03.01.2007 Газовые турбины. Сравнение газовой турбины и газопоршневого электрогенератора с дизельным генератором | |
| С момента начала добычи природного газа, сфера его промышленного применения все больше увеличивается. Значительную часть природного газа используют в энергетике. Как ресурс, для получения механической энергии, которую, потом, можно превратить в электроэнергию, а можно и пустить на другие цели. Природный газ, как, впрочем, и многие другие газы, используют в качестве топлива, газовые турбины и газопоршневые генераторы. Газопрошневой генератор нам привычнее по устройству. Это тот же самый ДВС (двигатель внутреннего сгорания), как дизельный или бензиновый двигатель. И принцип его работы такой же – сгорающее топливо расширяется, сообщая энергию поршню, который, например, с помощью коленвала передает ее дальше. В конечном счете, механическая энергия сообщается генератору, который преобразовывает ее в электроэнергию, это если рассматривать генераторы. Принцип работы и дизельного двигателя, и газопоршневого одинаков. Отличатся только топливо, правда, оно дает некоторые различия в устройстве самого двигателя, и различные требования к прочности материалов. Основа работы газовой турбины вроде бы та же – газ, смешанный с воздухом, образует топливную смесь. Она нагнетается под давлением в компрессор. Поджигается. А далее начинаются существенные отличия. Струя раскаленного газа (900-1200 градусов по шкале Цельсия), под давлением, вырывается из сопла и сообщает механическую энергию турбине, через лопатки, в несколько рядов установленные на валу. Затем, как и в генераторах на ДВС, механическая энергия передается генератору. Не смотря на то, что во всех случаях используется энергия расширения газов (при нагревании тело расширяется, а в процессе окисления (сгорания) топлива, выделяется значительное количество тепла, которое и нагревает газы, образовавшиеся в процессе горения (окисления), заставляя их расширяться, механически воздействуя на окружающие тела), есть существенное отличие в работе турбины и поршневого двигателя. Основное различие кроется в других параметрах, казалось бы, не имеющих отношения к работе, а именно – в инерции. Сам принцип работы поршневых двигателей содержит разделение действий на такты или шаги. Не важно, двух- или четырех- тактный двигатель. В любом случае, у поршня есть мертвая точка, после которой должно начаться возвратное движение, вместо поступательного. Но инерция продолжает толкать тело дальше, и, при возврате наступает перегрузка. В принципах, заложенных в турбинных двигателях, инерция, в таком виде отсутствует. Да, перегрузки испытывают лопасти, но от давления струи газа, сам же процесс не разделяется на такты. Он цикличен, есть только вращение вала, результат воздействия газа, но нет никаких остановок, «мертвых точек», неизбежных для поршневых двигателей. Поэтому, материалы, из которых изготовлена турбина, не испытывают таких перегрузок, как в двигателях внутреннего сгорания, и можно увеличить количество оборотов. Да, совсем без инерции не обойтись. Возникает центробежное ускорение, но оно меньше, и разница, в достигнутых оборотах в единицу времени, при которых центробежная сила начинает сообщать такие же нагрузки, как при смене направления движения поршнем в «мертвой точке», для турбины и ДВС составляет десятки раз. Что позволяет вырабатывать газотурбинным электростанциям мощность на порядок выше, чем дизельным или газопоршневым генераторам. Если взглянуть на тахометр любого автомобиля – мы увидим, что его обороты измеряются тысячами в минуту, обороты же турбины составляют десятки тысяч раз. На этом основные преимущества газотурбинных электростанций, к сожалению, заканчиваются. Расплачиваться, за полученную мощность, приходится потерей КПД. Действительно, в замкнутом пространстве камеры сгорания, энергии просто некуда деваться, и в результате коэффициент полезного действия для двигателей внутреннего сгорания выше. Сам принцип турбины не позволяет использовать закрытые пространства. Струе газов из сопла нужно находить выход, часть энергии, в результате, рассеивается. Использование неполной мощности в газотурбинных установках, опять же, очень серьезно, снижает коэффициент полезного действия, и приводит к необходимости постоянных нагрузок, близких к максимальным. Это ведет к снижению ресурса работы, по сравнению с электрогенераторам на поршневых двигателях. Газотурбинная электростанция весьма чувствительна к остановкам и последующему запуску. Каждое действие снижает ресурс, чего не происходит, к примеру, у дизельных генераторов, где остановка и запуск, ни на что не влияет. Газотурбинные электростанции гораздо сложнее в эксплуатации и ремонте, требуют больших капитальных затрат при строительстве, имеют более низкий электрический коэффициент полезного действия, большие потери энергии, меньший ресурс, требуют постоянной нагрузки. Для получения одинакового количества энергии приходится затрачивать до двух раз больше топлива, в сравнении с газопоршневым генератором. Но газотурбинные электростанции по-прежнему используются. Почему? Все вышеперечисленные факторы верны, но … при сравнении мощности до 30 МВт. Дальше ситуация меняется. Мощность генераторов на поршневых двигателях ограничена, мы говорили об этом выше, устойчивостью материала, из которого они изготовлены, к перегрузкам. Поэтому, например, если нам требуется постоянная мощность в 180 МВт, нам следует закупить, установить и обслуживать, от шести газопоршневх установок работающих постоянно, на полную мощность, или одна турбина. Тут в силу уже вступают другие законы, не имеющие отношения к физике, законы экономики. Затратность, рентабельность. При постоянной потребности в боьшом количестве электроэнергии и теплоэнергии, от носителя с высокой температурой, газотурбинные электростанции, все же, выигрывают у своих менее мощных собратьев. К тому же, как и у газопрошневых электрогенераторов, в сравнении с дизельными, использование, в качестве топливного ресурса, газа, который может быть возобновляемым ресурсом, в отличие от нефтепродуктов, на образование которых необходимо миллионы лет, делает электроэнергию, полученную от этих установок, более перспективной и привлекательной. В самом деле – постепенно налаживается производство биогаза и других газов, происходит замена ими природного топлива. Экологичность этого топлива в разы выше, потенциально возможное к применению топливо – разнообразнее, при использовании природного газа – получаемая электроэнергия дешевле. Это обуславливает постепенное вытеснение, из промышленной сферы, электроэнергии, от генераторов использующих в качестве ресурса нефтепродукты. Принципы когенерации и тригенерации смогли вывести КПД газовых генераторов на конкурентоспособную отметку. А тенденции в ценах на энергоносители, экологическая политика государств, сделают вскоре использование электрогенераторов, использующих газ, в качестве топлива, самым приемлемым вариантом. |
|
| предыдущая новость |
История |
архив | следующая новость |
