Под малой электрогенерацией условимся считать мощности в диапазоне 50-300 кВт или немного выше. Малая электрогенерация подразумевает, в первую очередь, получение электроэнергии для собственных нужд предприятия с целью экономии и замещения потребления энергии из внешних источников.
Генерация на пару
Такая генерация целесообразна только в одном случае: изначально есть недорогой источник пара и потребность в тепле, т.е. возможна когенерация. Стоимость отечественных электрогенераторов паровых двигателей с КПД около 35-36% существенно выше ГПУ, хотя почти в три раза дешевле двигателей Spiling. Вихревые турбины вполне сопоставимы с ГПУ по стоимости, но КПД электрогенераторов на их основе лишь 25% против КПД хороших ГПУ, достигающих значения 40-50%. Впрочем, вихревые турбины имеют существенные преимущества в эксплуатации – не требуют обслуживания, и в режиме когенерации тепла могут оказаться вполне приемлемым решением. Другие варианты хоть и существуют, но менее интересны: лопастные турбины при таких мощностях дороже вихревых, а их КПД не сильно выше. Паровые двигатели с малой стоимостью имеют КПД около 15%, что откровенно мало, даже с учётом случая когенерации, генераторы винтового типа сильно проигрывают перечисленным решениям практически по всем показателям.
Генерация электроэнергии на перепаде температур с использованием двигателя Стирлинга
Электрогенерация на базе Стирлинга практически не применима в России, а если и применима, то заметно проигрывает любым другим способам генерации или имеет очень нишевое использование. Кроме того, стоимость генераторов на базе Стирлинга кратно выше любого другого решения, да и двигатель Стирлинга мощностью 50 кВт с КПД около 40-52% очень сильно отличается по технологичности и сложности от кажущихся такими простыми самоделок мощностью в 1-3 Вт.
Дизельные электростанции
Вполне себе простые и недорогие решения, особенно станции на базе двигателей от ЯМЗ. Их достоинства: недорогие, высокий КПД. Недостатки: дизельное топливо стоит дорого, а моторесурс редко превышает 40 000 часов, и это с учетом минимум 4 капитальных ремонтов.
Дизельные электростанции на альтернативном топливе: топочном мазуте, ОММ, ВУТ
Топочный мазут – мазут марки М-100
ОММ – отработанное моторное масло
ВУТ – водноугольное топливо
Эти электростанции изготавливаются путем соответствующей модификации электростанций с дизельным двигателем. Могут быть выполнены, в т.ч., и на базе моторов от ЯМЗ, например, ЯМЗ-236. Осуществляемые модификации включают в первую очередь блоки конверсии топлива (например, здесь описание для ВУТ, для ОММ и топочного мазута задача несколько проще) и доработку самого двигателя, включая замену узлов трения на более долговечные. Благодаря таким доработкам с одной стороны, такие дизельные электростанции могут иметь общий срок эксплуатации более 30 лет, а периодическая замена цилиндров и гильз (например, в случае с ЯМЗ-236 – раз в 10 000 моточасов) недорога и производится за несколько часов, а с другой стороны, существенное их преимущество – меньшая себестоимость генерируемой электроэнергии, в случае с ВУТ в ряде случаев себестоимость ниже, чем себестоимость на природном газе.
Газопоршневые установки
В отличие от ГПУ более высокой мощности (от 0,5-1 МВт и выше), которые обладают ресурсом работы до 30 и более лет, наиболее часто встречаемые ГПУ малой мощности, представленные на рынке РФ, чаще всего – дизельные двигатели, переведенные на газ. Их общий моторесурс составляет от 40 000 часов для ГПУ на базе отечественных моторов и до 80 000 для ГПУ, выполненных на зарубежных ДВС. Впрочем, также возможна глубокая модификация двигателей, что позволяет достичь ресурса свыше 270 000 моточасов (более 30 лет работы). Общим преимуществом ГПУ является достаточно высокий КПД электрогенерации (от 35% для бюджетных версий до 48-50% у более совершенных ГПУ) в сочетании с возможностью использования недорогого топлива – природного магистрального газа. Кроме природного газа ГПУ могут быть адаптированы под ПНГ (попутный нефтяной газ), газы процесса газификации (опилок, лузги, бурого угля и иных недорогих, доступных топлив) и биогаз.
Электрогенерация на базе свободнопоршневых ДВС и линейных генераторов
Линейный генератор (на постоянных магнитах или синхронный) имеет КПД около 85%, что меньше КПД того же синхронного генератора, выполненного по традиционной роторной схеме (96%, для больших мощностей и оптимальных условий работы вплоть до 99%). Однако линейный генератор позволяет отказаться от ряда узлов и механизмов двигателя, которые преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение. Отказ от этих механизмов позволяет сократить до 15% потерь энергии на трение, тем самым подняв КПД ДВС и компенсировав несколько меньший КПД линейного генератора. Но главное преимущество, которое дает связка свободнопоршневого двигателя и линейного генератора – это меньшая стоимость самой ГПУ (по крайней мере, меньшая себестоимость при достаточной серийности производства) и надежность за счет исключения тех самых лишних деталей. Ресурс таких ГПУ оценивается до 50 лет, а возможность их изготовления из типовых деталей от типовых промышленных двигателей позволяет без проблем изготовить даже единичную электростанцию. Еще одно преимущество таких ГПУ – простота обслуживания, а смена пар поршень-гильза в среднем раз в 10 000 моточасов может занимать менее часа. Единственный, и то временный, недостаток – отсутствие разработанных конструкций линейных генераторов на широкий диапазон номинальных мощностей.
Обобщая сказанное, в завершении публикации приводим сводную таблицу способов генерации и их ориентировочной стоимости в России на момент публикации этого материала.
