Дизельные электростанции

 

Дизель-генератор (дизельная электростанция) – источник электроснабжения, представляющий собой установку, преобразующую механическую энергию вращения коленвала дизельного двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию, вырабатываемую генератором переменного тока (альтернатором).

В литературе обычно для обозначения менее мощных автономных дизельных источников электроснабжения используют термин дизель генератор (ДГ), для более мощных – дизельная электростанция (ДЭС). Также используются названия дизель генераторная установка (ДГУ) и дизель электрическая установка (ДЭУ).

ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА

Энергия расширения газов, образующихся при сгорании воспламененного от сжатия топлива, в дизельном двигателе внутреннего сгорания преобразуется посредством кривошипно-шатунного механизма в механическую энергию вращения коленвала. Приводимый от двигателя ротор электрогенератора, вращаясь, возбуждает электро-магнитное поле, создающее индукционный переменный ток в обмотке генератора, который подается на выход – потребителю.

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА

К основным составным частям дизель генератора (дизельной электростанции) относятся:

·         дизельный двигатель с подсистемами его жизнеобеспечения(подача топлива, воздуха, охлаждение);

·         синхронный или асинхронный генератор переменного тока - альтернатор;

·         система автоматического управления, мониторинга и контроля дизель генератора;

·         рама (тент-каркас, кожух, контейнер) на которой крепится все оборудование, и которая может выполнять дополнительные функции (защита от воздействия внешней среды, шумопоглощение и т.д.)

ДВИГАТЕЛИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРАХ

Одни из основных отличий двигателей, которые связаны с их мощностью и определяют их использование в дизель генераторах различной производительности, касаются систем охлаждения и подачи воздуха. Так по способу охлаждения различают двигатели:

·         воздушного охлаждения (применяются в дизель генераторах малой мощности);

·         жидкостного охлаждения (применяемые жидкости – вода, тосол и т.п.)

По способу подачи воздуха различают двигатели:

·         без турбонаддува;

·         с турбонаддувом (турбокомпрессор нагнетает воздух в камеру сгорания двигателя, используя привод от выхлопных газов дизеля);

·         с турбонаддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха.

По сравнению, например, с бензиновыми генераторами, использование дизельных двигателей в составе дизель генераторов имеет ряд преимуществ: меньшая стоимость и расход топлива (т.е. более высокая производительность), больший ресурс, относительно более высокая пожаробезопасность. Эти факторы особенно важны в случае долговременного применения дизельной электростанции в качестве основного автономного источника электроснабжения, а также при частом и продолжительном подключении ее в качестве резервного источника.

Ведущими мировыми производителями двигателей, используемых в дизель генераторах, являются Cummins (США-Великобритания), Deutz (Германия), Perkins (Великобритания). Среди отечественных производителей можно отметить надежную продукцию Ярославского (ЯМЗ) и Минского моторного заводов (ММЗ).

ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Генераторы переменного тока, называемые также альтернаторы, служат для преобразования посредством электромагнитной индукции механической энергии вращения в электрическую. Различают синхронные и асинхронные генераторы. Дизель генераторы могут быть однофазные или трехфазные. Выбор однофазной или трехфазной установки зависит от фазности потребителей и равномерности распределения нагрузки между ними. В трехфазных дизель генераторах перекос нагрузки между фазами обычно не должен превышать 25 %.
Класс защиты генераторов обозначается двумя буквами (IР) и двумя цифрами. Первая цифра означает:

·         2 - защита от касания пальцами и от проникновения твердых посторонних предметов диаметром более 12 мм;

·         4 - защита от касания инструментом, пальцами или проволокой диаметром более 1 мм, защита от проникновения твердых посторонних частиц диаметром более 1 мм;

·         5 - полная защита от касания вспомогательными средствами любого типа и от проникновения пыли.

Вторая цифра:

·         3 - защита от струй воды, падающих под углом до 60 градусов от вертикали;

·         4 - защита от струй воды, падающих под любым углом.

Ведущие марки на мировом рынке генераторов переменного тока Stamford (Великобритания), Mecc Alte (Италия), Leroy Sommer (Франция).

ИСПОЛНЕНИЕ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ

Дизель генераторы выпускаются в разнообразных исполнениях, в соответсвии со специфическими требованиями заказчиков. Наиболее часто встречаются следующие исполнения:

·         тропическое, северное, морское (в соответствии с климатическими условиями места эксплуатации);

·         стационарное или мобильное (дизель генераторы на прицепах, полуприцепах или самоходных шасси);

·         с шумопоглощающей решеткой (кожухом) и без.

ПРИМЕНЕНИЕ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ

Дизель генераторы (дизельные электростанции) широко используются в качестве автономных источников основного или резервного электроснабжения.

Основным источником дизель генератор является в случае полного отсутствия централизованной сети энергоснабжения, а резервным – в случаях наличия централизованной сети, функционирующей со сбоями в работе . И в том и в другом случаях главная задача дизельных электростанций – обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии потребителю.

Отличаясь надежностью, низкой стоимостью вырабатываемой электроэнергии, быстрой окупаемостью, большим моторесурсом и долговечностью, дизель генераторы незаменимы в качестве автономных источников электроснабжения.

В качестве резервного источника питания дизель генераторы могут использоваться на промышленных предприятиях, в офисах банков, медицинских, дошкольных и школьных детских учреждениях, в торговых организациях и в складских помещениях. Это позволит избежать отключения важной дорогостоящей аппаратуры и оборудования (в том числе охранного или медицинского), продолжить функционирование соответствующих учреждений в нормальном режиме, сберечь материальные ценности (например, скоропортящиеся продукты питания в морозильниках и т.д.). Достаточно упомянуть перебои с подачей электроэнергии в Нью-Йорке в 1977 г. и в целом на западном побережье США в 2003 г., когда огромный ущерб был нанесен как ограблениями и кражами, так и простой порчей продуктов питания.

В качестве автономного основного источника питания дизель генераторы широко применяются там, где централизованная система энергоснабжения либо полностью отсутствует (удаленные загородные дома, фермы, геологоразведочные экспедиции, вахтовые поселки и т.д.) либо расходы по ее проводке несоизмеримо выше затрат на приобретение и эксплуатацию дизель генератора (использования дизель генераторов для привода погружных насосов в поливном земледелии и т.п.).

ВЫБОР МОЩНОСТИ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА

Выбор мощности дизель генератора зависит от предполагаемой нагрузки на него потребителями электроэнергии. При этом необходимо учитывать их вид.

Активные нагрузки – приборы, в которых вся потребляемая энергия преобразуется в тепло: электроплиты, обогреватели, утюги и т.д. Для определения мощности дизель генератора в данном случае достаточно просуммировать мощности всех электроприборов с активным видом нагрузки и добавить около 10-20 %.

Реактивные нагрузки – в свою очередь, подразделяются на индуктивные и емкостные. У реактивных потребителей энергия превращается не только в тепло - часть ее расходуется на другие цели, например, на образование электромагнитных полей. Мерой реактивности выступает так называемый косинус Фи (cos(Fi)), который указывает сколько энергии преобразуется в тепло. Поэтому, чтобы подсчитать «реальное» потребление нужно мощность разделить на на cos(Fi). Например, если на электродрели указано 600 Вт и cos(Fi)=0.7 , это значит, что на инструмент реально будет потреблять от дизель генератора 600:0.7=857 Вт. Кроме того, каждый дизель генератор имеет собственный cos(Fi), который тоже нужно учитывать. Допустим, он равен 0.8, то для работы вышеназванного интрумента от электростанции потребуется 857 Вт : 0.8 = 1071 Вольт Ампер.

Кроме того, необходимо принимать во внимание высокие пусковые токи. Любой электродвигатель в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше, чем в штатном режиме. Стартовая перегрузка электростанции очень кратковременна, поэтому важно, чтобы дизель генератор смог ее выдержать, не отключаясь и тем более не выходя из строя. К примеру, у погружного насоса в момент старта потребление может подскочить в 7-9 раз .