Gasturbine versus gasmotor voor industriële stroomopwekking op locatie

Een gasturbine is vaak een geschikte keuze voor een installatie met een stabiele elektriciteitsvraag en een continue behoefte aan proceswarmte of stoom op hoge temperatuur. Een gasmotor met zuigers kan beter passen wanneer elektrisch rendement, wisselende belastingen of modulaire capaciteit belangrijker zijn. De keuze kan niet alleen op basis van het nominale vermogen van de apparatuur worden gemaakt: het antwoord hangt af van de werking van de volledige installatie gedurende het hele jaar.

Begin met het vergelijken van de geleverde elektriciteit en bruikbare warmte onder dezelfde omstandigheden op de locatie. De uitlaatgassen van een turbine kunnen waardevol zijn, maar alleen als het proces deze warmte kan benutten. Het aantrekkelijke elektrische rendement van een motor kan een deel van zijn voordeel verliezen als de installatie meer warmte op hoge temperatuur nodig heeft dan het warmteterugwinningssysteem kan leveren.

Begin met het belastingsprofiel, niet met de piekvraag

Eén enkele piekvraag zegt weinig over de prestaties van een elektriciteitscentrale gedurende de gebruiksduur. Breng de elektrische belasting van de installatie in kaart voor verschillende ploegen, weekenden, seizoenswisselingen en geplande stilstanden. Bepaal zowel de minimale continue belasting als de maximale belasting en maak onderscheid tussen kritieke belastingen en apparatuur die tijdelijk kan worden uitgeschakeld.

Gasturbines zijn doorgaans geschikt voor lange perioden van stabiele werking. Hun elektrische rendement kan bij deellast afnemen, waardoor een unit die is gedimensioneerd voor een korte piek een groot deel van het jaar buiten het optimale bereik kan werken. Ook de omgevingstemperatuur beïnvloedt het vermogen en rendement van de turbine; de warmste productiedagen kunnen samenvallen met de grootste koelvraag en het laagste beschikbare vermogen.

Gasmotoren kunnen nuttige flexibiliteit bieden wanneer de vraag varieert. Een installatie met meerdere motoren kan units starten of stoppen om de productie op de vraag af te stemmen, terwijl de ingeschakelde units dichter bij hun efficiënte werkgebied blijven. Deze modulariteit brengt extra apparatuur, besturingen, onderhoudscoördinatie en mogelijk meer ruimte met zich mee. Vergelijk de volledige installatie en ga er niet automatisch van uit dat meerdere kleinere units voordeliger zijn.

Vraag leveranciers voor beide technologieën naar de prestaties over het verwachte belastingsbereik, inclusief minimale stabiele belasting, startvereisten, rampsnelheden en beperkingen bij veelvuldig starten. Gebruik locatiespecifieke omstandigheden en neem het hulpverbruik mee bij het vergelijken van het nettovermogen dat voor de installatie beschikbaar is.

Stem de warmteterugwinning af op het proces

Warmtekrachtkoppeling kan de uitkomst van een vergelijking tussen een gasturbine en een gasmotor veranderen. De relevante vraag is niet alleen hoeveel warmte de apparatuur afgeeft, maar ook hoeveel daarvan kan worden teruggewonnen op de temperatuur, druk en het tijdstip waarop het proces die nodig heeft.

Een gasturbine produceert een aanzienlijke stroom hete uitlaatgassen. Deze kan naar een afgasketel worden geleid of, als het proces dit toelaat, worden gebruikt voor directe verwarming of droging. Een turbine wordt aantrekkelijker wanneer de installatie een constante vraag naar deze warmte heeft. Als de productie regelmatig stilligt of de stoomvraag afneemt terwijl de elektriciteitsvraag hoog blijft, kan een deel van het potentiële warmtevoordeel verloren gaan.

Ook gasmotoren maken warmteterugwinning mogelijk, maar de warmte is verdeeld over de uitlaatgassen, de koelcircuits van de motor en andere bronnen. Warmte uit koelwater kan nuttig zijn voor warm water of toepassingen op lagere temperatuur, terwijl uitlaatwarmte kan worden benut voor terugwinning op hogere temperatuur. De bruikbare stoomproductie en temperatuur zijn afhankelijk van het motor- en warmteterugwinningssysteemontwerp; de totale terugwinbare warmte mag niet worden beschouwd als gelijkwaardig aan processtoom op hoge druk.

Vergelijk de warmtevraag waar mogelijk per uur. Houd rekening met warmteverlies, bypassbedrijf, bijstook, het rendement van bestaande ketels en de behoefte aan reservestoom. Een hoog totaalrendement is alleen betekenisvol wanneer de teruggewonnen warmte brandstof vervangt die de locatie anders zou verbruiken.

De brandstoftoevoer kan de voorkeursoptie veranderen

Beide technologieën vereisen brandstof die binnen de limieten van de leverancier van de apparatuur valt, maar de relevante limieten en vereisten voor conditionering verschillen. De samenstelling, verbrandingswaarde en druk van de brandstof, verontreinigingen en variaties in de tijd kunnen invloed hebben op de verbranding, emissies, het onderhoud en de beschikbaarheid.

Bij een turbine kan de inkomende gasdruk onder bepaalde bedrijfsomstandigheden onvoldoende zijn, waardoor brandstofgascompressie nodig wordt. Dit brengt extra elektriciteitsverbruik, kapitaalkosten en onderhoud met zich mee, evenals een extra apparaat waarvan de beschikbaarheid van belang is. Voor een motorinstallatie kunnen andere eisen gelden voor druk en brandstofkwaliteit; vergelijk daarom voor elk voorstel het volledige brandstoftoevoersysteem.

Als de locatie biogas of een andere brandstof met een variabele samenstelling gebruikt, verstrek dan representatieve brandstofanalyses voor zowel normale werking als voorzienbare veranderingen. Vocht, corrosieve verbindingen en andere verontreinigingen moeten mogelijk worden verwijderd voordat een van beide machines betrouwbaar kan werken. Beoordeel de brandstofflexibiliteit aan de hand van de gespecificeerde limieten van de voorgestelde unit; ga er niet van uit dat deze volgt uit de technologiegroep.

Wanneer brandstofcompressie nodig is, moet het pakket worden afgestemd op het drukbereik, de besturingen en het bedrijfsschema van de elektriciteitscentrale. SINO-QNP biedt turnkeyoplossingen voorcompressor-units als onderdeel van zijn bredere turbomachinerieactiviteiten. De toepasselijke configuratie hangt af van de brandstoftoevoer en de geselecteerde opwekkingsapparatuur.

De betrouwbaarheid hangt af van de opstelling van de installatie

Een enkele opwekeenheid is eenvoudig te configureren, maar gepland onderhoud of een ongeplande storing kan de volledige capaciteit voor energieopwekking op locatie uitschakelen. Bij meerdere motoren kan de gedeeltelijke energieopwekking doorgaan wanneer één unit niet beschikbaar is. Ook een opstelling met meerdere turbines kan redundantie bieden, maar de geschiktheid daarvan hangt af van de vereiste capaciteit en de economische haalbaarheid.

Bepaal de vereiste bedrijfsmodus voordat u waarde toekent aan redundantie. Een installatie met een betrouwbare netaansluiting kan een storing van een generator anders opvangen dan een installatie die kritieke processen zelfstandig moet kunnen handhaven. Netparallelbedrijf biedt niet automatisch stroom tijdens een netstoring: eilandbedrijf, beveiliging, besturingen en een geschikte startstroombron moeten in het systeem worden ontworpen.

De onderhoudsplanning moet gepland onderhoud, grote revisies, toegang tot onderdelen, responstijden voor service en de productiekosten van stilstand omvatten. Motoren vereisen over het algemeen vaker routinematig onderhoud, terwijl turbines hun eigen inspectie- en revisievereisten hebben. Intervallen zijn afhankelijk van de apparatuur, brandstof, starts en bedrijfsomstandigheden; vergelijk daarom de onderhoudsschema’s van leveranciers op basis van dezelfde jaarlijkse belasting.

Beoordeel emissies en installatie als complete systemen

Vergunningseisen en locatiegebonden limieten kunnen de keuze van apparatuur net zo sterk beïnvloeden als het rendement. Vergelijk stikstofoxiden, koolmonoxide en andere relevante emissies bij de bedrijfspunten die de installatie daadwerkelijk zal gebruiken, inclusief opstart en deellast waar relevant. Vraag of de opgegeven waarden afhankelijk zijn van verbrandingsregeling of nabehandeling van uitlaatgassen en neem de bijbehorende verbruiksmaterialen, drukverliezen, ruimte en onderhoud mee.

Ook de installatiebeperkingen verschillen per project. Beoordeel luchtinlaatfiltratie, afvoer van uitlaatgassen, geluidsbeheersing, ventilatie, koeling, funderingen, brandbeveiliging en toegang voor het verwijderen van apparatuur. Zelfs een compacte generatorunit kan aanzienlijke omliggende infrastructuur vereisen. Bij warmteterugwinningsprojecten kunnen de locatie van stoomverbruikers en bestaande ketels grote invloed hebben op de leidingkosten en warmteverliezen.

Vergelijk op basis van dezelfde bedrijfsomstandigheden

Stel vóór het aanvragen van definitieve voorstellen een gemeenschappelijke set uitgangspunten op: elektrische en thermische belastingsprofielen, omgevingsomstandigheden, brandstofeigenschappen en -druk, bedrijfsuren, netaansluiting, emissielimieten en vereiste beschikbaarheid. Vraag elke leverancier aan te geven wat is inbegrepen en welke omstandigheden aan de garanties ten grondslag liggen.

Baseer de levensduurvergelijking op netto geleverde elektriciteit, brandstofverbruik, daadwerkelijk gebruikte warmte, routinematig onderhoud, groot onderhoud, hulpapparatuur en verwachte stilstand. Houd rekening met de resterende behoefte aan netstroom of ketels wanneer de voorgestelde unit niet aan de volledige vraag kan voldoen.

Als de locatie een stabiele vraag heeft naar zowel elektriciteit als warmte op hoge temperatuur, overweeg dan serieus een warmtekrachtconfiguratie op basis van een turbine. Als de vraag sterk varieert, de warmtevraag beperkt is of gedeeltelijke capaciteit tijdens onderhoud veel waarde heeft, vergelijk dan een modulaire motorinstallatie zorgvuldig. De voorkeursoptie is de oplossing die aan de operationele vereisten van de locatie voldoet tegen de laagste geloofwaardige levensduurkosten, niet de oplossing met de sterkste afzonderlijke specificatie.