Газовая турбина или газовый двигатель для промышленного энергоснабжения на объекте

Газовая турбина часто становится подходящим вариантом для предприятия со стабильным спросом на электроэнергию и постоянной потребностью в высокотемпературном технологическом тепле или паре. Газопоршневой двигатель может лучше подойти, если важнее электрический КПД, переменная нагрузка или модульное наращивание мощности. Выбор нельзя делать только на основании номинальных характеристик оборудования: он зависит от того, как вся установка работает в течение года.

Для начала сравните поставляемую электроэнергию и полезное тепло при одинаковых условиях на площадке. Тепло выхлопных газов турбины может быть ценным ресурсом, но только если технологический процесс позволяет его использовать. Высокие показатели выработки электроэнергии двигателя могут оказаться менее выгодными, если предприятию требуется больше высокотемпературного тепла, чем способна обеспечить его система утилизации тепла.

Начните с профиля нагрузки, а не с пикового спроса

Одного значения пиковой нагрузки недостаточно, чтобы понять, как электростанция будет работать в течение всего срока эксплуатации. Составьте график электрической нагрузки предприятия с учетом смен, выходных, сезонных изменений и плановых остановок. Определите как минимальную устойчивую нагрузку, так и максимальную, а также отделите критические нагрузки от оборудования, работу которого можно приостанавливать.

Газовые турбины, как правило, подходят для длительной работы в стабильном режиме. При частичной нагрузке их электрический КПД может снижаться, поэтому установка, выбранная для кратковременного покрытия пика, большую часть года может работать вне оптимального диапазона. Температура окружающего воздуха также влияет на мощность и КПД турбины: самые жаркие производственные дни могут совпадать с наибольшей потребностью в охлаждении и снижением доступной мощности.

Газовые двигатели могут обеспечить полезную гибкость при колебаниях спроса. На электростанции с несколькими двигателями можно запускать и останавливать отдельные агрегаты в соответствии с нагрузкой, поддерживая работу включенных двигателей ближе к эффективному режиму. Такая модульность требует дополнительного оборудования, систем управления, координации технического обслуживания и, возможно, большей площади. Сравнивайте установки целиком, а не исходите из того, что несколько агрегатов меньшей мощности автоматически обходятся дешевле.

Для обеих технологий запросите у поставщиков характеристики во всем ожидаемом диапазоне нагрузки, включая минимальную устойчивую нагрузку, требования к запуску, скорость набора нагрузки и ограничения на частые пуски. Учитывайте условия конкретной площадки и включайте собственное энергопотребление вспомогательного оборудования при сравнении чистой мощности, доступной предприятию.

Согласуйте утилизацию тепла с технологическим процессом

Когенерация может существенно повлиять на результат сравнения газовой турбины и газового двигателя. Важно не просто определить, сколько тепла отводится от оборудования, а оценить, какую его часть можно утилизировать при необходимой технологическому процессу температуре, давлении и в нужное время.

Газовая турбина производит значительный поток горячих выхлопных газов. Их можно направить в котел-утилизатор или, если это допускает технологический процесс, использовать для прямого нагрева или сушки. Турбина становится более привлекательным вариантом, если предприятию постоянно требуется такое тепло. Если производство часто останавливается или потребность в паре снижается при сохранении высокого спроса на электроэнергию, часть потенциальной выгоды от использования тепла может быть утрачена.

Газовые двигатели также позволяют утилизировать тепло, однако оно распределяется между выхлопными газами, контурами охлаждения двигателя и другими источниками. Тепло охлаждающей воды может использоваться для нагрева воды или низкотемпературных процессов, а тепло выхлопных газов — для высокотемпературной утилизации. Выработка полезного пара и его температура зависят от конструкции двигателя и системы утилизации тепла; общее количество утилизируемого тепла нельзя считать эквивалентом технологического пара высокого давления.

По возможности сравнивайте потребность в тепле почасово. Учитывайте тепловые потери, работу в обход системы утилизации, дожигание топлива, КПД существующих котлов и необходимость резервного пароснабжения. Высокий показатель суммарного КПД имеет практическое значение только в том случае, если утилизированное тепло замещает топливо, которое предприятие в противном случае использовало бы.

Предпочтительный вариант может зависеть от топливоснабжения

Для обеих технологий требуется топливо, соответствующее ограничениям поставщика оборудования, однако сами ограничения и требования к подготовке топлива различаются. Состав топлива, его теплота сгорания, давление, примеси и изменения этих параметров со временем могут влиять на сгорание, выбросы, техническое обслуживание и доступность оборудования.

Для газовой турбины давление поступающего газа при некоторых режимах работы может оказаться недостаточным, и тогда потребуется компримирование топливного газа. Это влечет за собой дополнительное потребление электроэнергии, капитальные затраты и расходы на техническое обслуживание, а также появление еще одного элемента оборудования, от надежности которого зависит доступность установки. Для газового двигателя могут действовать иные требования к давлению и качеству топлива, поэтому сравнивайте полную систему топливоподачи для каждого предложения.

Если на площадке используется биогаз или другое топливо с переменным составом, предоставьте репрезентативные анализы топлива, охватывающие нормальный режим работы и ожидаемые изменения. Перед надежной эксплуатацией любого из агрегатов может потребоваться удаление влаги, коррозионно-активных соединений и других примесей. Гибкость по виду топлива следует оценивать с учетом заданных ограничений конкретной предлагаемой установки, а не предполагать ее исходя из типа технологии.

Если требуется компримирование топлива, работу компрессорного блока необходимо согласовать с диапазоном давления, системами управления и графиком работы электростанции. SINO-QNP предлагает решения «под ключ» для агрегатовкомпрессоров наряду с более широким спектром турбомашинного оборудования. Конкретная конфигурация зависит от условий топливоснабжения и выбранного генерирующего оборудования.

Надежность зависит от конфигурации установки

Один генерирующий агрегат проще сконфигурировать, но его техническое обслуживание или внеплановая остановка могут привести к полной потере собственной генерации на площадке. Несколько двигателей могут позволить продолжить частичную выработку электроэнергии при недоступности одного агрегата. Резервирование возможно и при конфигурации с несколькими турбинами, однако ее целесообразность зависит от требуемой мощности и экономических факторов.

Прежде чем оценивать преимущества резервирования, определите требуемый режим работы. Предприятие, подключенное к надежной электросети, может иначе переносить остановку генератора, чем предприятие, которому необходимо самостоятельно поддерживать критически важные процессы. Параллельная работа с сетью сама по себе не обеспечивает электроснабжение при отключении сети: возможность работы в островном режиме, системы защиты и управления, а также подходящий источник пусковой мощности должны быть предусмотрены в проекте.

При планировании технического обслуживания учитывайте регламентные работы, капитальные ремонты, доступность запасных частей, время реагирования сервисной службы и стоимость простоев производства. Для двигателей обычно требуется более частое плановое обслуживание, тогда как для турбин предусмотрены собственные требования к проверкам и капитальному ремонту. Интервалы зависят от оборудования, топлива, количества пусков и условий эксплуатации, поэтому сравнивайте графики технического обслуживания поставщиков при одинаковой годовой нагрузке.

Оценивайте выбросы и монтаж как единую систему

Требования разрешительной документации и ограничения площадки могут влиять на выбор оборудования не меньше, чем его КПД. Сравнивайте выбросы оксидов азота, оксида углерода и других регулируемых веществ в тех режимах работы, которые фактически будут использоваться, включая пуск и работу при частичной нагрузке, если это применимо. Уточните, зависят ли заявленные значения от систем управления сгоранием или доочистки выхлопных газов, и учитывайте связанные с ними расходные материалы, потери давления, занимаемую площадь и обслуживание.

Ограничения по монтажу также различаются от проекта к проекту. Рассмотрите фильтрацию воздуха на впуске, прокладку выхлопных трактов, шумоподавление, вентиляцию, охлаждение, фундаменты, противопожарную защиту и доступ для демонтажа оборудования. Даже для компактного генераторного блока может потребоваться значительная инфраструктура вокруг него. В проектах с утилизацией тепла расположение потребителей пара и существующих котлов может существенно повлиять на стоимость трубопроводов и тепловые потери.

Сравнивайте варианты при одинаковых условиях эксплуатации

Перед запросом окончательных предложений подготовьте единый набор исходных данных: профили электрической и тепловой нагрузки, условия окружающей среды, характеристики и давление топлива, часы работы, подключение к электросети, ограничения по выбросам и требуемую доступность. Попросите каждого поставщика указать, что входит в предложение, и описать условия, на которых основаны его гарантии.

При сравнении затрат за жизненный цикл учитывайте чистый объем поставляемой электроэнергии, расход топлива, фактически используемое тепло, плановое техническое обслуживание, капитальный ремонт, вспомогательное оборудование и ожидаемые простои. Также учитывайте оставшуюся потребность в электроэнергии из сети или паре от котлов, если предлагаемая установка не может покрыть весь спрос.

Если на площадке существует стабильный спрос и на электроэнергию, и на высокотемпературное тепло, тщательно рассмотрите конфигурацию когенерационной установки на базе газовой турбины. Если спрос значительно колеблется, потребность в тепле невелика или особенно важно сохранять частичную мощность во время технического обслуживания, тщательно сравните ее с модульной электростанцией на газовых двигателях. Предпочтителен тот вариант, который удовлетворяет эксплуатационным требованиям площадки при минимальной обоснованной стоимости жизненного цикла, а не тот, чьи отдельные технические характеристики выглядят наиболее впечатляюще.