Что происходит внутри
Газ смешивается с воздухом, смесь сжимается в цилиндре и поджигается свечой. Расширяющиеся газы толкают поршень, поршень через шатун крутит коленвал. Вал соединён с ротором синхронного генератора — и вращение превращается в трёхфазное напряжение 400 вольт.
Частота сети в России 50 герц, и она жёстко связана с оборотами. Поэтому промышленные ГПУ работают на 1500 об/мин: при четырёх парах полюсов генератора это ровно 50 Гц. Обороты держит регулятор — как только нагрузка выросла, он добавляет газа, иначе частота просядет.
Из чего состоит установка
- Двигатель. Рядный на малых мощностях, V-образный на больших: у WPG312 это рядная шестёрка на 12,54 литра, у WPG625 — двенадцать цилиндров V-образно.
- Генератор. Синхронный, бесщёточный, с автоматическим регулятором напряжения. В ряду Weichai стоят Leroy Somer.
- Рама и виброопоры. Двигатель с генератором соединены жёстко и стоят на общей раме — иначе вибрация разбивает подшипники.
- Система охлаждения. Радиатор с вентилятором либо выносной, если установка в помещении.
- Автоматика. Контроллер ComAp или DEIF: запуск, синхронизация с сетью или другими станциями, защиты, журнал аварий.
- Газовая рампа. Фильтр, редуктор, отсечные клапаны — приводят давление и очистку газа к тому, что нужно двигателю.
Куда девается энергия газа
В электричество уходит меньше половины. Посчитать это можно прямо из паспортного расхода: ряд Weichai тратит 0,23–0,27 м³ газа на киловатт-час, а в кубометре магистрального газа около 10 кВт·ч тепла. Делим одно на другое — получаем электрический КПД порядка 40 %.
Остальные 60 % — тепло: в выхлопе, в рубашке охлаждения, в масле. Если его выбрасывать в воздух, оно просто теряется. Если снимать теплообменниками и пускать на отопление или горячую воду, установка становится когенерационной, и суммарный КПД доходит до 80 %. Смысл в этом появляется там, где тепло действительно нужно круглый год: производство, теплицы, посёлок.
Чем отличается от дизеля
| Газопоршневая | Дизельная | |
|---|---|---|
| Топливо | Магистральный газ, ПНГ, пропан-бутан | Дизельное топливо |
| Стоимость киловатт-часа | Ниже в разы при своей трубе | Привязана к цене солярки |
| Выход на полную мощность | Плавно, десятки секунд | Практически сразу |
| Где уместна | Постоянная работа 24/7 | Резерв и аварийное питание |
| Что нужно на площадке | Подведённый газ нужного объёма | Ёмкость для топлива |
Отсюда простое правило: дизель берут, чтобы пережить аварию, газ — чтобы производить электричество постоянно. Именно поэтому на майнинговых площадках стоят газопоршневые, а дизель держат как резерв.
А если сравнить с газовой турбиной
Турбина выигрывает на больших мощностях и ровной нагрузке: от нескольких мегаватт и при работе на постоянной полке она эффективнее. Газопоршневая машина лучше держит переменную нагрузку, спокойнее запускается и останавливается и дешевле в пересчёте на киловатт установленной мощности до нескольких мегаватт. Для площадки на 0,2–3 МВт с суточными колебаниями потребления выбор почти всегда в пользу поршневой.
Где их ставят
- Майнинг: генерация — само производство, а не вспомогательный узел, поэтому тариф решает всё.
- Промышленность: цех, где остановка из-за сетевой аварии стоит дороже станции.
- Месторождения: попутный нефтяной газ, который иначе сжигается на факеле.
- Тепличные хозяйства: там же востребовано тепло, и когенерация выходит в плюс.