กังหันก๊าซ vs. เครื่องยนต์ก๊าซสำหรับการผลิตพลังงานในอุตสาหกรรม ณ สถานประกอบการ

กังหันก๊าซมักเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับโรงงานที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสม่ำเสมอ และต้องการความร้อนสำหรับกระบวนการผลิตที่มีอุณหภูมิสูงหรือไอน้ำอย่างต่อเนื่อง เครื่องยนต์ก๊าซแบบลูกสูบอาจเหมาะกว่าในกรณีที่ให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงของโหลด หรือกำลังการผลิตแบบโมดูลาร์ การตัดสินใจเลือกอย่างใดอย่างหนึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับพิกัดของอุปกรณ์เพียงอย่างเดียว แต่ต้องพิจารณาจากการทำงานของโรงงานทั้งระบบตลอดทั้งปี

เริ่มต้นด้วยการเปรียบเทียบปริมาณไฟฟ้าที่จ่ายได้และความร้อนที่นำไปใช้ได้ภายใต้สภาวะเดียวกันของสถานที่ติดตั้ง ไอเสียจากกังหันอาจมีประโยชน์ แต่ก็ต่อเมื่อกระบวนการผลิตสามารถนำไปใช้ได้ ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าที่น่าสนใจของเครื่องยนต์อาจสูญเสียข้อได้เปรียบบางส่วน หากโรงงานต้องการความร้อนอุณหภูมิสูงมากกว่าที่ระบบกู้คืนความร้อนจะจ่ายได้

เริ่มจากรูปแบบโหลด ไม่ใช่ความต้องการสูงสุด

ตัวเลขความต้องการสูงสุดเพียงค่าเดียวบอกอะไรได้น้อยมากเกี่ยวกับประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าตลอดอายุการใช้งาน จัดทำแผนผังโหลดไฟฟ้าของโรงงานในแต่ละกะ วันหยุดสุดสัปดาห์ ช่วงที่มีการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล และช่วงหยุดการผลิตตามแผน ระบุทั้งโหลดขั้นต่ำที่ต้องจ่ายอย่างต่อเนื่องและโหลดสูงสุด พร้อมแยกโหลดที่สำคัญออกจากอุปกรณ์ที่สามารถหยุดใช้งานชั่วคราวได้

โดยทั่วไป กังหันก๊าซเหมาะกับการเดินเครื่องต่อเนื่องเป็นเวลานานและมีความเสถียร ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าอาจลดลงเมื่อเดินเครื่องที่โหลดบางส่วน ดังนั้นเครื่องที่กำหนดขนาดไว้รองรับความต้องการสูงสุดในช่วงสั้น ๆ อาจต้องทำงานนอกช่วงที่เหมาะสมเป็นเวลาส่วนใหญ่ของปี อุณหภูมิแวดล้อมยังส่งผลต่อกำลังผลิตและประสิทธิภาพของกังหันด้วย โดยวันที่มีการผลิตสูงสุดและอากาศร้อนที่สุดอาจเป็นช่วงเดียวกับที่ต้องการความเย็นมากที่สุดและมีกำลังผลิตพร้อมใช้งานต่ำที่สุด

เครื่องยนต์ก๊าซอาจให้ความยืดหยุ่นที่เป็นประโยชน์เมื่อความต้องการเปลี่ยนแปลง โรงไฟฟ้าที่มีเครื่องยนต์หลายเครื่องสามารถสตาร์ตหรือหยุดเครื่องให้สอดคล้องกับความต้องการ โดยให้เครื่องที่เดินอยู่ทำงานใกล้ช่วงประสิทธิภาพสูงได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม ระบบแบบโมดูลาร์ต้องใช้อุปกรณ์ ระบบควบคุม การประสานงานด้านการบำรุงรักษา และพื้นที่เพิ่มเติม เปรียบเทียบระบบติดตั้งทั้งหมด แทนที่จะสันนิษฐานว่าเครื่องขนาดเล็กหลายเครื่องจะประหยัดกว่าเสมอ

สำหรับเทคโนโลยีทั้งสองประเภท ควรขอข้อมูลสมรรถนะจากผู้จำหน่ายตลอดช่วงโหลดที่คาดการณ์ไว้ รวมถึงโหลดต่ำสุดที่เดินเครื่องได้อย่างเสถียร ข้อกำหนดในการสตาร์ต อัตราการเพิ่มหรือลดโหลด และข้อจำกัดในการสตาร์ตบ่อยครั้ง ใช้สภาวะเฉพาะของสถานที่ติดตั้ง และรวมการใช้พลังงานของระบบประกอบในการเปรียบเทียบกำลังไฟฟ้าสุทธิที่จ่ายให้โรงงานได้

จับคู่การกู้คืนความร้อนให้ตรงกับกระบวนการผลิต

การผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วมกัน (Combined Heat and Power) อาจทำให้ผลการเปรียบเทียบกังหันก๊าซกับเครื่องยนต์ก๊าซเปลี่ยนไป คำถามสำคัญไม่ใช่เพียงว่าอุปกรณ์ปล่อยความร้อนออกมามากเพียงใด แต่คือสามารถกู้คืนความร้อนได้มากเท่าใด ที่อุณหภูมิและความดันเท่าใด และในเวลาที่กระบวนการผลิตต้องการหรือไม่

กังหันก๊าซปล่อยไอเสียร้อนในปริมาณมาก ซึ่งสามารถส่งไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำกู้คืนความร้อน หรือใช้เพื่อให้ความร้อนโดยตรงหรืออบแห้งได้ หากกระบวนการผลิตเอื้ออำนวย กังหันจะเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจยิ่งขึ้นเมื่อโรงงานมีความต้องการใช้ความร้อนดังกล่าวอย่างต่อเนื่อง หากการผลิตหยุดบ่อยครั้ง หรือความต้องการไอน้ำลดลงขณะที่ความต้องการไฟฟ้ายังคงสูง ประโยชน์ด้านความร้อนที่อาจได้รับบางส่วนก็อาจหายไป

เครื่องยนต์ก๊าซรองรับการกู้คืนความร้อนได้เช่นกัน แต่ความร้อนจะกระจายอยู่ในไอเสีย วงจรระบายความร้อนของเครื่องยนต์ และแหล่งอื่น ๆ ความร้อนจากน้ำหล่อเย็นอาจใช้กับน้ำร้อนหรืองานที่ต้องการอุณหภูมิต่ำกว่า ส่วนความร้อนจากไอเสียสามารถนำไปใช้กู้คืนความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่าได้ ปริมาณและอุณหภูมิไอน้ำที่นำไปใช้ได้ขึ้นอยู่กับการออกแบบเครื่องยนต์และระบบกู้คืนความร้อน จึงไม่ควรถือว่าความร้อนที่กู้คืนได้ทั้งหมดสามารถใช้แทนไอน้ำกระบวนการแรงดันสูงได้

หากทำได้ ให้เปรียบเทียบความต้องการความร้อนเป็นรายชั่วโมง โดยคำนึงถึงการสูญเสียความร้อน การทำงานในโหมดบายพาส การเผาไหม้เสริม ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำที่มีอยู่ และความต้องการไอน้ำสำรอง ตัวเลขประสิทธิภาพรวมที่สูงจะมีความหมายก็ต่อเมื่อความร้อนที่กู้คืนมาใช้ทดแทนเชื้อเพลิงที่โรงงานต้องใช้ในกรณีอื่นได้จริง

การจัดหาเชื้อเพลิงอาจเปลี่ยนตัวเลือกที่เหมาะสมกว่า

เทคโนโลยีทั้งสองต้องใช้เชื้อเพลิงที่อยู่ในขอบเขตข้อกำหนดของผู้จำหน่ายอุปกรณ์ แต่ข้อจำกัดและข้อกำหนดด้านการปรับสภาพเชื้อเพลิงที่เกี่ยวข้องนั้นแตกต่างกัน องค์ประกอบเชื้อเพลิง ค่าความร้อน ความดัน สารปนเปื้อน และความแปรผันตามเวลา อาจส่งผลต่อการเผาไหม้ การปล่อยมลพิษ การบำรุงรักษา และความพร้อมใช้งาน

สำหรับกังหัน ความดันก๊าซขาเข้าอาจไม่เพียงพอในบางสภาวะการเดินเครื่อง ทำให้จำเป็นต้องใช้เครื่องอัดก๊าซเชื้อเพลิง ซึ่งเพิ่มการใช้ไฟฟ้า ต้นทุนเงินลงทุน ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา และเพิ่มอุปกรณ์อีกชิ้นที่ความพร้อมใช้งานมีความสำคัญ การติดตั้งเครื่องยนต์อาจมีข้อกำหนดด้านความดันและคุณภาพเชื้อเพลิงที่แตกต่างกัน ดังนั้นควรเปรียบเทียบระบบจ่ายเชื้อเพลิงทั้งหมดของแต่ละข้อเสนอ

หากโรงงานใช้ก๊าซชีวภาพหรือเชื้อเพลิงอื่นที่มีองค์ประกอบแปรผัน ควรจัดส่งผลวิเคราะห์เชื้อเพลิงที่เป็นตัวแทนของการทำงานปกติและการเปลี่ยนแปลงที่คาดการณ์ได้ อาจจำเป็นต้องกำจัดความชื้น สารกัดกร่อน หรือสารปนเปื้อนอื่น ๆ ก่อนที่เครื่องจักรประเภทใดประเภทหนึ่งจะทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ ควรประเมินความยืดหยุ่นในการใช้เชื้อเพลิงเทียบกับขีดจำกัดที่ระบุไว้สำหรับเครื่องที่เสนอ ไม่ใช่คาดเดาจากประเภทของเทคโนโลยี

หากจำเป็นต้องอัดเชื้อเพลิง ระบบต้องได้รับการประสานให้สอดคล้องกับช่วงความดัน ระบบควบคุม และตารางการเดินเครื่องของโรงไฟฟ้า SINO-QNP นำเสนอโซลูชันแบบครบวงจรสำหรับหน่วยคอมเพรสเซอร์ควบคู่ไปกับธุรกิจเทอร์โบแมชชีนเนอรีที่ครอบคลุมมากขึ้นของบริษัท รูปแบบที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับระบบจ่ายเชื้อเพลิงและอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าที่เลือกใช้

ความเชื่อถือได้ขึ้นอยู่กับการจัดวางระบบทั้งโรงงาน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องเดียวมีการจัดระบบที่เรียบง่าย แต่การบำรุงรักษาหรือการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนอาจทำให้กำลังการผลิตไฟฟ้าภายในโรงงานทั้งหมดหายไป เครื่องยนต์หลายเครื่องอาจช่วยให้ยังผลิตไฟฟ้าได้บางส่วนเมื่อเครื่องใดเครื่องหนึ่งไม่พร้อมใช้งาน การติดตั้งกังหันหลายเครื่องก็ช่วยให้มีเครื่องสำรองได้เช่นกัน แต่ความเหมาะสมขึ้นอยู่กับกำลังการผลิตที่ต้องการและความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ

กำหนดรูปแบบการเดินเครื่องที่ต้องการก่อนประเมินมูลค่าของระบบสำรอง โรงงานที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าที่เชื่อถือได้อาจรับมือกับการหยุดทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ต่างจากโรงงานที่ต้องรักษากระบวนการผลิตสำคัญให้ดำเนินต่อไปได้โดยอิสระ การเดินระบบขนานกับโครงข่ายไม่ได้ทำให้มีไฟฟ้าใช้โดยอัตโนมัติเมื่อโครงข่ายไฟฟ้าขัดข้อง ความสามารถในการแยกตัวทำงาน ระบบป้องกัน ระบบควบคุม และแหล่งจ่ายไฟสำหรับสตาร์ตที่เหมาะสมต้องได้รับการออกแบบไว้ในระบบ

การวางแผนบำรุงรักษาควรครอบคลุมการบริการตามกำหนด การยกเครื่องครั้งใหญ่ การเข้าถึงอะไหล่ ระยะเวลาตอบสนองของบริการ และต้นทุนการผลิตจากการหยุดทำงาน โดยทั่วไปเครื่องยนต์มีงานบำรุงรักษาตามปกติที่ต้องทำบ่อยกว่า ส่วนกังหันก็มีข้อกำหนดด้านการตรวจสอบและการยกเครื่องของตนเอง รอบการบำรุงรักษาขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ เชื้อเพลิง จำนวนครั้งในการสตาร์ต และสภาวะการเดินเครื่อง ดังนั้นควรเปรียบเทียบตารางการบำรุงรักษาของผู้จำหน่ายโดยอ้างอิงภาระการใช้งานรายปีเดียวกัน

ประเมินการปล่อยมลพิษและการติดตั้งในฐานะระบบครบวงจร

ข้อกำหนดด้านใบอนุญาตและข้อจำกัดของสถานที่อาจส่งผลต่อการเลือกอุปกรณ์ได้ไม่ต่างจากประสิทธิภาพ เปรียบเทียบไนโตรเจนออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ และการปล่อยมลพิษอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง ณ จุดการทำงานที่โรงงานจะใช้จริง รวมถึงช่วงเริ่มเดินเครื่องและโหลดบางส่วนหากเกี่ยวข้อง สอบถามว่าค่าที่เสนอขึ้นอยู่กับระบบควบคุมการเผาไหม้หรือระบบบำบัดไอเสียหรือไม่ และรวมวัสดุสิ้นเปลือง การสูญเสียความดัน พื้นที่ และการบำรุงรักษาที่เกี่ยวข้องไว้ด้วย

ข้อจำกัดด้านการติดตั้งก็แตกต่างกันไปในแต่ละโครงการ ตรวจสอบระบบกรองอากาศขาเข้า การเดินท่อไอเสีย การควบคุมเสียง การระบายอากาศ ระบบระบายความร้อน ฐานราก ระบบป้องกันอัคคีภัย และพื้นที่สำหรับนำอุปกรณ์ออก แม้ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะมีขนาดกะทัดรัด ก็อาจยังต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานโดยรอบจำนวนมาก สำหรับโครงการกู้คืนความร้อน ตำแหน่งของจุดใช้ไอน้ำและหม้อไอน้ำที่มีอยู่เดิมอาจส่งผลอย่างมากต่อต้นทุนท่อและการสูญเสียความร้อน

เปรียบเทียบภายใต้พื้นฐานการเดินเครื่องเดียวกัน

ก่อนขอข้อเสนอฉบับสุดท้าย ให้จัดเตรียมสมมติฐานชุดเดียวกัน ได้แก่ รูปแบบโหลดไฟฟ้าและความร้อน สภาวะอุณหภูมิแวดล้อม คุณลักษณะและความดันของเชื้อเพลิง ชั่วโมงการเดินเครื่อง การเชื่อมต่อกับโครงข่าย ข้อจำกัดด้านการปล่อยมลพิษ และความพร้อมใช้งานที่ต้องการ ขอให้ผู้จำหน่ายแต่ละรายระบุขอบเขตงานที่รวมอยู่ในข้อเสนอและชี้แจงเงื่อนไขที่ใช้ประกอบการรับประกัน

จัดทำการเปรียบเทียบตลอดอายุการใช้งานโดยพิจารณาจากไฟฟ้าสุทธิที่จ่ายได้ ปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้ ความร้อนที่นำไปใช้จริง การบำรุงรักษาตามปกติ การบริการครั้งใหญ่ อุปกรณ์ประกอบ และเวลาหยุดทำงานที่คาดการณ์ไว้ รวมถึงความต้องการไฟฟ้าจากโครงข่ายหรือหม้อไอน้ำที่ยังเหลืออยู่เมื่อเครื่องที่เสนอไม่สามารถรองรับความต้องการทั้งหมดได้

หากโรงงานมีความต้องการใช้ทั้งไฟฟ้าและความร้อนอุณหภูมิสูงอย่างสม่ำเสมอ ควรพิจารณาระบบผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วมที่ใช้กังหันอย่างจริงจัง หากความต้องการแปรผันมาก ความต้องการความร้อนมีจำกัด หรือการมีกำลังการผลิตบางส่วนระหว่างบำรุงรักษามีมูลค่าสูง ควรเปรียบเทียบโรงไฟฟ้าเครื่องยนต์แบบโมดูลาร์อย่างละเอียด ตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดคือระบบที่ตอบสนองความต้องการในการเดินเครื่องของโรงงานได้ด้วยต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่สมเหตุสมผลที่สุด ไม่ใช่ระบบที่มีข้อมูลจำเพาะเดี่ยวโดดเด่นที่สุด