Tuabin khí hay động cơ khí cho nguồn điện công nghiệp tại chỗ

Tua-bin khí thường là lựa chọn phù hợp cho cơ sở có nhu cầu điện ổn định và cần liên tục nhiệt quy trình hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao. Động cơ khí kiểu piston có thể phù hợp hơn khi hiệu suất điện, tải biến động hoặc công suất theo mô-đun là những yếu tố quan trọng hơn. Không thể chỉ dựa vào công suất định mức của thiết bị để quyết định: lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào cách toàn bộ nhà máy vận hành trong suốt cả năm.

Hãy bắt đầu bằng việc so sánh lượng điện cung cấp và nhiệt hữu ích trong cùng điều kiện tại địa điểm lắp đặt. Khí thải của tua-bin có thể có giá trị, nhưng chỉ khi quy trình sản xuất có thể sử dụng nhiệt này. Hiệu suất điện hấp dẫn của động cơ có thể giảm bớt lợi thế nếu cơ sở cần nhiều nhiệt độ cao hơn mức hệ thống thu hồi nhiệt của động cơ có thể cung cấp.

Bắt đầu từ biểu đồ phụ tải, không phải nhu cầu đỉnh

Một con số nhu cầu đỉnh đơn lẻ không cho biết nhiều về hiệu suất của nhà máy điện trong suốt thời gian vận hành. Hãy lập biểu đồ phụ tải điện của cơ sở theo ca làm việc, cuối tuần, biến động theo mùa và các đợt ngừng hoạt động theo kế hoạch. Xác định cả mức tải tối thiểu duy trì liên tục lẫn mức tối đa, đồng thời phân biệt tải trọng yếu với thiết bị có thể ngừng hoạt động.

Tua-bin khí nhìn chung phù hợp với thời gian vận hành ổn định kéo dài. Hiệu suất điện của chúng có thể giảm khi chạy ở tải một phần, vì vậy một tổ máy được định cỡ cho mức đỉnh chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn có thể hoạt động phần lớn thời gian trong năm ngoài dải vận hành tối ưu. Nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng đến công suất và hiệu suất của tua-bin; những ngày sản xuất nóng nhất có thể trùng với thời điểm nhu cầu làm mát cao nhất và công suất khả dụng thấp nhất.

Động cơ khí có thể mang lại tính linh hoạt hữu ích khi nhu cầu biến động. Nhà máy có nhiều động cơ có thể khởi động hoặc dừng từng tổ máy để đáp ứng nhu cầu, đồng thời duy trì các tổ máy đang chạy gần hơn với dải hiệu suất cao. Tính mô-đun này đi kèm với thiết bị, hệ thống điều khiển, công tác phối hợp bảo trì và có thể cả diện tích lắp đặt bổ sung. Hãy so sánh toàn bộ hệ thống lắp đặt thay vì mặc định rằng nhiều tổ máy nhỏ hơn luôn kinh tế hơn.

Với cả hai công nghệ, hãy yêu cầu nhà cung cấp cung cấp thông số hiệu suất trên toàn dải tải dự kiến, bao gồm tải ổn định tối thiểu, yêu cầu khởi động, tốc độ tăng tải và các hạn chế về việc khởi động thường xuyên. Sử dụng điều kiện cụ thể tại địa điểm lắp đặt và tính cả mức tiêu thụ của thiết bị phụ trợ khi so sánh công suất điện thuần có thể cung cấp cho cơ sở.

Đối chiếu thu hồi nhiệt với nhu cầu của quy trình

Hệ thống đồng phát nhiệt điện có thể làm thay đổi kết quả so sánh giữa tua-bin khí và động cơ khí. Câu hỏi hữu ích không chỉ là thiết bị thải ra bao nhiêu nhiệt, mà còn là bao nhiêu nhiệt có thể được thu hồi ở mức nhiệt độ, áp suất và thời điểm mà quy trình cần.

Tua-bin khí tạo ra dòng khí thải nóng với lưu lượng lớn. Dòng khí này có thể được dẫn đến lò hơi thu hồi nhiệt hoặc, nếu quy trình cho phép, dùng để gia nhiệt trực tiếp hoặc sấy. Tua-bin trở nên phù hợp hơn khi nhà máy có nhu cầu sử dụng nhiệt đó ổn định. Nếu hoạt động sản xuất thường xuyên dừng hoặc nhu cầu hơi nước giảm trong khi nhu cầu điện vẫn cao, một phần lợi ích nhiệt tiềm năng có thể không đạt được.

Động cơ khí cũng hỗ trợ thu hồi nhiệt, nhưng nhiệt được phân bổ giữa khí thải, các mạch làm mát động cơ và những nguồn khác. Nhiệt từ nước làm mát có thể hữu ích cho nước nóng hoặc các ứng dụng nhiệt độ thấp hơn, trong khi nhiệt khí thải có thể hỗ trợ thu hồi nhiệt ở nhiệt độ cao hơn. Lượng hơi nước hữu ích và nhiệt độ phụ thuộc vào thiết kế động cơ và hệ thống thu hồi; không nên xem tổng lượng nhiệt có thể thu hồi là tương đương với hơi quy trình áp suất cao.

Nếu có thể, hãy so sánh nhu cầu nhiệt theo từng giờ. Tính đến tổn thất nhiệt, chế độ vận hành đường bypass, đốt bổ sung, hiệu suất lò hơi hiện có và nhu cầu hơi dự phòng. Con số hiệu suất tổng hợp cao chỉ có ý nghĩa khi nhiệt thu hồi thay thế nhiên liệu mà cơ sở nếu không sẽ phải sử dụng.

Nguồn cung nhiên liệu có thể làm thay đổi lựa chọn phù hợp

Cả hai công nghệ đều cần nhiên liệu nằm trong giới hạn của nhà cung cấp thiết bị, nhưng các giới hạn và yêu cầu xử lý nhiên liệu tương ứng khác nhau. Thành phần nhiên liệu, nhiệt trị, áp suất, tạp chất và mức độ biến động theo thời gian có thể ảnh hưởng đến quá trình đốt, khí thải, bảo trì và khả năng sẵn sàng vận hành.

Đối với tua-bin, áp suất khí đầu vào có thể không đủ trong một số điều kiện vận hành, khiến việc nén khí nhiên liệu trở nên cần thiết. Điều này làm tăng mức tiêu thụ điện, chi phí đầu tư, chi phí bảo trì và bổ sung một thiết bị khác mà khả năng sẵn sàng vận hành cũng rất quan trọng. Hệ thống động cơ có thể có các yêu cầu khác về áp suất và chất lượng nhiên liệu, vì vậy hãy so sánh toàn bộ hệ thống cấp nhiên liệu của từng phương án.

Nếu cơ sở sử dụng khí sinh học hoặc nhiên liệu có thành phần biến động khác, hãy cung cấp các kết quả phân tích nhiên liệu đại diện cho điều kiện vận hành bình thường và những thay đổi có thể dự đoán. Có thể cần xử lý độ ẩm, hợp chất ăn mòn hoặc các tạp chất khác trước khi một trong hai loại máy có thể vận hành tin cậy. Cần đánh giá khả năng sử dụng nhiều loại nhiên liệu dựa trên các giới hạn được quy định cho tổ máy đề xuất, thay vì mặc định điều đó dựa trên phân loại công nghệ.

Khi cần nén nhiên liệu, cụm thiết bị phải được phối hợp với dải áp suất, hệ thống điều khiển và lịch vận hành của nhà máy điện. SINO-QNP cung cấp các giải pháp trọn gói cho các tổ máy Máy nén bên cạnh hoạt động kinh doanh thiết bị tua-bin rộng hơn. Cấu hình phù hợp phụ thuộc vào nguồn cung nhiên liệu và thiết bị phát điện được lựa chọn.

Độ tin cậy phụ thuộc vào cấu hình nhà máy

Một tổ máy phát điện đơn lẻ có cấu hình đơn giản, nhưng việc bảo trì hoặc sự cố ngừng hoạt động ngoài kế hoạch có thể làm mất toàn bộ công suất phát điện tại chỗ. Nhiều động cơ có thể cho phép tiếp tục phát điện một phần khi một tổ máy không khả dụng. Cấu hình nhiều tua-bin cũng có thể tạo ra dự phòng, dù tính phù hợp còn phụ thuộc vào công suất yêu cầu và hiệu quả kinh tế.

Hãy xác định chế độ vận hành cần thiết trước khi đánh giá giá trị của dự phòng. Một cơ sở kết nối với lưới điện có độ tin cậy cao có thể chịu được sự cố máy phát theo cách khác với cơ sở phải duy trì độc lập các quy trình trọng yếu. Vận hành song song với lưới không tự động đảm bảo có điện khi lưới bị sự cố: khả năng vận hành độc lập, hệ thống bảo vệ, điều khiển và nguồn điện khởi động phù hợp phải được thiết kế tích hợp vào hệ thống.

Kế hoạch bảo trì cần bao gồm bảo dưỡng định kỳ, đại tu lớn, khả năng tiếp cận phụ tùng, thời gian đáp ứng dịch vụ và chi phí sản xuất do thời gian ngừng máy. Động cơ thường có các công việc bảo trì định kỳ thường xuyên hơn, trong khi tua-bin cũng có yêu cầu kiểm tra và đại tu riêng. Chu kỳ bảo trì phụ thuộc vào thiết bị, nhiên liệu, số lần khởi động và điều kiện vận hành, vì vậy hãy so sánh lịch bảo trì của nhà cung cấp trên cùng cơ sở vận hành hằng năm.

Đánh giá khí thải và việc lắp đặt như những hệ thống hoàn chỉnh

Yêu cầu cấp phép và giới hạn tại địa điểm có thể ảnh hưởng đến lựa chọn thiết bị không kém gì hiệu suất. Hãy so sánh lượng phát thải oxit nitơ, carbon monoxide và các chất khác theo quy định tại những điểm vận hành mà nhà máy thực sự sử dụng, bao gồm cả quá trình khởi động và chạy ở tải một phần khi có liên quan. Hãy hỏi liệu các giá trị được báo giá có phụ thuộc vào hệ thống điều khiển quá trình đốt hoặc xử lý khí thải hay không, đồng thời tính đến vật tư tiêu hao, tổn thất áp suất, diện tích lắp đặt và công tác bảo trì liên quan.

Các hạn chế khi lắp đặt cũng khác nhau giữa các dự án. Hãy xem xét hệ thống lọc khí đầu vào, đường dẫn khí thải, kiểm soát tiếng ồn, thông gió, làm mát, móng, phòng cháy chữa cháy và khả năng tiếp cận để tháo dỡ thiết bị. Ngay cả một cụm máy phát nhỏ gọn vẫn có thể cần cơ sở hạ tầng xung quanh đáng kể. Với các dự án thu hồi nhiệt, vị trí của nơi sử dụng hơi nước và các lò hơi hiện có có thể ảnh hưởng đáng kể đến chi phí đường ống và tổn thất nhiệt.

So sánh trên cùng một cơ sở vận hành

Trước khi yêu cầu báo giá chính thức, hãy chuẩn bị một bộ giả định thống nhất: biểu đồ phụ tải điện và nhiệt, điều kiện môi trường, đặc tính và áp suất nhiên liệu, số giờ vận hành, kết nối lưới, giới hạn khí thải và mức độ sẵn sàng vận hành yêu cầu. Yêu cầu từng nhà cung cấp nêu rõ những hạng mục được bao gồm và các điều kiện áp dụng cho những cam kết bảo đảm.

Hãy xây dựng phép so sánh chi phí vòng đời dựa trên lượng điện thuần cung cấp, lượng nhiên liệu tiêu thụ, lượng nhiệt thực sự được sử dụng, bảo trì định kỳ, bảo dưỡng lớn, thiết bị phụ trợ và thời gian ngừng máy dự kiến. Tính cả nhu cầu còn lại về điện lưới hoặc lò hơi khi tổ máy đề xuất không thể đáp ứng toàn bộ nhu cầu.

Nếu cơ sở có nhu cầu ổn định đối với cả điện và nhiệt độ cao, hãy nghiêm túc xem xét cấu hình đồng phát nhiệt điện sử dụng tua-bin. Nếu nhu cầu biến động đáng kể, nhu cầu nhiệt hạn chế hoặc công suất một phần trong thời gian bảo trì có giá trị cao, hãy so sánh kỹ phương án nhà máy động cơ dạng mô-đun. Phương án phù hợp là phương án đáp ứng yêu cầu vận hành của cơ sở với chi phí vòng đời hợp lý nhất, chứ không phải phương án có thông số kỹ thuật riêng lẻ ấn tượng nhất.