Бытовые электростанции на углеводородном топливе
Опубликовано: 01 августа 2018 г.
493
Стабильное электроснабжение необходимо для надежной работы большинства бытовой техники, включая и многие виды климатического оборудования. Для обеспечения бесперебойного электроснабжения в загородных домах, коттеджах, питания электроинструментов широкое применение получили дизельные и бензиновые электрогенераторы.
ДГУ и БГУ удобны тем, что могут служить основным источником электричества, там, где отсутствует сеть централизованного электроснабжения, так и применяться в качестве резервного источника там, где подача электроэнергии нестабильна и осуществляется с перебоями. Разумеется, что необходимым условием генерации электрической энергии с помощью ДГУ или БГУ является наличие в нужном количестве жидкого топлива.
Основные узлы ДГУ и БГУ – это двигатель внутреннего сгорания (ДВС), преобразующий энергию сгорающего топлива в механическую, и генератор, преобразующий механическую энергию в электрическую. В качестве соединительного элемента двигателя и генератора применяется виброизолирующая муфта, гасящая взаимную несоосность. В бензиновых агрегатах топливом для двигателя служит смесь бензина с машинным маслом, а в дизельных – дизельное топливо.
Кроме топлива ДГУ и БГУ (которые также принято называть дизельными или бензиновыми электростанциями) различаются по вариантам исполнения.
Они могут выпускаться в открытом варианте и устанавливаться на раме без кожухов, капотов и навесов. В таком исполнении их рекомендуется размещать в сухом хорошо проветриваемом помещении, на твердом ровном, например, бетонном, основании. Пожароопасные материалы следует держать в удалении от агрегата.
Другой вариант исполнения – в шумозащитном кожухе, снижающем уровень шума от работы двигателя.
С целью шумоподавления на всех подобных агрегатах используются также глушители.
Для удобства транспортировки к месту эксплуатации маломощные дизельные и бензиновые электрогенераторы могут устанавливаться на шасси в открытом варианте, а мощные агрегаты устанавливаются на шасси только в шумозащитном кожухе.
В соответствии с мощностью, весом, габаритными размерами и способом установки на месте эксплуатации выделяют портативные модели электрогенераторов и стационарные.
Многие крупные производители дизельных и бензиновых электростанций поставляют на рынок электрогенераторы в контейнерном исполнении. В таком случае мощные электрогенераторы (в большинстве случаев дизельные) помещаются в специальный контейнер, который не только выполняет шумозащитную функцию, но и защищает агрегат от осадков и повышает безопасность эксплуатации. Контейнер оборудуется системами вентиляции и пожаротушения, соответствующей автоматикой, в том числе предусматривающей дистанционное управление и электронную документацию работы агрегата.
Различаются генераторы и по способу их пуска, с этой точки зрения также возможны три варианта:
– ручной пуск при помощи троса и стартера;
– автоматический пуск – генератор запускается при отключении основного источника электропитания и выключается при его включении;
– пуск с помощью электростартера и ключа.
Как бензиновые, так и дизельные электрогенераторы выпускаются однофазными (230 В) и трехфазными (400 В). Трехфазные генераторы имеют также выход на 230 В, однако, если в хозяйстве нет трехфазных потребителей энергии, будет разумным приобрести однофазную модель, которая обойдется пользователю дешевле.
БГУ и их особенности
Присутствующая на рынке линейка бензиновых электрогенераторов ограничена менее мощными, по сравнению с дизельными, портативными моделями. Однако бензиновый электрогенератор (рис. 1) может оказаться предпочтительнее дизельного для использования в бытовых целях.
Рис. 1. Бытовая бензиновая генераторная установка: а – с кожухом, б – без кожуха
Бензиновые модели весят меньше дизельных и стоят сравнительно недорого. Кроме того, они обладают еще рядом преимуществ. При низких температурах бензиновые модели запускаются легче дизельных. Обычный бензиновый электрогенератор, даже в открытом исполнении, запускается при температуре –20оС. При запуске дизельного генератора осложнения могут возникнуть уже и при –5оС. Работа бензиновых генераторов сопровождается меньшим шумом и они могут работать с минимальной нагрузкой, в то время как минимальная нагрузка дизельного генератора составляет 40%.
К слабым сторонам БГУ относят относительно небольшой ресурс эксплуатации (до 4000 ч) и малую мощность (до 15 кВт). Электрический ток, выдаваемый этими электростанциями, характеризуется колебаниями напряжения в 10% и частоты – 4%.
Выпускаются бензиновые генераторы с двухтактными и четырехтактными двигателями. Двухтактные модели наиболее дешевые, их ресурс составляет около 500 ч, при эксплуатации два-три часа в сутки. Чтобы использовать такой генератор в качестве резервного источника питания на случай отключения централизованного электричества, этого достаточно. Если такой агрегат будет работать за год 10 раз по 2 часа (обычно этого времени оказывается достаточно для устранения неполадок на централизованной сети), то его ресурса в указанном эксплуатационном режиме хватит на 25 лет работы.
БГУ с четырехтактным двигателем рассчитаны на больший ресурс работы – 2500–4000 ч при эксплуатации до 8 ч в день.
Выпускаются бензиновые агрегаты обычно в открытом исполнении на раме или в шумозащитном кожухе. Вес БГУ напряжением в 230 В, мощностью 1,5–2,5 кВт составляет всего 30–50 кг, его несложно транспортировать на легковой машине при выезде на еще неэлектрофицированную дачу. Мощности такого агрегата достаточно для бытовых нужд, в том числе для питания электрических газонокосилок, водяного насоса других электроинструментов небольшой мощности.
Бензоагрегат напряжением 220 В и мощностью 4–5 кВт в таком же открытом исполнении на раме будет весить уже 60–110 кг, соответственно больше он и по габаритным размерам, однако транспортировка его возможна на легковом автомобиле типа «универсал». Кроме обеспечения всех основных бытовых нужд, где требуется электричество (бытовая электротехника, освещение, работа водяного насоса) мощности такого агрегата хватит на возможность эксплуатации большинства инструментов, в том числе и электросварки малой мощности (электрод до 3 мм).
Работают такие бензиновые агрегаты на смеси бензина марки АИ-92 и смазочного масла в соотношениях: не более 50:1 при температуре воздуха окружающей среды, не превышающей 15оС; не более 40:1 при температуре окружающей среды выше указанной температуры. При любых условиях соотношение бензина и масла не должно быть менее 25:1. Масло должно применяться марок, специально предназначенных для двухтактных или четырехтактных двигателей. Новый двигатель рекомендуется первые 20–50 часов работы заправлять смесью с соотношением 30:1.
Возможности ДГУ
Дизельные электрогенераторы мощнее бензиновых аналогов. Так, портативные модели этого типа (рис. 2) работают в диапазоне 3–25 кВт, а стационарные – 5–40 кВт и более.
Рис. 2. Бытовая дизельная генераторная установка
Кроме большей мощности, к их достоинствам относится более стабильная работа и значительно больший эксплуатационный ресурс, который для разных моделей составляет от 4000 до 40000 ч. Стабильность выдаваемого тока стационарными дизельными электрогенераторами характеризуется колебаниями напряжения в 1% и частоты тока 2,5%. Дизельные модели менее пожароопасны, чем бензиновые.
В основе всех дизельных генераторов заложен четырехтактный двигатель, различаются же дизельные модели системой охлаждения (воздушная или жидкостная) и частотой вращения двигателя.
ДГУ с высокооборотными (3000 об/мин.) двигателями стоят дешевле низкооборотных аналогов, однако характеризуются меньшим ресурсом износостойкости, повышенным уровнем шума и более высоким расходом топлива.
ДГУ с низкооборотными (1500 об/мин.) двигателями более стабильны, их мощности и большой эксплуатационный ресурс позволяют использовать такие генераторы для постоянного электроснабжения дома.
Воздушное охлаждение двигателя применяется для портативных маломощных (до 10 кВт) дизельных (а также и бензиновых) генераторных установок, с частотой вращения двигателя 3000 об/мин. Такие агрегаты не отличаются высокой износостойкостью, их эксплуатационный ресурс составляет до 4000 часов. Они находят применение в качестве резервных источников питания, а также используются для обеспечения работы электроинструментов.
Жидкостное охлаждение двигателя применяется на стационарных моделях мощных (20–180 кВт и более) дизельных генераторов, комплектующихся, как правило, низкооборотным двигателем. Такие агрегаты могут работать круглосуточно, их резерв составляет до 40 000 ч. Именно такие ДГУ рекомендуются для постоянного электроснабжения дома.
Встречаются, правда, стационарные модели с жидкостным охлаждением и на высокооборотных двигателях.
В соответствии с ГОСТом маркировка дизельного топлива содержит информацию о сорте топлива (Л – летнее, З – зимнее, А – арктическое). Для летнего топлива указывается температура вспышки, а для зимнего – температура застывания. Маркировка «Л-0,2-40» обозначает летнее топливо с содержанием серы 0,2% и температурой вспышки –40оС, а маркировка «З-0,2 минус 35» обозначает зимнее дизельное топливо с содержанием серы 0,2%, застывающее при температуре –35оС.
В зависимости от времени года и температуры воздуха окружающей среды на ДГУ рекомендуется применять летние (Л) или зимние (З) сорта дизельного топлива. Для работы дизельного генератора в условиях низких температур (до –50°С) следует применять арктическую (А) марку дизельного топлива. Все сорта дизельного топлива должны характеризоваться низкой вязкостью и низким содержанием серы (не более 0,4%).
Согласно ГОСТ 1667-68 применение дизельного топлива марки ДМ для двигателей с малыми оборотами строго воспрещено.
Электроснабжение на газе
При необходимости автономного производства электроэнергии в больших масштабах (для коттеджного поселка, предприятия, работающего вахтовым методом вдали от централизованного источника электропитания, отдельного промышленного предприятия и др.) кроме мощных ДГУ, там, где есть газоснабжение, применяются также электростанции на основе газопоршневых двигателей внутреннего сгорания, работающих на топливной смеси газа и небольшого количества дизельного топлива (как правило, не больше 10%).
Газопоршневые генераторы выпускаются небольшой мощности (1–5 кВт и выше) и могут работать даже от баллона со сжиженным газом. Для обеспечения стабильного давления газа на входе газовый трубопровод от центральной магистрали или газового баллона обязательно подключается к редуктору, от которого шланги подводятся уже к карбюратору двигателя. Такие электростанции находят бытовое применение в качестве резервных и дополнительных источников электричества в загородных домах.
Как и дизельные, модели газопоршневых электрогенераторов бывают одно- и трехфазные. Газопоршневые двигатели на них могут оснащаться синхронными и асинхронными генераторами для выработки электроэнергии. Синхронные, по сравнению с более простыми и дешевыми асинхронными, мощнее и выдают электроэнергию более высокого качества. В профессиональных и стационарных электростанциях устанавливаются синхронные бесщеточные генераторы.
Также как и дизельные, газопоршневые генераторы электрического тока выпускаются в различных исполнениях: в открытом на раме без кожухов, капотов и навесов (для установки в специально оборудованных помещениях); в шумозащитном кожухе; в открытом (для маломощных установок) или шумозащитном кожухе на шасси; во всепогодном контейнере (рис. 3 а, б).
Рис. 3. Газопоршневая генераторная установка: а – на раме без кожухов, б – для установки на улице в защитном кожухе (применяется в качестве электростанции для электроснабжения коттеджа)
Одно из главных преимуществ газовых генераторов по сравнению с бензиновыми и дизельными моделями – не ограниченное расходом топлива время работы при подсоединении его к газовой трубе. В отличие от ДГУ и БГУ газопоршневые модели не требуют дозаправки при подсоединении их к магистральному газу, а при питании от сжиженного газа баллоны можно установить в параллельную систему и увеличивать время работы с каждым 50 л баллоном на 16–20 часов.
Служат газопоршневые генераторы на четверть срока больше, чем их дизельные и бензиновые аналоги, так как при сгорании газа образуется меньше твердых частиц и золы, вызывающих повышенный износ цилиндров и поршней двигателя.
По окупаемости газопоршневые агрегаты превосходят дизельные из-за дешевизны газового топлива. Вырабатываемое ими электричество оказывается дешевле в несколько раз, чем у дизельных моделей. Кроме того, газопоршневые генераторы характеризуются большим ресурсом работы и предоставляют пользователю значительную свободу при выборе топлива. В качестве горючего в газопоршневом агрегате могут применяться природный газ, биогаз, пропан, бутан, пиролизные газы, газы мусорных свалок, коксовый газ, попутный газ, рудничный газ, газ сточных вод, дизельное топливо, топочные мазуты и сырая нефть.
При использовании газопоршневых электрогенераторов в бытовой сфере, для электроснабжения коттеджей, определенной сложностью для потребителя является необходимость согласования подключения установки к магистрали с газовой службой. Необходимо изготовление проектной документации и получение разрешения. Следует учитывать и то, что установки, рассчитанные на временное использование, нельзя применять в качестве постоянного источника электричества для загородного дома.
В промышленной сфере широкое распространение получили газопоршневые электростанции мощностью от 40 кВт до 6–7 МВт с электрическим КПД около 40%. Мощные газопоршневые агрегаты (рис. 4) используются наряду с производством электроэнергии для когенерации тепла, и по общим показателям (электроэнергия и тепло) их КПД может достигать 90%. Поставляются газопоршневые электрогенераторы и на мини-ТЭС, как в модульном исполнении, для стационарной установки в помещении, так и в контейнерном варианте.
Рис. 4. Мощная когенерационная газопоршневая установка
Используются мощные газопоршневые установки в качестве резервного, вспомогательного или основного источника электро- и теплоснабжения отдельно стоящих предприятий, административных и медицинских учреждений, в аэропортах, на буровых платформах, нефтяных и газовых скважинах, в строительстве. Мощные газопоршневые электростанции реально могут использоваться для электроснабжения дачных поселков.
Среди фирм, выпускающих оборудование на базе двигателей собственного производства, можно отметить Caterpillar (США) и Deutz (Германия). Многие компании выпускают газопоршневые электростанции на базе двигателей от ведущих производителей.
Статья из журнала "Аква-Терм" № 6/ 2017. Рубрика "Отопление и ГВС"
