Centrals elèctriques de combustibles alternatius a Rússia

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Durant els últims anys, les centrals elèctriques autònomes amb motors de pistó de gas s'han tornat cada cop més populars a Rússia ia l'estranger. Aquestes unitats són fàcils de mantenir i consumeixen menys combustible que les unitats dièsel tradicionals. A més, a partir d'un motor de pistó de gas, és possible muntar una estació combinada que genera calor i electricitat simultàniament.

Hem parlat amb els desenvolupadors de Transmashholding, el soci general del festival Polytech 360, sobre com es diferencia una unitat de pistó de gas d'un motor de gasolina o dièsel i si es pot instal·lar en un cotxe normal. Les nostres preguntes van ser contestades per Alexander Terekhin, cap del departament de desenvolupament de motors dièsel de Transmashholding JSC, i Igor Ovchinnikov, director de projecte per al desenvolupament d'enginyeria dièsel de Transmashholding JSC.

En essència, els motors de pistó de gas són motors de combustió interna convencionals que utilitzen gas per funcionar. Les primeres instal·lacions d'aquest tipus van aparèixer a finals del segle XIX i s'utilitzaven principalment a les fàbriques per conduir diversos equips de producció. Més tard, van ser substituïts principalment per motors elèctrics. Tampoc s'utilitzen molt en el transport. Però en els últims anys, la popularitat dels motors de pistons de gas ha començat a créixer. Hi ha diverses raons per això, però la principal és l'augment dels preus dels combustibles d'hidrocarburs líquids (gasolina, gasoil). Avui dia, els motors de pistó de gas s'utilitzen en generadors d'energia, generadors de calor, bombes, compressors i unitats de refrigeració.

N + 1: En quines plantes s'utilitzen motors de pistó de gas i per què?

Els motors de pistó de gas s'utilitzen en centrals elèctriques de gairebé totes les aplicacions: motors-generadors estacionaris i centrals elèctriques, locomotores, automòbils, transports i tecnològics (per a tractors, equips de pedrera) i altres.

Les reserves de gas natural al nostre país i al món superen notablement les reserves de combustibles d'hidrocarburs líquids de tot tipus. Naturalment, el cost del combustible de gas és significativament inferior al del combustible d'hidrocarburs líquids. Al nostre país, moltes generacions podran utilitzar aquest tipus de combustible.

En què funcionen aquests motors?

Utilitzen dos tipus de combustible de gas. En primer lloc, és el gas natural (conté la major part del metà), que cremem, sobretot, a les nostres cuines. I, en segon lloc, el gas de petroli obtingut de la refinació del petroli (conté la major part del propà i del butà). És aquest últim en estat liquat que s'utilitza principalment com a combustible de motor per a cotxes o en cilindres per a cases d'estiueig de gas.

La majoria dels motors industrials, de camions i autobusos utilitzen gas natural comprimit o liquat. Darrerament s'han plantejat propostes per a la conversió dels turismes a gas natural.

En què es diferencia un motor d'aquest tipus d'un motor de combustió interna?

Un motor de pistó de gas és el mateix motor de combustió interna, però amb algunes característiques de disseny relacionades amb l'ús d'un tipus de combustible diferent.

En primer lloc, cal muntar un sistema d'emmagatzematge de gas i un equipament de gas al producte final (cotxe, locomotora dièsel, etc.) per modificar els paràmetres del gas (pressió, temperatura) i subministrar-lo al motor.

Els canvis en el propi motor es poden dividir en dues parts. Els que pertanyen al primer d'ells són de caràcter constructiu i es relacionen amb els canvis en la relació de compressió, el disseny de peces del grup cilindre-pistó, la configuració del subministrament d'aire i del turbocompressor i altres elements. Aquests últims estan connectats amb l'equip del motor amb dispositius per subministrar gas al col·lector d'admissió o cambra de combustió.

És possible posar un motor de pistó de gas en un cotxe normal?

Llauna. Molts es posen i passen amb èxit. Aquestes solucions s'utilitzen en automòbils, tractors, locomotores, petits vaixells comercials amb pes mort i altres vehicles.

Transmashholding i motors de gas

El 2013, es va produir una locomotora dièsel de maniobra TEM19 a la planta de Transmashholding a Bryansk. Es tracta de la primera locomotora dièsel del món el motor de pistons de la qual funciona amb gas natural, el subministrament autònom del qual s'emmagatzema en forma líquida en un contenidor criogènic.

Actualment, TMH ha iniciat un projecte per crear una nova locomotora dièsel de maniobra de gas TEM29 d'augment de potència. El seu disseny es basarà en el principi de modularitat de l'equip principal. Té com a objectiu reduir el cost dels recursos implicats en la realització de manteniment i reparacions durant l'explotació per l'ús de reparacions agregades.

A la seva empresa de Kolomna, TMH està implementant una sèrie de projectes amb combustibles alternatius, dominant la producció d'un tipus de producte fonamentalment nou: motors de gas dissenyats per generar electricitat i calor a les centrals elèctriques amb finalitats bàsiques, de seguretat i d'emergència.

Actualment, a la planta de Kolomna s'està construint un motor-generador de gas 9GMG per a la locomotora dièsel de maniobra TEM29.

Els motors, creats a la planta de TMH Kolomna, utilitzaran combustible dièsel, combustible natural o gas de petroli associat, així com petroli cru en el rang de potència de 1000 a 3500 quilowatts com a combustible principal.

TMH també té la intenció de desenvolupar modificacions de gas de nous motors dièsel creats durant la implementació del subprograma de desenvolupament de motors dièsel del Programa Federal Target "Base Tecnològica Nacional".

Per què aquests motors no s'utilitzen universalment?

Històricament va passar que diferents tipus de combustibles d'hidrocarburs líquids s'utilitzen principalment com a combustible de motor. S'ha creat una àmplia infraestructura per a ells. En conseqüència, per tal d'ampliar l'ús del gas, és necessari ampliar la infraestructura associada al seu lliurament al lloc de recàrrega i, en definitiva, al lloc de combustió. Ara es persegueix activament.

De moment, el més prometedor per al funcionament de locomotores que funcionen amb combustible de motor de gas és el rang nord no electrificat del ferrocarril de Sverdlovsk. Aquesta regió té totes les condicions necessàries: un perfil pla, grans volums de càrrega, disponibilitat de gas natural barat, així com instal·lacions de producció, a partir de les quals es pot posar en marxa la producció de gas natural liquat.

En general, l'ús del gas com a combustible per a motors en tot tipus de transport i la creació de transport domèstic de gas i equips estacionaris són avui de gran importància per a la renovació del material mòbil, que ha de complir els estàndards internacionals de seguretat, medi ambient i fiabilitat.

Per què s'utilitzen sovint en petites centrals elèctriques?

És rendible i econòmic. El consum de combustible i els costos operatius són qüestions importants per al propietari de la planta. Una unitat de pistó de gas té un consum específic de combustible per quilowatt per hora produït sota qualsevol mode de càrrega inferior al d'una unitat de turbina de gas. Això es deu al fet que l'eficiència de les màquines de pistons és del 36-45 per cent, mentre que per a les turbines és només del 25-34 per cent.

El principal avantatge dels motors de pistons de gas sobre els motors dièsel és el combustible més barat. Fins i tot quan s'utilitza una mescla de gas propà-butà com a combustible de reserva, el cost d'una unitat d'energia elèctrica produïda en una planta de pistons de gas és 1, 3 vegades menor que en una de dièsel.

El funcionament i el manteniment d'una unitat de pistó de gas, a diferència d'una unitat de turbina de gas, no requereix personal d'enginyeria altament qualificat. El manteniment rutinari, les reparacions intermèdies i la revisió d'un motor de pistó de gas es poden dur a terme al lloc d'operació sense moure la unitat al lloc del fabricant o d'una empresa especialitzada.

Quina és la raó de la creixent popularitat de les unitats de pistons de gas en els darrers anys, malgrat que la tecnologia mateixa existeix des de fa molt de temps?

L'anàlisi del mercat de consum d'energia elèctrica i tèrmica va revelar que al voltant del 30 per cent dels consumidors no necessiten desenes i centenars de megawatts d'energia i, per tant, el subministrament d'energia centralitzat obligatori, les pèrdues totals del qual durant el transport a través de les xarxes fins al consumidor són fins a un 25-30 per cent.

A més, els usuaris no estan satisfets amb l'elevat cost de la connexió a xarxes centralitzades i, en general, la liberalització del mercat energètic a Rússia ha provocat una crisi en el funcionament dels grans sistemes centralitzats de subministrament d'energia.

Les tecnologies de pistons de gas són molt adequades per a la generació d'energia a petita escala, implementen de manera molt efectiva el concepte de generació d'energia "econòmica" amb pèrdues mínimes de calor i electricitat generades. Les fonts locals autònomes descentralitzades de producció combinada d'electricitat i calor basades en plantes de pistons de gas tenen una alta eficiència, són completament independents de les xarxes elèctriques regionals i, en conseqüència, del creixement de les tarifes, són fiables, no requereixen costos per a la construcció del subministrament. i xarxes de distribució.

Els motors de pistó de gas es poden combinar en sèrie. Quin és el benefici d'aquesta consolidació en comparació amb l'ús separat de les instal·lacions?

No només els motors de pistons de gas, sinó també els dièsel es poden combinar en "bateries". Tot depèn de les característiques i requisits de la central elèctrica estacionària. En particular, molt sovint els mòduls individuals es poden lliurar al lloc d'instal·lació i operació només amb helicòpter. Però hi ha centrals elèctriques especials, el principal requisit per a les quals és la màxima potència possible en una unitat.