Дизельная электростанция: как определить мощность, выбрать исполнение и степень автоматизации

Несмотря на то, что глобальный рынок технологий распределенных энергоресурсов растет темпами около 6-9 % в год, активно развивается солнечная и ветрогенерация, одними из самых востребованных систем автономного энергоснабжения, особенно в отдаленных и арктических территориях, по-прежнему остаются дизельные электростанции – так называемая «классика советской энергетики».

И это вполне объяснимо: до сих пор на более половины территории нашей страны нет централизованного энергоснабжения, десятки тысяч населенных пунктов обеспечиваются электричеством за счет дизельных электростанций. В данном обзоре мы попытаемся разобраться, что такое дизельная электростанция, для решения каких задач она подходит, какими обладает преимуществами и недостатками и в чем секрет ее неугасающей популярности.

Что такое дизельная электростанция?

Итак, под аббревиатурой «ДЭС» (дизельная электростанция) понимается стационарная или мобильная энергетическая установка, состоящая из двух основных элементов: электрогенератора и двигателя внутреннего сгорания, работающего на дизельном топливе. Соединенные с помощью общей рамы, данные элементы взаимодополняют друг друга и обеспечивают процесс изменения одного вида энергии в другой.

При этом следует учитывать, что термины «дизельная электростанция», «дизель-электрический агрегат», «дизель-генератор» – не тождественные определения. У данных понятий есть существенные отличия:

Дизель-генератор – устройство, состоящее из технологически объединённых дизельного двигателя и генератора;

Дизель-электрический агрегат – устройство, включающее в себя дизель-генератор, а также вспомогательные устройства (раму, приборы контроля, топливный бак);

Дизельная электростанция — это полноценный энергообъект, который включает, помимо дизель-электрического агрегата, множество других важных элементов: устройство для распределения электроэнергии, шкафы автоматики, пульт управления и др. Именно дизельная электростанция позволяет предоставлять потребителю электроэнергию нужного качества и в нужном объеме. И по сути, и делает данное направление автономной энергетики одним из самых востребованных и популярных в отдаленных территориях нашей страны.

Виды дизель-генераторных установок по типу управления

Дизельные электростанции имеют разный уровень автоматизации: от самых простых ручных агрегатов до «умных» установок с дистанционным управлением.

• ДЭС с ручным управлением запускаются и отключаются путем нажатия кнопки. Они просты в эксплуатации и при этом снабжены базовым функционалом по контролю. Недостаток агрегатов с ручным запуском — необходимость постоянного присутствия оператора.
• Дизель-генераторные установки с автоматическим вводом резерва самостоятельно включаются при прекращении подачи тока в сети и останавливаются при восстановлении питания. Набор возможностей зависит от характеристик конкретной модели. Для осуществления некоторых функций требуется участие оператора. Автоматизированные ДЭС оптимальны при организации резервного электроснабжения объектов.
• Дизельные электростанции с дистанционным управлением с помощью компьютера — наиболее продвинутый тип ДГУ. Такие установки позволяют контролировать электроснабжение нескольких объектов с одного пульта. Они используются в сложных разветвленных системах подачи энергии.

Принцип работы ДЭС

Принцип работы дизельной электростанции заключается в преобразовании механической энергии в электрическую. Можно выделить следующие ключевые этапы:

1. В цилиндры двигателя подаётся воздух, где он сжимается и разогревается до высоких пределов. Затем в рабочую камеру под давлением поступает дизельное топливо и происходит его возгорание.
2. Образовавшиеся в результате горения газы запускают двигатель в работу. Коленчатый вал начинает вращаться, запуская в движение ротор электрического генератора.
3. Ротор генератора при вращении возбуждает электромагнитное поле, которое, в свою очередь, создает в обмотке генератора индукционный переменный ток, на выходе превращающийся электрическую энергию.

Бюджет

В этой категории представлена продукция российских и китайских производителей. Примерная стоимость дизель-генераторной установки мощностью 300 кВт в открытом исполнении — 1,2–1,5 млн рублей. ДЭС китайского производства, выпускаемые под марками

• Shandong,
• Shanghai Diesel,
• Ricardo,
• Yuchai,
• Kipor,

в основном представляют собой клоны моделей известных производителей. Несмотря на стремление соответствовать оригиналам, по качеству и надежности они пока еще значительно уступают американским и европейским образцам.

Баланс выгодной цены и оптимальных технических характеристик представляют собой ДЭС российского производства. Сопоставимые по стоимости с китайскими агрегатами, они отличаются надежностью, практичностью, простотой эксплуатации и ремонта. Отечественные ДЭС адаптированы к российским условиям работы, чего нельзя сказать об импортных генераторах.

Сферы применения дизельных электростанций

Дизельные электростанции наиболее активно используются на территориях, где отсутствует централизованное энергоснабжение, или существуют определенные трудности с подачей электроэнергии. Как правило, это:

• малые населенные пункты, расположенные в отдаленных и арктических территориях;
• предприятия сельского хозяйства (фермы, совхозы), а также дачные поселки и садовые товарищества, расположенные на периферии;
• производственные объекты, на которых ведется добыча нефти, газа и других природных ресурсов, расположенные в труднодоступных местах.

Именно там дизельные электростанции могут быть единственно возможным источником электроэнергии. При этом следует учитывать, что дизельные электростанции также могут выполнять и вспомогательные функции:

• резервного источника электроэнергии, когда ДЭС только дополняют основные источники электропитания – централизованные сети;
• аварийного источника электроэнергии, когда ДЭС устанавливают на крупных предприятиях с целью защиты потребителя от возможных аварий и организации бесперебойного энергоснабжения.

Бизнес

Средний ценовой сегмент занимают дизельные электростанции турецкой сборки, поставляемые на рынок под марками

• AKSA,
• Teksan.

Их стоимость — около 2 млн рублей.

Несколько дороже, но также в пределах этой категории — агрегаты европейского производства

• SDMO,
• Gesan.

Эти ДЭС изготавливают на базе комплектующих от ведущих мировых производителей —

• Cummins,
• Perkins,
• Volvo Penta,
• Mitsubishi,
• Doosan.

От агрегатов премиум-класса они отличаются только страной сборки.

Разновидности дизельных электростанций

Существует несколько классификаций современных дизельных электростанций.

В зависимости от назначения выделяют дизельные электростанции:

• передвижные – применяются в качестве переносного или резервного источника электроснабжения;
• стационарные – интегрированы в единую систему энергокомплекса.

В зависимости от конструктивного наполнения выделяют дизельные электростанции:

• открытые – ничем не защищены, могут располагаться только в специально оборудованном помещении;
• в шумозащитном кожухе – кожух снимает уровень шума, что позволяет использовать данные электростанции в населенных пунктах;
• контейнерные – для дополнительной защиты и снижения уровня шума помещается в специальный контейнер или блок-модуль.

В зависимости от количества фаз, генерируемых оборудованием, выделяют дизельные электростанции:

• однофазные – вырабатывают напряжение 220 Вольт
• трехфазные – вырабатывают от 220 до 400 Вольт.

В зависимости от вида напряжения выделяют дизельные электростанции:

• низкого напряжения (до 1 кВт)
• высокого напряжения (свыше 1 кВт).

Типовая конструкция установок на дизтопливе

Конструктивно, все дизельные генераторы относятся к категории многопрофильных устройств с моторами ДВС. Станции производятся двух видов, предусматривающих неподвижное и мобильное применение, в зависимости от эксплуатационных условий.

Практически все дизельные электростанции – представляют собой достаточно сложный механизм, собранный из различных частей и компонентов.

Основными составляющими ДЭС являются:

• Дизельный двигатель четырехтактный. Число цилиндров колеблется от 1 до 8 и соответствует заявленной производительности агрегата.
• Топливная система и аппаратура для закачки воздуха. Внутрь двигателя компоненты смеси поступают раздельно. Дизтопливо через форсунки распыляется внутрь цилиндра топливным насосом, а нагнетание воздуха осуществляется турбокомпрессором. Под действием давления происходит сильный нагрев воздуха, воспламеняющего распыленное топливо.
• Охлаждающая система, отводящая излишки тепла от разогретых деталей и поддерживающая необходимый уровень температуры. В роли охлаждающей жидкости выступает вода или антифриз. Ее движение внутри водяной рубашки происходит по специальным каналам, под давлением, создаваемым водяным насосом. В конце полного круговорота охлаждающая жидкость возвращается в радиаторную емкость и снижает температуру под действием лопастей вентилятора.
• Генераторная установка. Производит электрический ток и, в зависимости от модификации, бывает одно- (220 В) или 3-х фазного (380 В и выше) типа.
• Автоматическая система управления. Более известна как система автоматического ввода резерва. Данная аппаратура выполняет самостоятельное включение генератора без участия оператора.
• Топливный бак. Достаточно вместительный резервуар объемом на 200-300 литров.
• Рама. Металлический каркас, на котором размещаются все узлы и детали. В местах креплений установлены демпферные прокладки, обеспечивающие защиту от вибрационных колебаний.
• Контейнерная емкость, он же кожух. Устанавливается поверх всей конструкции, защищает станцию от внешних негативных воздействий. Снижает уровень шума, производимого во время работы.

Передвижные дизельные электростанции

В данном обзоре отдельно остановимся на такой разновидности современных дизельных электростанций, как передвижная (или мобильная) ДЭС. Ее главное предназначение – выработка электроэнергии в самых труднодоступных местах с возможностью оперативно менять свою дислокацию. Передвижные дизельные электростанции активно используются в горнодобывающей промышленности (например, на различных месторождениях природных ресурсов), в строительной отрасли (при возведении дорог и строительстве удаленных населенных пунктов), в сельском хозяйстве (на удаленных земельных угодьях), а также для удовлетворения нужд частных потребителей.

Вариантов изготовления передвижных дизельных электростанций – большое множество. Наиболее популярны мобильные ДЭС на собственных самоходных шасси; приспособленные для монтажа на кузове автомобиля; имеющие корпус, аналогичный «прицепу».

Как правило, передвижные дизельные электростанции изготавливаются в специальном прочном контейнере, который защищает устройство от неблагоприятных погодных условий (дождей) и механических повреждений. Главным преимуществом передвижной дизельной электростанции является высокая степень мобильности, максимальное удобство в обслуживании, использование электростанции сразу же после приобретения.

Плюсы и минусы дизельных электростанций

У дизельных электростанций, безусловно, имеются свои весомые плюсы, делающие данное направление автономного энергоснабжения популярным долгие годы. Среди основных преимуществ можно назвать следующие:

• высокую степень мобильности и портативности;
• простоту в монтаже и строительстве.

Однако имеются и существенные минусы дизельных электростанций, которые с каждым годом постепенно «вытесняют» ДЭС с лидирующих позиций, в том числе и в отдаленных и арктических территориях страны. Среди основных недостатков назовем следующие:

• низкая степень надежности (дизельные электростанции нередко выходят из строя, процент аварийности достаточно высокий);
• низкая степень экологичности (дизельные электростанции считаются одними из самых экологически «грязных» источников энергоснабжения, именно поэтому все ДЭС тщательно проверяют на соответствие международным стандартам и нормам, в противном случае больших штрафов не избежать);
• необходимость в постоянном сервисном обслуживании (дизельные электростанции нуждаются в постоянном осмотре опытными инженерами, чтобы минимизировать количество аварий);
• ограниченный выбор отечественных дизельных генераторов (наиболее надежны зарубежные дизельные генераторы таких брендов, как Cummins, NeuHaus, Wilson, Aksa – но их стоимость существенно выше российских аналогов).

Техническое обслуживание и рекомендации по эксплуатации

При постоянном и продолжительном использовании установок необходимо соблюдать правила технической эксплуатации дизельных электростанций. Обслуживание проводится специально обученным персоналом. Лица, допущенные к использованию станций, должны хорошо знать принципы их работы, конструктивные отличия и особенности, потенциальные возможности контрольно-управляющих систем.

Периодически все работники, выполняющие обслуживание дизельных электростанций обязаны сдавать экзамены по должностным инструкциям, охране труда и безопасному использованию установок. По итогам экзаменов выдается удостоверение, разрешающее выполнение работы в должности оператора электростанции.

При выполнении обслуживания дизельных станций выполняются следующие действия:

• Перед пуском двигателя в соответствии с ПТЭД проводится внешний осмотр установки. На все движущиеся детали устанавливаются защитные экраны. В устройстве должны отсутствовать видимые повреждения и потеки ГСМ. Масло в двигателе заранее прогревается до 35 градусов. За счет этого облегчается пуск, увеличивается срок эксплуатации.
• После перехода в рабочий режим нужно регулярно выполнять контроль над показателями уровня масла в системе смазки. Допустимая естественная убыль составляет 100 г на каждые 100 часов отработанные агрегатом.
• Узлы регулярно очищаются от пыли и грязи, накопившейся за прошедший период, удаляются масляные следы и потеки. Таким образом, электростанция не перегревается, продлевается срок ее службы.
• Следует контролировать нагрузку, чтобы число потребителей не превысило номинальную мощность генератора. По этой причине генераторная установка чаще всего перегружается и перестает нормально работать, вплоть до полной остановки. Работа без нагрузки свыше 30 минут также отрицательно влияет на ресурс деталей, вызывая их преждевременный износ.
• В случае вынужденного простоя генератора на протяжении долгого времени, рекомендуется хотя-бы 1 раз в месяц запускать его на 1 час.