Сравнение газопоршневого двигателя с другими источниками энергии
Газопоршневой двигатель и газовая турбина
Электрический КПД
Наивысший электрический КПД – до 35 % у газовой турбины, и более 40 % у газопоршневого двигателя достигается при работе под 100%-ной нагрузкой (Рис. 1). При снижении нагрузки до 50%, электрический КПД газовой турбины снижается почти в 2 раза. Для газопоршневого двигателя такое же изменение режима нагрузки практически не влияет как на общий, так и на электрический КПД.
Рис.1 Зависимость электрического КПД от нагрузки
Графики наглядно показывают - газовые двигатели имеют высокий электрический КПД, который изменяется всего на 8…10% в диапазоне нагрузки 50 - 100 %.
Условия площадки
Номинальный выход мощности, как газопоршневого двигателя, так и газовой турбины зависит от высоты площадки над уровнем моря и температуры окружающего воздуха.
На графике (рис.2) видно, что при повышении температуры от - 30°С до +30°С электрический КПД у газовой турбины падает на 15-20 %. При температурах выше +30°С, КПД газовой турбины – еще ниже. В отличие от газовой турбины газопоршневой двигатель имеет более высокий и постоянный электрический КПД в интервале температур от - 30°С до +25°С.
Рис. 2. Зависимость мощности и электрического КПД от температуры окружающего воздуха
Условия работы
Количество пусков: газопоршневой двигатель может запускаться и останавливаться неограниченное число раз, что не отражается на назначенном моторесурсе двигателя. 100 пусков газовой турбины уменьшают её ресурс на 500 часов.
Время запуска: время до принятия нагрузки после старта составляет у газовой турбины 15-17 минут, у газопоршневого двигателя – 3 минуты.
Проектный срок службы, интервалы техобслуживания
Ресурс до капитального ремонта составляет у газовой турбины 20 000 - 30 000 рабочих часов, у газопоршневого двигателя GE JENBACHER этот показатель равен 60 000 рабочих часов (табл. 3). Стоимость капитального ремонта газовой турбины с учётом затрат на запчасти и материалы значительно выше (до 65…80% от первоначальной стоимости, а у ГПД – 25…30%).
Таблица 3. Техоблуживание
| Виды работ | Интервалы техобслуживания, час | |||
| Газопоршневой двигатель | Турбины, авиационные ималые промышленные | Турбины, промышленные | ||
| Ремонт камеры сгорания | - | 5 000 | 10 000 | |
| Средний ремонт | Ремонт головок цилиндров | Ремонт турбины и камеры сгорания | ||
| 30 000 | 10 000 | 15 000 | ||
| Капитальный ремонт | 60 000 | 20 000 | 30 000 | |
Капиталовложения
Как показывают расчёты, удельное капиталовложение (USD/кВт) в производство электрической и тепловой энергии газопоршневыми двигателями ниже. Это преимущество газопоршневых двигателей неоспоримо для мощностей до 30 МВт. ТЭЦ мощностью 10 МВт на основе газопоршневых двигателей требует вложений около $7,5 миллионов, при использовании газовой турбины затраты возрастают до $9,5 миллионов (рис. 4)
Рис.4. Объемы капитальных вложений в ТЭЦ с разными силовыми агрегатами.
Газопоршневой двигатель и паровая турбина
В России в настоящее время около 80 % электроэнергии производится на паровых турбинах (без учёта гидроэлектростанций). Уровень КПД при использовании энергоносителя на таких ТЭЦ достигает лишь 50…65%. Поэтому для получения одного и того же количества полезной энергии на ТЭЦ с паровыми турбинами необходимо затратить почти в 2 раза больше энергоносителя, чем при получении того же количества энергии на газопоршневых ТЭЦ, КПД которых достигает 90% (рис. 5).
Рис. 5 Расход газа различными установками при производстве одного и того же количества энергии (электрической и тепловой).
Газопоршневой двигатель и дизельная установка
Основное преимущество газопоршневых двигателей перед дизельными – более дешёвое топливо. Значительная разница в цене отражена в диаграмме на рис. 6. Даже при использовании в качестве резервного топлива газовой смеси пропан-бутан, стоимость единицы электрической энергии, произведённой на газопоршневой установке, в 1,3 раза меньше, чем на дизельной (рис. 7).
Другое важное преимущество перед дизельными установками – экологическая безопасность, например, уровень выбросов NOx в 3 раза меньше (рис. 8). Показатели уровня вредных веществ энергоустановок в стандартном исполнении соответствуют европейским нормам TA-Luft. Возможно также исполнение энергоустановок с обеспечением уровня 1/2 TA-Luft.
