Kraftværker til alternativt brændstof i Rusland

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

I løbet af de sidste par år er autonome kraftværker med gasstempelmotorer blevet stadig mere populære i Rusland og i udlandet. Disse enheder er nemme at vedligeholde og bruger mindre brændstof end traditionelle dieselenheder. Derudover er det på basis af en gasstempelmotor muligt at sammensætte en kombineret station, der samtidig genererer varme og elektricitet.

Vi har talt med udviklerne fra Transmashholding, generalpartneren for Polytech 360 festivalen, om, hvordan en gasstempelenhed adskiller sig fra en benzin- eller dieselmotor, og om den kan monteres på en almindelig bil. Vores spørgsmål blev besvaret af Alexander Terekhin, lederen af dieselmotorudviklingsafdelingen hos Transmashholding JSC, og Igor Ovchinnikov, projektlederen for dieselingeniørudviklingen hos Transmashholding JSC.

I det væsentlige er gasstempelmotorer konventionelle forbrændingsmotorer, der bruger gas til at fungere. De første sådanne installationer dukkede op i slutningen af det 19. århundrede og blev hovedsageligt brugt på fabrikker til at drive forskelligt produktionsudstyr. Senere blev de hovedsageligt erstattet af elektriske motorer. De er heller ikke meget brugt i transport. Men i de senere år er populariteten af gasstempelmotorer begyndt at vokse. Der er flere grunde til dette, men den vigtigste er stigningen i priserne på flydende kulbrintebrændstoffer (benzin, diesel). I dag bruges gasstempelmotorer i kraftgeneratorer, varmegeneratorer, pumper, kompressorer og køleenheder.

N + 1: I hvilke anlæg bruges gasstempelmotorer og hvorfor?

Gasstempelmotorer bruges i kraftværker af næsten alle applikationer: stationære motorgeneratorer og kraftværker, lokomotiver, biler, transport og teknologiske (til traktorer, stenbrudsudstyr) og andre.

Reserverne af naturgas i vores land og i verden overstiger betydeligt reserverne af flydende kulbrintebrændstoffer af alle typer. Naturligvis er prisen på gasbrændstof betydeligt lavere end for flydende kulbrintebrændstof. I vores land vil mange generationer være i stand til at bruge denne type brændstof.

Hvad virker sådanne motorer på?

De bruger to typer gasbrændstof. For det første er det naturgas (den indeholder det meste af metanen), som vi især brænder i vores køkkener. Og for det andet petroleumsgas opnået fra olieraffinering (den indeholder det meste af propan og butan). Det er sidstnævnte i flydende tilstand, der mest bruges som motorbrændstof til biler eller i cylindre til gassommerhuse.

De fleste industri-, lastbil- og busmotorer bruger naturlig komprimeret eller flydende gas. På det seneste har der været forslag til omlægning af personbiler til naturgas.

Hvordan adskiller sådan en motor sig fra en forbrændingsmotor?

En gasstempelmotor er den samme forbrændingsmotor, men med nogle designfunktioner relateret til brugen af en anden type brændstof.

Først og fremmest skal der monteres et gaslagersystem og gasudstyr på slutproduktet (bil, diesellokomotiv osv.) for at ændre gasparametrene (tryk, temperatur) og levere det til motoren.

Ændringerne i selve motoren kan opdeles i to dele. De, der hører til den første af dem, er af konstruktiv karakter og vedrører ændringer i kompressionsforholdet, designet af dele af cylinder-stempelgruppen, luftforsyning og turboladerindstillinger og andre elementer. Sidstnævnte er forbundet med motorudstyret med anordninger til at levere gas til indsugningsmanifolden eller forbrændingskammeret.

Er det muligt at sætte en gasstempelmotor på en almindelig bil?

Kan. Mange sætter på og rider med succes. Sådanne løsninger bruges i biler, traktorer, lokomotiver, små dødvægts kommercielle skibe og andre køretøjer.

Transmashholding og gasmotorer

I 2013 blev et skiftende diesellokomotiv TEM19 produceret på Transmashholding-fabrikken i Bryansk. Dette er det første diesellokomotiv i verden, hvis stempelmotor kører på naturgas, hvis autonome forsyning opbevares i flydende form i en kryogen beholder.

På nuværende tidspunkt har TMH påbegyndt et projekt for at skabe et nyt gas-rangerende diesellokomotiv TEM29 med øget kraft. Dens design vil være baseret på princippet om modularitet af hovedudstyret. Det er rettet mod at reducere omkostningerne ved de ressourcer, der er involveret i at udføre vedligeholdelse og reparationer under drift på grund af brugen af aggregerede reparationer.

På sin virksomhed i Kolomna implementerer TMH en række projekter, der anvender alternative brændstoffer, og mestrer produktionen af en fundamentalt ny type produkt - gasmotorer designet til at generere elektricitet og varme i kraftværker til grundlæggende, backup- og nødformål.

I øjeblikket er en 9GMG gasmotor-generator til TEM29 rangerende diesellokomotiv under konstruktion på Kolomna-fabrikken.

Motorerne, der er skabt på TMH Kolomna-fabrikken, vil bruge dieselbrændstof, naturligt brændstof eller tilhørende petroleumsgas samt råolie i effektområdet fra 1000 til 3500 kilowatt som hovedbrændstof.

TMH har også til hensigt at udvikle gasmodifikationer af nye dieselmotorer skabt under implementeringen af dieselmotorudviklingsunderprogrammet under Federal Target Program "National Technological Base".

Hvorfor bruges disse motorer ikke universelt?

Det skete historisk, at forskellige typer flydende kulbrintebrændstoffer hovedsageligt bruges som motorbrændstof. Der er skabt en bred infrastruktur til dem. For at udvide brugen af gas er det derfor nødvendigt at udvide den infrastruktur, der er forbundet med dens levering til brændstofpåfyldningsstedet og i sidste ende til forbrændingsstedet. Dette arbejdes der nu aktivt med.

I øjeblikket er den mest lovende for driften af lokomotiver, der kører på gasmotorbrændstof, den ikke-elektrificerede nordlige række af Sverdlovsk-jernbanen. Denne region har alle de nødvendige betingelser: en flad profil, store mængder last, tilgængeligheden af billig naturgas samt produktionsfaciliteter, på grundlag af hvilke produktionen af flydende naturgas kan startes.

Generelt er brugen af gas som motorbrændstof i alle former for transport og skabelsen af indenlandsk gastransport og stationært udstyr i dag af stor betydning for fornyelsen af det rullende materiel, som skal opfylde internationale sikkerheds-, miljø- og pålidelighedsstandarder.

Hvorfor bruges de ofte i små kraftværker?

Det er rentabelt og økonomisk. Brændstofforbrug og driftsomkostninger er vigtige spørgsmål for anlægsejeren. En gasstempelenhed har et specifikt brændstofforbrug pr. kilowatt pr. time produceret under enhver belastningstilstand, der er mindre end en gasturbineenheden. Det skyldes, at effektiviteten af stempelmaskiner er 36-45 procent, mens den for turbiner kun er 25-34 procent.

Den største fordel ved gasstempelmotorer i forhold til dieselmotorer er billigere brændstof. Selv når en propan-butangasblanding bruges som reservebrændstof, er prisen på en enhed elektrisk energi produceret på et gasstempelanlæg 1, 3 gange mindre end på en diesel.

Drift og vedligeholdelse af en gasstempelenhed kræver i modsætning til en gasturbineenhed ikke højt kvalificeret ingeniørpersonale. Rutinemæssig vedligeholdelse, mellemliggende og eftersynsreparationer af en gasstempelmotor kan udføres på driftsstedet uden at flytte enheden til producentens eller en specialiseret virksomheds sted.

Hvad er årsagen til den voksende popularitet af gasstempelenheder i de seneste år, på trods af at selve teknologien har eksisteret i lang tid?

Analyse af forbrugermarkedet for elektrisk og termisk energi afslørede, at omkring 30 procent af forbrugerne ikke har brug for titusindvis og hundredvis af megawatt strøm og derfor obligatorisk centraliseret strømforsyning, hvis samlede tab under transport gennem netværkene til forbrugeren er op til 25-30 pct.

Derudover er brugerne ikke tilfredse med de høje omkostninger ved at forbinde til centraliserede netværk, og generelt har liberaliseringen af energimarkedet i Rusland ført til en krise i driften af store centraliserede energiforsyningssystemer.

Gasstempelteknologier er velegnede til elproduktion i lille skala, implementerer meget effektivt konceptet "økonomisk" elproduktion med minimale tab af genereret varme og elektricitet. Lokale autonome decentrale kilder til kombineret produktion af elektricitet og varme baseret på gasstempelanlæg har høj effektivitet, er fuldstændig uafhængige af regionale elnet, og som følge heraf, fra væksten i tarifferne, er de pålidelige, kræver ikke omkostninger til konstruktion af forsyningen og distributionsnet.

Gasstempelmotorer kan kombineres i serie. Hvad er fordelen ved en sådan konsolidering i forhold til separat brug af installationer?

Ikke kun gasstempelmotorer, men også dieselmotorer kan kombineres til "batterier". Det hele afhænger af funktionerne og kravene til det stationære kraftværk. Især kan individuelle moduler meget ofte kun leveres til installations- og driftsstedet med helikopter. Men der er specielle kraftværker, hvor hovedkravet er den maksimalt mulige effekt i en enhed.