции, в том числе дизельное топливо, производятся из сырой нефти. Дело в том, что углерод расходуется не только в процессе сжигания, но и в процессах добычи, переработки и доставки этого топлива. Именно поэтому дизельное топливо более эффективно по сравнению с бензином, поскольку большая часть энергии в топливе расходуется на выработку электроэнергии.

Природный газ выделяет примерно на 30% меньше парниковых газов (ПГ) на единицу тепловой энергии (БТЕ) ​​по сравнению с дизельным топливом благодаря более высокому соотношению водорода к углероду. Для таких компаний это может представлять собой важный шаг вперед. Несмотря на это, потери метана как на этапе добычи, так и на этапе транспортировки, в конечном итоге снижают это преимущество.

Для обеих технологий появляются варианты использования возобновляемых видов топлива:

• Биодизельное топливо и возобновляемые источники дизельного топлива могут снизить выбросы вредных веществ в течение всего срока службы дизельных генераторов.
• Возобновляемый природный газ (биогаз) обладает потенциалом для достижения углеродной нейтральности газовых установок.

Рекомендации для конкретных приложений

Наилучшие области применения дизельных генераторов

Дизельные генераторы превосходно зарекомендовали себя в определенных сценариях благодаря своим характеристикам:

Строительные площадки и удаленные районы
Строительная компания, занимавшаяся возведением автомагистрали в отдаленных районах Африки, выбрала дизельные генераторы вместо электроэнергии из сети. Причина заключалась в отсутствии трубопроводной инфраструктуры в радиусе 200 километров. Возобновляемые источники энергии были исключены, а местные виды деревьев не могли удовлетворить потребности населения. На строительную площадку доставлялось дизельное топливо, продаваемое в цистернах или бочках, с помощью которого в течение 18 месяцев выполнялись все работы.

Как правило, процесс выбора подходящего места для встречи проходит через несколько этапов, включая повышение квалификации и проведение базового исследования рынка. Следующий этап — это поисковые исследования и т.д. Производство более дорогостоящих и крупных муфт, портативных и роторных агрегатов требует больших затрат.

Тяжелые промышленные грузы
Заводы со значительным потреблением электроэнергии обычно отдают предпочтение дизельным двигателям из-за их больших пусковых токов. Дизельные двигатели предпочтительны в тех случаях, когда нагрузка колеблется, а поступающий газ не подходит для достижения стационарных нагрузок. В крупных городах, использующих все три типа двигателей, они применяются как для резервного, так и для основного электроснабжения.

Приложения для аварийного резервного копирования
На протяжении десятилетий такие отрасли и корпорации, как больницы и центры обработки данных, исторически отдавали предпочтение дизельному топливу благодаря его проверенной эффективности. Наличие сервисных центров по всему миру и скорость, с которой можно возобновить работу после запуска дизельного двигателя, дают этому оборудованию преимущество перед другими, поскольку в случаях, когда даже простой недопустим, для обеспечения безопасности используются только проверенные технологии.

Питание в режиме ожидания с ограниченными потребностями во времени работы
Большинство предприятий, работающих в режиме неполного рабочего дня и нуждающихся в резервном электропитании, считают более выгодным использовать генератор, работающий на дизельном топливе. Благодаря низкой начальной стоимости и меньшим требованиям к инфраструктуре этот тип генератора чаще всего предпочтителен в ситуациях, когда работа не является непрерывной.

Наилучшие области применения генераторов, работающих на природном газе.

Газовые генераторы подходят для различных режимов работы:

Подключенные к электросети объекты с доступом к трубопроводам
В центре Чикаго был построен коммерческий офисный комплекс с возможностью локального отопления природным газом. Установка газового генератора не представляла сложности, поскольку большая часть инфраструктуры уже была создана. Офисное здание оснащено превосходной системой отопления и электроснабжения, обеспечивающей подачу электроэнергии, тепла и холода с общей эффективностью более 80%.

Расширение предложения и спроса в электроэнергетической отрасли за счет увеличения объемов закачки газа более экономически выгодно, чем за счет создания дизельных энергосистем в районах, уже обеспеченных газом. Газ, поставляемый по газопроводам, предпочтительнее других источников энергии.

Требования к непрерывной работе
Любая развитая единица потребления – очистные сооружения, сельскохозяйственное производство и промышленное производство с непрерывными технологическими процессами – получает огромную выгоду от практически непрерывного использования природного газа. Общества, использующие природный газ, предлагают неограниченное количество часов работы генераторных установок, снабжаемых природным газом, при наличии трубопроводной сети.

Среды, чувствительные к выбросам
В некоторых городах имеются медицинские учреждения, образовательные центры, включая школы-интернаты, а также действуют ограничения, установленные в исследуемых регионах. Благодаря низкому уровню выбросов твердых частиц и оксидов азота при сжигании, природный газ не противоречит интересам властей и общественности в целом в отношении разрешения на эксплуатацию генерирующих мощностей. Даже разумное законодательство может способствовать развитию природного газа, поскольку его звуковые характеристики зачастую тише, чем у дизельного топлива.

Применение в системах комбинированного производства тепла и электроэнергии

Вопросы снабжения и хранения топлива

Требования к хранению дизельного топлива

Хранение топлива на месте требует тщательного планирования и соблюдения нормативных требований:

Планирование вместимости резервуаров
Необходимое количество места для хранения топлива определяется исходя из потребностей в времени работы и надежности подачи топлива. В критически важных областях применения часто требуется запас топлива на 72 часа и более. Следует учитывать:

• Ожидаемая продолжительность отключения электроэнергии в вашем регионе.
• Логистика поставок топлива и сроки выполнения заказов
• Со временем топливо деградирует (дизельное топливо при надлежащей обработке служит 6-12 месяцев).

Нормативные требования
Экологические нормы регулируют хранение дизельного топлива:

• Вторичная защитная оболочка (обычно 110% от объема резервуара)
• Планы предотвращения разливов и реагирования на них
• Регулярная проверка целостности резервуара
• системы предотвращения переполнения

Однако эти потребности влияют на затраты и конструкцию дизельных котлов. Типичная стоимость хранилища дизельного топлива объемом 10 000 галлонов, включающего резервуары, облицовку и систему мониторинга, составляет от 50 000 до 150 000 долларов, включая присадки.

Управление качеством топлива
Хранящееся дизельное топливо со временем деградирует. Загрязнение водой, рост микроорганизмов и окисление снижают качество топлива. Методы управления включают в себя:

• Системы очистки топлива для длительного хранения
• Обработка биоцидами для предотвращения роста микроорганизмов.
• Регулярные проверки топлива
• Ротация запасов топлива

Требования к инфраструктуре природного газа

Инфраструктура поставок природного газа различается в зависимости от источника:

Соединение с трубопроводом
Для подключения к инженерному трубопроводу требуется:

• Дозирующее и регулирующее давление оборудование
• Аварийные запорные клапаны
• Одоризация (в целях безопасности)
• Координация с поставщиком коммунальных услуг

Стоимость подключения варьируется от... 10 000 за простые подключения к Более 100 000 долларов США для сложных промышленных установок, требующих расширения или модернизации трубопроводов.

Сжатый природный газ (СПГ)
Там, где нет возможности проложить трубопроводы, сжатый природный газ (СПГ) предоставляет альтернативу:

• Резервуары высокого давления (3,000-3,600 фунтов на квадратный дюйм)
• Компрессорные станции для заправки
• Прицепы-цистерны для доставки
• Специализированное дозирующее оборудование

Использование сжатого природного газа (СПГ) подходит для регионов с умеренным потреблением и надежной логистикой поставок. Хранение под высоким давлением создает дополнительные риски и нормативные требования.

Сжиженный природный газ (СПГ)
Для крупномасштабных применений, не имеющих доступа к трубопроводам, СПГ предлагает энергоемкие хранилища:

• Криогенные резервуары для хранения (-260°F)
• Оборудование для испарения
• Сложные системы безопасности
• Специализированная логистика доставки

Инфраструктура для СПГ обходится значительно дороже, чем для дизельного топлива или КПГ, но обеспечивает независимость от трубопроводов для крупных установок.

Надежность поставок и глобальная доступность

Надежность поставок топлива значительно различается в зависимости от региона:

Дизельное топливо
Это явление широко распространено во всем мире, причем использование дизельного топлива особенно заметно в районах с высокой интенсивностью его применения, что даже требует строительства контейнерных энергосистем для мест, не подключенных к централизованной электросети. Однако цены на топливо меняются в зависимости от цен на нефть, а местные мощности подвержены ограничениям как со стороны цен на нефть, так и со стороны колебаний спроса (например, перераспределение предложения в случае дефицита запасов).

Газ
В зависимости от состояния цепочки поставок, регионы сталкиваются с различными уровнями риска. Регионы с высокой внутренней добычей (такие как США и некоторые страны Ближнего Востока) обладают десятками миллионов баррелей нефти и, следовательно, имеют стабильные и доступные запасы. С другой стороны, регионы, зависящие от импорта сжиженного природного газа, сталкиваются с ценовыми шоками и возможным дефицитом поставок на каком-либо этапе.

При оценке надежности поставок следует учитывать следующее:

• зрелость местной топливной инфраструктуры
• Историческая частота перебоев в поставках
• Альтернативные варианты снабжения во время чрезвычайных ситуаций
• Стратегические запасы топлива или возможность использования двух видов топлива

Сделайте правильный выбор для своей работы

Структура принятия решений

Выбор между дизельным топливом и природным газом требует систематической оценки:

Шаг 1: Определите свои требования

• Необходимая мощность (кВт)
• Требования к продолжительности работы (часов в год, максимальная продолжительность непрерывной работы)
• Потребности во времени отклика (секунды до достижения полной мощности)
• Характеристики нагрузки (постоянный, колеблющийся, высокий пусковой ток)

Шаг 2: Оцените свою инфраструктуру

• Наличие и пропускная способность газопроводов.
• Место для хранения дизельного топлива
• Экологические нормы и требования к выбросам
• Существующие подключения к инженерным сетям

Шаг 3: Рассчитайте общую стоимость владения

• Первоначальные затраты на оборудование и установку
• Десятилетние прогнозы стоимости топлива
• сметы затрат на техническое обслуживание
• Затраты на инфраструктуру и получение разрешений

Шаг 4: Оценка факторов риска

• Надежность поставок топлива в вашем регионе
• Доступность техников по техническому обслуживанию
• надежность цепочки поставок комплектующих
• Вероятность изменения нормативных актов

Шаг 5: Учитывайте стратегические факторы

• Цели устойчивого развития организации
• Планы дальнейшего расширения
• Ограничения, специфичные для конкретного участка
• Долгосрочные операционные предпочтения

Когда следует выбирать дизельное топливо

Дизельные генераторы — правильный выбор в следующих случаях:

• В пределах экономически целесообразной зоны подключения отсутствует надежный газопровод.
• Для работы приложения необходима настоящая мобильность (строительство, дистанционное управление).
• Максимальная надежность и глобальная сервисная поддержка имеют первостепенное значение.
• Эксплуатация в условиях холодного климата требует отсутствия инфраструктуры для отопления топливом.
• Первоначальные ограничения в капитале способствуют снижению цены покупки.
• Быстрый запуск (менее 10 секунд) имеет решающее значение.

Дизельное топливо остается предпочтительным выбором для большинства систем резервного электропитания благодаря доказанной надежности и независимости от инфраструктуры.

Когда следует выбирать природный газ

Газовые генераторы подходят в следующих случаях:

• В вашем регионе обеспечено надежное трубопроводное сообщение.
• Требуется непрерывное или длительное время работы.
• Нормативы по ограничению выбросов способствуют снижению выбросов оксидов азота и твердых частиц.
• Интеграция систем комбинированного производства тепла и электроэнергии обеспечивает экономическую выгоду.
• Экономия на топливе оправдывает более высокие первоначальные инвестиции.
• Расположение в городской местности затрудняет или делает дорогим хранение дизельного топлива.

Использование природного газа становится все более целесообразным для объектов, подключенных к электросети и имеющих предсказуемые, долгосрочные потребности в электроэнергии.

Вопросы, касающиеся гибридных автомобилей

В некоторых областях применения гибридные подходы оказываются более эффективными:

Двухтопливные генераторы
Электростанции, использующие дизельное топливо, газ или оба вида топлива, представляют собой альтернативу, поскольку они могут полагаться на несколько видов топлива. В таких системах дизельное топливо используется в течение короткого периода времени, после чего происходит переход на использование преимущественно природного газа. Кроме того, использование таких систем сочетается с автономной работой на дизельном топливе для компенсации дефицита газа в трубопроводах.

Параллельные системы
Установка генераторов, работающих как на дизельном топливе, так и на природном газе, вносит элемент синергетического эффекта в инженерные решения. В случае отключения электроэнергии природный газ будет использоваться повторно в течение значительного периода времени, а дизельное топливо будет зарезервировано для немедленной поддержки нагрузок, требующих высокой мощности. Работа энергосистемы легко контролируется интегрированной системой параллельного управления при коротком замыкании.

Модернизация для работы на двух видах топлива
Переход на двухтопливную систему может стать одним из вариантов в стремлении к увеличению использования газа без вывода из эксплуатации дизельных генераторов. Этот альтернативный вариант лучше всего подходит для проектов, в которых уже внедрены дизельные системы, направленные на минимизацию затрат на топливо.

Заключение

Выбор между генераторами, работающими на природном газе или дизельном топливе, — это решение, последствия которого будут ощущаться долгие годы. Обе системы успешно используются во многих отраслях промышленности. Однако правильный выбор во многом зависит от характера ваших потребностей, местоположения и того, что для вас наиболее важно.

Основные выводы из этого сравнения:

• Дизельные генераторы Они экономичны, надежны, имеют глобальную поддержку и могут работать на различных видах топлива. Особенно в районах, не подключенных к централизованной электросети, они идеально подходят в качестве резервного источника питания в чрезвычайных ситуациях, а также для тяжелой промышленности.
• Генераторы природного газа Они более подходят и экономически выгодны при наличии газопровода, выделяют тепло, работают последовательно и могут непрерывно, при этом минимизируя выбросы парниковых газов, особенно там, где использование дизельного топлива менее целесообразно. Такие применения более распространены в условиях городского развития или при строительстве когенерационных установок.
• Общая стоимость владения Анализ важен, поскольку он должен учитывать не цену покупки, а общую экономическую целесообразность приобретения. Необходимо принимать во внимание стоимость звонков, ремонт и потребность в инфраструктуре.
• Надежность поставок топлива заслуживает тщательной оценки. Системы, зависящие от трубопроводов, создают иные профили рисков, чем хранилища топлива на месте.

Простого решения не было. Поскольку их завод в Сингапуре субсидировался надежным городским газоснабжением, газ приходилось использовать для непрерывной работы чистых помещений. Предприятие в сельской местности Вьетнама было вынуждено использовать дизельное топливо из-за инфраструктурных ограничений. В каждом случае оптимальным выбором было использование природного газа и дизельного топлива соответственно.

Выберите решение по электропитанию, совместимое с предполагаемым режимом работы вашей системы. Также учтите требования к инфраструктуре, время, необходимое для работы и комфорта, законодательство и характер угроз, представляющих угрозу для системы. Мощность выбранного генератора обеспечит бесперебойную работу системы в течение очень длительного времени.