Πώς να διαστασιολογήσετε ένα ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος με αεριοστρόβιλο φυσικού αερίου για μεταβαλλόμενο προφίλ φορτίου

Διαστασιολογήστε μια γεννήτρια αεριοστροβίλου φυσικού αερίου με βάση το προφίλ φορτίου στον χρόνο, όχι με βάση τη μέγιστη ζήτηση που καταγράφηκε σε έναν μόνο μετρητή. Μια μονάδα που επιλέγεται μόνο για την αιχμή kW μπορεί να λειτουργεί το μεγαλύτερο μέρος της ζωής της σε δυσμενές σημείο φορτίου, να καταναλώνει περισσότερο καύσιμο από το αναμενόμενο ή να μην διαθέτει επαρκές περιστρεφόμενο εφεδρικό περιθώριο κατά την εκκίνηση ενός μεγάλου κινητήρα. Αντίστροφα, η υπερβολική εγκατεστημένη ισχύς μπορεί να οδηγήσει σε κακή λειτουργία μερικού φορτίου και περιττή κεφαλαιουχική έκθεση.

Ξεκινήστε με δεδομένα χρονικών διαστημάτων αντί με ένα ετήσιο σύνολο κατανάλωσης. Συλλέξτε ηλεκτρική ζήτηση στο συντομότερο πρακτικό διάστημα σε αντιπροσωπευτικές καταστάσεις παραγωγής: κανονική λειτουργία, αλλαγές βάρδιας, μεταβάσεις παρτίδων, εποχικές ακραίες συνθήκες, προγραμματισμένη συντήρηση και αποκατάσταση μετά από διαταραχές. Το προκύπτον προφίλ πρέπει να δείχνει το βασικό φορτίο, τις επαναλαμβανόμενες αιχμές, τη διάρκεια αιχμής, τον ρυθμό μεταβολής και τη συχνότητα εκκινήσεων και διακοπών. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθορίζουν εάν ταιριάζει καλύτερα ένα σύνολο αεριοστροβίλου-γεννήτριας, πολλές μικρότερες μονάδες ή ένας στρόβιλος σε συνδυασμό με ένα άλλο ευέλικτο στοιχείο.

Διαχωρίστε το φορτίο σε συνιστώσες με διαφορετική συμπεριφορά

Ένα μεταβαλλόμενο βιομηχανικό φορτίο σπάνια έχει μία μόνο αιτία. Τα συνεχή βοηθητικά συστήματα, οι θερμαντήρες διεργασίας, οι αντλίες, οι συμπιεστές, ο φωτισμός και τα συστήματα ελέγχου δημιουργούν μια σχετικά σταθερή βάση. Οι μεγάλοι κινητήρες, οι θραυστήρες, ο εξοπλισμός ψύξης, οι ηλεκτρικοί φούρνοι και ο διαλείπων εξοπλισμός διεργασίας προκαλούν βηματικές μεταβολές. Κάποια ζήτηση είναι προβλέψιμη από τον προγραμματισμό παραγωγής· άλλη ακολουθεί διαταραχές της διεργασίας και δεν μπορεί να αντιμετωπίζεται ως σταθερή αιχμή.

Κατατάξτε κάθε ουσιώδες φορτίο βάσει της ηλεκτρικής του συμπεριφοράς πριν επιλέξετε την ισχύ:

• Βασική ζήτηση είναι η ισχύς που αναμένεται για τις περισσότερες ώρες λειτουργίας. Καθορίζει το εύρος λειτουργίας που θα κυριαρχεί στην κατανάλωση καυσίμου και στην επιβάρυνση συντήρησης.
• Ταυτόχρονη ζήτηση είναι το ρεαλιστικό σύνολο όταν τα κύρια φορτία λειτουργούν μαζί. Η πρόσθεση όλων των ονομαστικών τιμών των συνδεδεμένων φορτίων συνήθως την υπερεκτιμά, ενώ η υπόθεση ότι τα φορτία δεν συμπίπτουν ποτέ μπορεί να αφήσει τη γεννήτρια ανεπαρκή στη χειρότερη στιγμή.
• Ζήτηση εκκίνησης και μεταβατική ζήτηση πρέπει να εξετάζονται χωριστά από τα kW μόνιμης κατάστασης. Η εκκίνηση ενός κινητήρα μπορεί να προκαλέσει σύντομη αλλά σοβαρή διαταραχή τάσης και συχνότητας, ακόμη και όταν το συνεχές φορτίο βρίσκεται πολύ εντός της ονομαστικής ισχύος της γεννήτριας.
• Μεταβολή εξαγωγής ή εισαγωγής έχει σημασία όταν η εγκατάσταση είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο. Ένας στρόβιλος διαστασιολογημένος για νησιδοποιημένη λειτουργία διέπεται από διαφορετική φιλοσοφία εφεδρείας από έναν που λειτουργεί παράλληλα με μια σταθερή πηγή ηλεκτρικού δικτύου.

Μη μετατρέπετε όλα αυτά πρόωρα σε μία μοναδική τιμή «φορτίου αιχμής». Η διάρκεια και η μορφή μιας αιχμής επηρεάζουν την επιλογή. Μια σύντομη, ελέγξιμη αιχμή μπορεί να αντιμετωπιστεί μέσω αλληλουχίας λειτουργίας, ενός ρυθμιστή μεταβλητής ταχύτητας, υποστήριξης από μπαταρία ή αποθηκευμένης ενέργειας. Μια παρατεταμένη αιχμή κατά τη λειτουργία κρίσιμης σημασίας για την παραγωγή συνήθως απαιτεί εγγυημένη ικανότητα παραγωγής.

Χρησιμοποιήστε τον χάρτη απόδοσης του στροβίλου, όχι μόνο την πινακίδα ISO

Η δημοσιευμένη ονομαστική ισχύς της γεννήτριας συχνά συνδέεται με καθορισμένες συνθήκες περιβάλλοντος. Η πραγματική ισχύς εξόδου και ο ρυθμός θερμότητας μεταβάλλονται με τη θερμοκρασία αέρα εισόδου, το υψόμετρο, την υγρασία, την απώλεια πίεσης εισόδου, την αντίθλιψη εξαγωγής, τη σύσταση καυσίμου και την υποβάθμιση κατά τις ώρες λειτουργίας. Ο ζεστός καιρός μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντικός, επειδή η ίδια περίοδος που αυξάνει το φορτίο ψύξης της εγκατάστασης μπορεί επίσης να μειώνει την απόδοση του αεριοστροβίλου.

Ζητήστε δεδομένα απόδοσης για το εύρος περιβαλλοντικών συνθηκών του έργου, συμπεριλαμβανομένης της αναμενόμενης θερινής συνθήκης σχεδιασμού και του χαμηλότερου πρακτικού φορτίου λειτουργίας. Η αξιολόγηση πρέπει να προσδιορίζει την καθαρή ηλεκτρική ισχύ μετά την κατανάλωση των βοηθητικών συστημάτων, όχι μόνο τη μικτή ισχύ στους ακροδέκτες της γεννήτριας. Η διήθηση εισόδου, η συμπίεση αερίου καυσίμου όπου απαιτείται, οι αντλίες λιπαντικού λαδιού, ο αερισμός, ο εξοπλισμός ψύξης και τα φορτία ελέγχου της μονάδας επηρεάζουν όλα την ισχύ που είναι διαθέσιμη στον ζυγό της διεργασίας.

Η απόδοση σε μερικό φορτίο αξίζει την ίδια προσοχή με τον ρυθμό θερμότητας σε πλήρες φορτίο. Ένα σύνολο στροβίλου που λειτουργεί κοντά στο προτιμώμενο εύρος του για παρατεταμένες περιόδους μπορεί να έχει χαμηλότερη επιβάρυνση καυσίμου στον κύκλο ζωής από μια μεγαλύτερη μονάδα που λειτουργεί επανειλημμένα πολύ κάτω από το αποδοτικό σημείο της. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν η βασική ζήτηση είναι μέτρια αλλά οι ημερήσιες αιχμές είναι υψηλές. Η σωστή επιλογή μπορεί να είναι μια μικρότερη κύρια μονάδα με δεύτερη μονάδα για περιόδους αιχμής, αντί για μία μεγάλη μηχανή.

Ορίστε την εφεδρεία με λειτουργικούς όρους

Η εφεδρική ισχύς εκφράζεται συχνά ως ποσοστό, αλλά το χρησιμότερο ερώτημα είναι ποιο συμβάν πρέπει να καλύπτει η εφεδρεία. Εάν ο μεγαλύτερος κινητήρας διεργασίας εκκινεί ενώ η εγκατάσταση λειτουργεί νησιδοποιημένα, η διαθέσιμη εφεδρεία πρέπει να καλύπτει το σχετικό ηλεκτρικό βήμα χωρίς να επιτρέπεται μη αποδεκτή πτώση συχνότητας ή κατάρρευση τάσης. Εάν προβλέπεται η εκκίνηση δεύτερης γεννήτριας μετά το συμβάν, ο χρόνος εκκίνησής της δεν προστατεύει τα πρώτα δευτερόλεπτα της διαταραχής.

Για μονάδες με πολλαπλές γεννήτριες, αξιολογήστε την απώλεια της μεγαλύτερης μονάδας σε λειτουργία και το ελάχιστο φορτίο που πρέπει να παραμείνει ηλεκτροδοτημένο. Η απάντηση μπορεί να υποστηρίζει διάταξη N+1, μικρότερη εφεδρική μηχανή ή ελεγχόμενο σχήμα αποκοπής φορτίου. Αυτές οι εναλλακτικές δεν είναι εναλλάξιμες. Η εφεδρική ισχύς προστατεύει την τροφοδοσία· η αποκοπή φορτίου προστατεύει μόνο τα φορτία που ορίζονται ως διακοπτόμενα, και η αποτελεσματικότητά της εξαρτάται από μια δοκιμασμένη ακολουθία προτεραιοτήτων και αξιόπιστη λογική διακοπτικού εξοπλισμού.

Η εφεδρεία πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη την προγραμματισμένη συντήρηση. Μια μεμονωμένη μονάδα μπορεί να είναι τεχνικά επαρκής κατά την κανονική λειτουργία, αλλά να επιβάλλει περιορισμούς στην παραγωγή όταν απαιτείται επιθεώρηση, εργασία στο θερμό τμήμα, συντήρηση γεννήτριας ή συντήρηση βοηθητικού εξοπλισμού. Ο σχεδιασμός ισχύος πρέπει να διακρίνει μεταξύ αποδεκτής περιορισμένης λειτουργίας και της ισχύος που πρέπει να παραμένει διαθέσιμη χωρίς διακοπή.

Προσαρμόστε την ικανότητα απόκρισης στην ταχύτητα μεταβολής του φορτίου

Η μέση ζήτηση αποκρύπτει τις γρήγορες μεταβολές. Ένα προφίλ που αυξάνεται κατά αρκετά μεγαβάτ μέσα σε μία ώρα θέτει διαφορετική πρόκληση από μια συγκρίσιμη αύξηση που συμβαίνει μέσα σε δευτερόλεπτα. Οι έλεγχοι του αεριοστροβίλου, η απόκριση του συστήματος καυσίμου, η διέγερση της γεννήτριας, η ρύθμιση του ρυθμιστή στροφών και η συνδεδεμένη περιστρεφόμενη αδράνεια καθορίζουν τον τρόπο αντίδρασης του συστήματος. Η γεννήτρια και ο στρόβιλος πρέπει επίσης να συντονίζονται με τα προστατευτικά ρελέ, τις ρυθμίσεις διακοπτών, την εμπέδηση μετασχηματιστή και τη μέθοδο εκκίνησης μεγάλων κινητήρων.

Οι μεταβολές φορτίου πρέπει να απεικονίζονται με χρονικές σημάνσεις. Προσδιορίστε εάν η μεταβολή είναι σκόπιμη, όπως μια προγραμματισμένη εκκίνηση συμπιεστή, ή οφείλεται στη διεργασία. Οι σκόπιμες μεταβολές μπορούν συχνά να αλληλουχούνται σύμφωνα με την κατάσταση λειτουργίας του στροβίλου. Οι μεταβολές που οφείλονται στη διεργασία μπορεί να απαιτούν περισσότερη περιστρεφόμενη εφεδρεία, έναν ταχύτερο συμπληρωματικό πόρο ή αυτόματο περιορισμό μη απαραίτητων φορτίων.

Όταν μια εγκατάσταση συνδεδεμένη στο δίκτυο διαθέτει πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια ορισμένες στιγμές και απότομη ζήτηση άλλες, η αποθήκευση μπορεί να αλλάξει τη βάση διαστασιολόγησης της γεννήτριας.Αποθήκευση Ενέργειας με Αέρα χρησιμοποιεί πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια για τη συμπίεση αέρα, αποθηκεύει την ανακτημένη θερμότητα σε θερμικό μέσο όπως το λιωμένο άλας και αργότερα διαστέλλει τον επαναθερμασμένο αέρα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σε μια κατάλληλη εφαρμογή ηλεκτρικού δικτύου, αυτό μετατοπίζει την ενέργεια στον χρόνο· δεν εξαλείφει την ανάγκη επαλήθευσης της απόκρισης μικρής διάρκειας, της λογικής κατανομής φορτίου και της εγγυημένης ισχύος που απαιτείται κατά τη διάρκεια μιας παρατεταμένης διακοπής.

Επιλέξτε σκόπιμα μία μεγάλη μονάδα ή μια αρθρωτή διάταξη

Η αρθρωτή διάταξη εισάγει το δικό της κόστος και τις δικές της διεπαφές. Κάθε πρόσθετη μονάδα απαιτεί θεμελιώσεις, περιβλήματα, απομόνωση καυσίμου, δρομολόγηση καυσαερίων, ηλεκτρική προστασία, ενσωμάτωση συστημάτων ελέγχου, σχεδιασμό ανταλλακτικών και συντονισμό συντήρησης. Η αξία των πολλαπλών μονάδων προκύπτει από την καλύτερη κατανομή φορτίου και την πλεονασματικότητα μόνο όταν η φιλοσοφία ελέγχου έχει σχεδιαστεί για τη σωστή αξιοποίησή τους. Η κακή κατανομή φορτίου μπορεί να αφήσει τη μία μηχανή να λειτουργεί αναποτελεσματικά ενώ η άλλη εκτελεί υπερβολικούς κύκλους.

Επαληθεύστε τις οριακές συνθήκες πριν οριστικοποιήσετε την ονομαστική ισχύ

Η ποιότητα καυσίμου και η πίεση παροχής χρειάζονται έγκαιρη επιβεβαίωση. Η μεταβολή της θερμογόνου αξίας, των ρύπων ή της πίεσης μπορεί να επηρεάσει τις ρυθμίσεις καύσης, τη διαθέσιμη ισχύ εξόδου και τις απαιτήσεις επεξεργασίας καυσίμου. Το πακέτο στροβίλου πρέπει να διαστασιολογηθεί με βάση την πραγματική διάταξη τροφοδοσίας καυσίμου, συμπεριλαμβανομένου τυχόν εξοπλισμού μείωσης πίεσης, θέρμανσης, διήθησης ή συμπίεσης. Μια ονομαστική δήλωση παροχής αερίου χωρίς ελάχιστη πίεση και εύρος σύστασης δεν επαρκεί για την τελική διαστασιολόγηση.

Οι συνθήκες της εγκατάστασης επηρεάζουν επίσης τις επιλογές εγκατάστασης. Οι απώλειες αγωγών εισαγωγής και εξαγωγής, η ακουστική επεξεργασία, ο αερισμός περιβλήματος, η όδευση καλωδίων, η θέση του μετασχηματιστή και η πρόσβαση γερανού μπορεί να φαίνονται δευτερεύοντα σε σχέση με την ονομαστική ισχύ του στροβίλου, ωστόσο μπορούν να αλλάξουν την καθαρή ισχύ εξόδου, τη συντηρησιμότητα ή την πρακτική δυνατότητα μελλοντικής προσθήκης ισχύος. Διατηρήστε εφεδρικό χώρο οικοπέδου και ηλεκτρικούς χώρους εάν η επέκταση είναι πιθανή, αλλά αποφύγετε την αγορά άμεσης ικανότητας παραγωγής αποκλειστικά για ένα ακαθόριστο μελλοντικό φορτίο.

Πριν από την έκδοση μιας τεχνικής προδιαγραφής, συμφιλιώστε τέσσερα έγγραφα: το προφίλ φορτίου χρονικών διαστημάτων, το μονογραμμικό ηλεκτρικό διάγραμμα, το πρόγραμμα λειτουργίας της διεργασίας και τη φιλοσοφία λειτουργίας για απώλεια δικτύου, αποζεύξεις μονάδων και αποκατάσταση. Οι συγκρούσεις μεταξύ αυτών των εγγράφων είναι συνηθισμένες. Για παράδειγμα, ένα πρόγραμμα διεργασίας μπορεί να υποθέτει ταυτόχρονες εκκινήσεις κινητήρων ενώ ο ηλεκτρικός σχεδιασμός υποθέτει διαδοχικές εκκινήσεις· η ονομαστική ισχύς στροβίλου μπορεί να περιλαμβάνει μια περιβαλλοντική συνθήκη που διαφέρει από την πρόβλεψη φορτίου ψύξης.

Μια ορθή τελική ονομαστική ισχύς αναφέρει την απαιτούμενη καθαρή ισχύ εξόδου υπό καθορισμένες συνθήκες περιβάλλοντος και καυσίμου, το επιτρεπόμενο εύρος λειτουργίας, τις απαιτήσεις μεταβολής φορτίου και εκκίνησης, τα βοηθητικά φορτία, τη βάση πλεονασματικότητας και τις παραδοχές μελλοντικής διασύνδεσης. Αυτός ο ορισμός μετατρέπει τη «ζήτηση αιχμής» σε σημείο λειτουργίας μηχανικού σχεδιασμού που μπορεί να αξιολογηθεί με συνέπεια μεταξύ επιλογών αεριοστροβίλου-γεννήτριας.