У діапазоні потужностей від 20 до 30 МВт (е) газопоршневі когенераційні установки стабільно показують кращі в порівнянні з іншими технологіями результати. Більш того, для потужностей 3-5 кВт (е) ніщо не може з ними конкурувати. Виникає цілком логічне запитання: чому? Які технічні характеристики дозволяють їм бути настільки результативними.
По-перше, слід відзначити високий показник електричного ККД.
Найвищих значень електричного ККД (у газової турбіни до 30%, а у газопоршневого двигуна близько 40%) обладнання досягає тільки при роботі зі 100% -ної навантаженням (Рис. 2.1). Зниження навантаження навіть до 50%, зменшує електричний ККД використовуваної газової турбіни майже в 3 рази. У той час як, в разі використання газопоршневого двигуна такі зміни режиму навантаження ні на загальний, ні на електричний ККД практично не впливають.
Pіc. 1. Графіки залежності ККД від навантаження:
Наведені графіки дозволяють нагляно переконатися, що газові двигуни відрізняються більш високим електричним ККД, показники якого майже не змінюються при навантаженні від 50 до 100%.
Другим важливі показником є умови розміщення.
Номінальна потужність, як газової турбіни, так і газопоршневого двигуна знаходиться в прямій залежності від температури повітря і висоти використовуваної майданчика щодо рівня моря. На графіку (рис. 2) ясно видно, що підвищення температури з -30 ° С до + 30 ° С призводить до падіння електричного ККД газової турбіни приблизно на 15-20%. При подальшому підвищенні температури вище + 30 ° С, ККД у газової турбіни стає ще нижче. І в цьому випадку газопоршневої двигун вигідно відрізняється від газової турбіни, маючи не тільки постійний, але і більш високий електричний ККД на всьому інтервалі температур аж до + 25 ° С.
Мал. 2. Графік залежності електричного ККД газової турбіни від температури навколишнього повітря
Третій, але не менш важливий показник: умови роботи.
Кількість запусків: газопоршневої двигун можна запускати і зупиняти необмежену кількість разів, і це не вплине на загальний заявлений моторесурс двигуна, в той час як 100 запусків газової турбіни зменшать її ресурс приблизно на 500 годин.
Час запуску: проміжок часу необхідний для прийняття повного навантаження з моменту запуску у газової турбіни складає приблизно 15-17 хвилин, а у газопоршневого двигуна всього 2-3 хвилини.
До четвертим важливим показникам відносяться: проектний термін служби і інтервали техобслуговування.
Ресурс газової турбіни до першого капітального ремонту становить від 20 000 до 30 000 робочих годин. Ресурс же газопоршневого двигуна значно більше і дорівнює 60 000 робочих годин (табл. 1). Крім того і витрати на капітальний ремонт газової турбіни, з огляду на вартість запчастин і матеріалів, значно вище.
Повний капремонт газової турбіни - значно складніший процес, ніж капремонт необхідний газовому двигуну. Ремонт газової турбіни можна виконати тільки на заводі-виробнику. Більш того, для ремонту газової турбіни потрібні досить дорогі запчастини, що збільшує його вартість. Всі ці чинники збільшують час простою газової турбіни в порівнянні з газовим двигуном. Витрати на матеріали і запчастини необхідні для виконання капітального ремонту при використанні газового двигуна також помітно нижче.
Таблиця №1: Інтервали техобслуговування
Ремонтні роботи, інтервал (години)
Турбіни, авіаційні та малі промислові
По-п'яте, необхідно згадати досить низькі капіталовкладення.
Спираючись на дані розрахунків видно, що питомі капіталовкладення (Євро / кВт) для виробництва теплової та електричної енергії з використанням газопоршневих двигунів нижче. Це їх явну перевагу незаперечно стосовно потужностям до 30 МВт. Таким чином, ТЕЦ потужність якої 10 МВт, обладнана газопоршневими двигунами обійдеться приблизно в 7,5 мільйона. якщо ж іспользоват газові турбіни, то витрати зростуть до 9,5 мільйона. (Рис. 3).
Також важливо враховувати, що тиск газу в газопровідної мережі, як правило, не перевищує 4-х атмосфер, що цілком достатньо для роботи газового двигуна. А для роботи газової турбіни тиск газу, що подається повинно бути не менше 6-10 атмосфер. Таким чином, в разі використання на станції газової турбіни в ролі силового агрегату виникає необхідність в установці ще і газової компресорної станції, що призводить до додаткового збільшення капіталовкладень.
Мал. 3. Обсяги капітальних вкладень в ТЕЦ з різними силовими агрегатами.
Таблиця №2: Переваги і недоліки газової турбіни і поршневого двигуна
Потужність одиничної машини
0.25 - 300 МВт (е)
0.2 - 20 МВт (е)
Відсутність водяної системи охолодження.
Гнучкість у виборі палива.
Низька емісія шкідливих речовин.
Робота установки на декількох видах палива.
Солідний ресурс.
Досить велика можлива одинична потужність.
Найвища продуктивність.
Ефективна робота при малому навантаженні (від 30% до 100%).
Відносно низький рівень початкових інвестицій за 1 кВт (е).
Широка лінійка моделей по вихідної потужності (від 4 кВт).
Можливість автономної роботи.
Швидкий запуск (від 15 с, газових турбін потрібно 0.5-2 ч).
Справжня гнучкість у виборі палива.
Переважання виробництва електроенергії.
Малі розміри - низькі інвестиційні витрати.
Робота з малим тиском газу (нижче 1 бара).
Щодо простий капітальний ремонт.
Солідний ресурс.
Можливість кластеризації (паралельна робота декількох установок).
Робота установки на декількох видах палива.
Нижній поріг ефективного застосування (від 5 МВт електроенергії).
Продуктивність нижче, ніж у поршневих двигунів.
Високий рівень шуму.
Потрібно підготовка палива (очищення, осушення, компресія).
Низька ефективність при неповному завантаженні.
Тривалий період запуску (0.5 -2 години).
Складний і дорогий капітальний ремонт.
Якщо тепло не використовується, то потрібне охолоджування.
Високий рівень (низькочастотного) шуму.
Високе співвідношення вага / вихідна потужність.
Відносно мала потужність одиничної машини.