Elektrárny na alternativní paliva v Rusku

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

V posledních letech se autonomní elektrárny s plynovými pístovými motory stávají stále populárnějšími v Rusku i v zahraničí. Tyto jednotky se snadno udržují a spotřebují méně paliva než tradiční dieselové jednotky. Kromě toho je na bázi plynového pístového motoru možné sestavit kombinovanou stanici, která současně vyrábí teplo a elektřinu.

O tom, jak se plynová pístová jednotka liší od benzínového nebo naftového motoru a zda ji lze namontovat na běžné auto, jsme si povídali s vývojáři z Transmashholdingu, generálního partnera festivalu Polytech 360. Na naše otázky odpovídali Alexander Terekhin, vedoucí oddělení vývoje dieselových motorů v Transmashholding as, a Igor Ovchinnikov, projektový manažer vývoje dieselových motorů v Transmashholding as.

Plynové pístové motory jsou v podstatě konvenční spalovací motory, které k provozu využívají plyn. První takové instalace se objevily na konci 19. století a využívaly se především v továrnách k pohonu různých výrobních zařízení. Později je nahradily především elektromotory. V dopravě se také příliš nepoužívají. Ale v posledních letech začala obliba plynových pístových motorů růst. Důvodů je více, ale tím hlavním je růst cen kapalných uhlovodíkových paliv (benzín, nafta). Plynové pístové motory se dnes používají v elektrocentrálách, generátorech tepla, čerpadlech, kompresorech a chladicích jednotkách.

N + 1: Ve kterých závodech se používají plynové pístové motory a proč?

Plynové pístové motory se používají v elektrárnách téměř všech aplikací: stacionární motorgenerátory a elektrárny, lokomotivní, automobilové, dopravní a technologické (pro traktory, zařízení lomů) a další.

Zásoby zemního plynu u nás i ve světě výrazně převyšují zásoby kapalných uhlovodíkových paliv všech typů. Cena plynového paliva je přirozeně výrazně nižší než cena kapalného uhlovodíkového paliva. U nás bude moci tento druh paliva používat mnoho generací.

Na čem takové motory fungují?

Používají dva druhy plynového paliva. Za prvé je to zemní plyn (obsahuje většinu metanu), který spalujeme zejména v našich kuchyních. A za druhé ropný plyn získaný z rafinace ropy (obsahuje většinu propanu a butanu). Právě posledně jmenovaný ve zkapalněném stavu se většinou používá jako motorové palivo pro automobily nebo v lahvích pro plynové chaty.

Většina průmyslových, nákladních a autobusových motorů používá přírodní stlačený nebo zkapalněný plyn. V poslední době se objevují návrhy na přestavbu osobních automobilů na zemní plyn.

Jak se takový motor liší od spalovacího motoru?

Plynový pístový motor je stejný spalovací motor, ale s některými konstrukčními prvky souvisejícími s použitím jiného typu paliva.

Nejprve je třeba na finální výrobek (vůz, dieselová lokomotiva atd.) namontovat zásobník plynu a plynové zařízení pro změnu parametrů plynu (tlak, teplota) a jeho dodávku do motoru.

Změny v samotném motoru lze rozdělit do dvou částí. Ty, které patří k prvnímu z nich, jsou konstruktivního charakteru a týkají se změn kompresního poměru, konstrukce dílů skupiny válec-píst, nastavení přívodu vzduchu a turbodmychadla a dalších prvků. Ty jsou spojeny s vybavením motoru se zařízeními pro přívod plynu do sacího potrubí nebo spalovací komory.

Je možné nasadit plynový pístový motor na běžné auto?

Umět. Mnozí nasazují a jezdí s úspěchem. Taková řešení se používají v automobilech, traktorech, lokomotivách, malých komerčních lodích s nosností a dalších vozidlech.

Transmashholding a plynové motory

V roce 2013 byla v závodě Transmashholding v Brjansku vyrobena posunovací dieselová lokomotiva TEM19. Jde o první dieselovou lokomotivu na světě, jejíž pístový motor běží na zemní plyn, jehož autonomní zásoba je uložena v kapalné formě v kryogenním kontejneru.

V současné době TMH zahájila projekt vytvoření nové posunovací dieselové lokomotivy TEM29 se zvýšeným výkonem. Jeho konstrukce bude založena na principu modularity hlavního zařízení. Je zaměřena na snížení nákladů na prostředky spojené s prováděním údržby a oprav za provozu díky použití agregovaných oprav.

TMH ve svém podniku v Kolomně realizuje řadu projektů využívajících alternativní paliva, zvládá výrobu zásadně nového typu produktu - plynových motorů určených k výrobě elektřiny a tepla v elektrárnách pro základní, záložní i nouzové účely.

V současné době je v závodě Kolomna ve výstavbě plynový motor-generátor 9GMG pro posunovací dieselovou lokomotivu TEM29.

Motory vytvořené v závodě TMH Kolomna budou jako hlavní palivo využívat motorovou naftu, přírodní palivo nebo související ropný plyn a také ropu ve výkonovém rozsahu od 1000 do 3500 kilowattů.

TMH také hodlá vyvíjet plynové modifikace nových vznětových motorů vytvořených během realizace podprogramu vývoje vznětových motorů federálního cílového programu „Národní technologická základna“.

Proč se tyto motory nepoužívají univerzálně?

Historicky se stalo, že různé druhy kapalných uhlovodíkových paliv se používají hlavně jako motorová paliva. Byla pro ně vytvořena široká infrastruktura. V souladu s tím je pro rozšíření využití plynu nutné rozšířit infrastrukturu spojenou s jeho dodávkou do místa tankování a v konečném důsledku i do místa spalování. To se nyní aktivně sleduje.

V současnosti je nejperspektivnější pro provoz lokomotiv na palivo plynové motory neelektrifikovaný severní dojezd Sverdlovské dráhy. Tento region má všechny potřebné podmínky: plochý profil, velké objemy nákladu, dostupnost levného zemního plynu i výrobní zařízení, na jejichž základě lze zahájit výrobu zkapalněného zemního plynu.

Obecně platí, že využití plynu jako motorového paliva ve všech druzích dopravy a vytvoření vnitrostátní přepravy plynu a stacionárních zařízení má dnes velký význam pro obnovu vozového parku, který musí splňovat mezinárodní normy bezpečnosti, ochrany životního prostředí a spolehlivosti.

Proč se často používají v malých elektrárnách?

Je to ziskové a ekonomické. Spotřeba paliva a provozní náklady jsou pro majitele elektrárny důležitými otázkami. Jednotka s plynovým pístem má specifickou spotřebu paliva na kilowatt za hodinu vyrobenou v jakémkoli režimu zatížení menší než u jednotky s plynovou turbínou. Je to dáno tím, že účinnost pístových strojů je 36-45 procent, zatímco u turbín jen 25-34 procent.

Hlavní výhodou plynových pístových motorů oproti dieselovým motorům je levnější palivo. I když se jako rezervní palivo používá plynná směs propan-butan, náklady na jednotku elektrické energie vyrobené na zařízení s plynovými písty jsou 1, 3krát nižší než na zařízení na naftu.

Provoz a údržba jednotky s plynovým pístem, na rozdíl od jednotky s plynovou turbínou, nevyžaduje vysoce kvalifikovaný technický personál. Běžnou údržbu, střední a generální opravy plynového pístového motoru lze provádět na místě provozu bez přemístění jednotky na místo výrobce nebo specializovaného podniku.

Co je důvodem rostoucí obliby plynových pístových jednotek v posledních letech, přestože samotná technologie existuje již dlouhou dobu?

Analýza spotřebitelského trhu s elektrickou a tepelnou energií odhalila, že asi 30 procent spotřebitelů nepotřebuje desítky a stovky megawattů energie, a tedy povinné centralizované napájení, jehož celkové ztráty při přepravě sítí ke spotřebiteli jsou až o 25-30 procent.

Uživatelé navíc nejsou spokojeni s vysokými náklady na připojení k centralizovaným sítím a obecně vedla liberalizace energetického trhu v Rusku ke krizi provozu velkých centralizovaných systémů zásobování energií.

Technologie plynových pístů se dobře hodí pro malosériovou výrobu elektřiny, velmi efektivně implementují koncept "ekonomické" výroby elektřiny s minimálními ztrátami vyrobeného tepla a elektřiny. Lokální autonomní decentrální zdroje kombinované výroby elektřiny a tepla na bázi plynových pístových zařízení mají vysokou účinnost, jsou zcela nezávislé na regionálních energetických sítích a v důsledku růstu tarifů jsou spolehlivé, nevyžadují náklady na výstavbu zásobování a distribuční sítě.

Plynové pístové motory lze sériově kombinovat. Jaký je přínos takové konsolidace ve srovnání s odděleným používáním zařízení?

Do „baterií“se dají kombinovat nejen plynopístové motory, ale i naftové. Vše závisí na vlastnostech a požadavcích stacionární elektrárny. Zejména velmi často lze jednotlivé moduly dopravit na místo instalace a provozu pouze vrtulníkem. Existují ale speciální elektrárny, jejichž hlavním požadavkem je maximální možný výkon v jednom bloku.