Выработка электроэнергии газогенераторами природного газа

Некоторые хозяева загородной недвижимости пытаются организовать автономное отопление и электроснабжение своего жилья. Им на помощь могут придти газогенераторы для выработки электроэнергии на природном газе. В нашей статье опишем принцип работы такого устройства, ознакомимся с основными видами и некоторыми техническими характеристиками.

Как работает

Работа генератора заключается в преобразовании мощности потока воздуха, который образуется от сгорания рабочей смеси в электрическую энергию. Как известно, газовые генераторы могут работать и на дровах, но в нашем случае основным видом топлива считается природный газ. В состав самого простого механизма входят следующие элементы:

  • Основной компонент — турбина;
  • Компрессор для сжатия воздуха;
  • Камера сгорания.

Принцип действия установки следующий: после попадания воздуха в компрессор происходит его сжатие, после чего потоки кислорода транспортируются в камеру сгорания. На этом участке определённые дозы топлива попадают в потоки кислорода, происходит загорание смеси.

Обратите внимание! Горение газа происходит при одинаковых параметрах давления. В данном случае камера сгорания применяется для прогревания воздуха.

Устройство поршневого газогенератора на примере модели Green Power

Доведённый до высоких температур газ попадает в турбину, его потоки используются для вращения лопаток. Чуть больше половины вырабатываемой электроэнергии используются для работы компрессора, остальная часть служит для включения генератора. В состав одного рабочего цикла входит два изобарных процесса, которые происходят в выхлопной трубе и камере сгорания.

Принцип работы турбины следующий:

  • Сжатие воздуха в компрессоре до получения давления в одну атмосферу;
  • Увеличение температуры рабочей смеси в камере сгорания;
  • Расширение газов в турбине;
  • Освобождение отработанных газов через выхлопную трубу.

Поршневые

Компактный газогенератор

Самыми дешёвыми моделями считаются поршневые генераторы, работающие на газе. По внешнему виду такие установки напоминают бензиновые аналоги. Некоторые приборы могут работать как на бензине, так и на газе. У подобных приборов имеется дополнительный карбюратор и бензобак, что даёт возможность оператору заливать любой из указанных видов топлива для дальнейшего получения электроэнергии.

Поршневой газген состоит из газового редуктора, продуктивность которого выставлена производителем. Выходное отверстие этого приспособления имеет блокировку, что позволяет предотвратить утечку газа при внезапной остановке двигателя.

Обратите внимание! Основным достоинством поршневых газогенераторов считается возможность работы с разными видами топлива. Это может быть сжиженный баллонный газ или метан, который поступает в установку с центрального газопровода.

Следует также обратить внимание на минус использования пропана в качестве топлива в зимнее время года. Дело в том, что рассматриваемый газ плохо испаряется при отрицательных температурах, поэтому редуктор нужно подогревать. В газовых генераторах обычно используют водяное охлаждение вместо воздушного (в бензиновых двигателях). В этом случае горячая вода будет постоянно подогревать редуктор.

Турбинные

Газовый генератор может оборудоваться ещё одним видом двигателя – это турбина. Такое приспособление состоит из трёх основных деталей:

  • Компрессор или центробежный нагнетатель с огромным количеством лопаток. Основной задачей этого прибора считается подача сжатого воздуха в камеру сгорания;
  • Вторая часть газгена — камера сгорания, выполнена в виде полости. Здесь установлена форсунка для подачи топлива и свеча. Последний элемент в отличие от бензинового двигателя служит для запуска турбины, ведь процесс горения происходит в генераторе постоянно. При нестабильном горении, например, во время запуска турбины, процесс управления зажиганием берёт на себя термопара, которая вмонтирована в камеру сгорания;
  • В камере сгорания давление рабочей смеси возрастает в несколько раз. Далее поток газов направляется на лопасти турбины. Лопатки двигателя похожи на нагнетатель компрессора, но их изготавливают из жаропрочного материала. Под высоким давлением газа происходит вращение турбины и лопастей компрессора.

Турбинный газген

Достоинством газовой турбины по сравнению с поршневым генератором считается повышенная мощность и значительный срок службы оборудования. Если в поршневых двигателях рабочий цикл занимает только четверть времени, то в турбине крутящий момент присутствует всегда. Здесь происходят меньшие вибрации, но рассматриваемое оборудование изготавливают из дорогих комплектующих, что в конечном итоге увеличит стоимость прибора.

Себестоимость электроэнергии газогенератора

Многие покупатели перед приобретением газового генератора обращают внимание на срок окупаемости или себестоимость электроэнергии. По информации, полученной от производителей, стало ясно, что для вырабатывания киловатта электроэнергии потребуется примерно 0,3м3 природного газа. Если превратить эти цифры в стоимость энергоресурсов, то можно придти к следующему выводу. В нынешнем году киловатт электроэнергии в России стоит 3,5 рублей, куб газа – 6,5 рублей.

Установка газогенератора в помещении

Обратите внимание! Из простых подсчётов можно узнать, что один киловатт электроэнергии, полученной от газогенератора, обойдётся его владельцу в 2,1 рубля, что в полтора раза дешевле государственного тарифа. Эта небольшая разница пойдёт на покрытие стоимости прибора, он полностью окупится за 1…1,5 года эксплуатации.

Расход газа

Газовые генераторы считаются достаточно экономным оборудованием. В зависимости от модели на выработку одного киловатта электроэнергии уходит от 0,3 до 0,4м3 природного газа. Мощность таких установок колеблется от 2 до 300 киловатт в час, но для обеспечения загородного дома электроэнергией достаточно генератора с мощностью от 3 до 5 киловатт. Именно на такие модели обращает внимание большинство покупателей.

Цена

Вопрос стоимости актуален для многих потребителей, поэтому опишем технические характеристики некоторых популярных моделей газовых генераторов, особое внимание обратим на их стоимость.

Газогенератор KIPOR KNE5500Е

Газген Kipor KNE5500E – это малогабаритное энергооборудование с поршневым двигателем, который может выработать до 4,5 кВт электроэнергии в час. Топливо должно подаваться на рабочий агрегат под давлением не меньше 2кПа.

Здесь можно использовать баллонный газ и природный, который находится в центральном газопроводе. Средняя стоимость Kipor KNE5500E — 70000 рублей. Указанная установка используется в качестве автономного источника электроснабжения в тёплое время года.

Gazlux СС2500B — один из самых дешевых газогенераторов для выработки электроэнергии на природном газе

Вторая модель газового генератора Gazlux CC2500B считается одной из самых популярных на рынке. Стоит такое оборудование около 47 000 рублей, но его мощность ограничена 2,5 кВт, моторесурс не более 2019 часов беспрерывной работы. Установка может использоваться для работы отопительного насоса во время отключения электроэнергии. Устройство имеет воздушное охлаждение, поэтому используется в тёплое время года или при положительных температурах воздуха в помещении.

Ещё один газовый генератор китайского производства Gazlux CC5000D имеет достаточную мощность для обеспечения электроэнергией небольшого коттеджа или загородного дома. Эта установка оснащена звукоизолирующим материалом, её рекомендовано эксплуатировать внутри помещений. Стоит Gazlux CC5000D 95000 рублей.

При выборе типа электрического генератора для обеспечения резервного или постоянного электропитания, в газифицированных районах, в первую очередь следует обратить внимание на агрегаты, работающие на природном газе.

Преимущества

Газовый генератор от магистрального газа имеет целый ряд преимуществ перед аналогами, работающими на жидком топливе.

Рассмотрим эти преимущества в разных аспектах:

  • Экономический. Электроэнергия, вырабатываемая генераторами, сжигающими магистральный газ, является самой дешевой. Стоимость одного киловатт-часа электричества такого генератора в несколько раз дешевле энергии, производимой жидкостными мини электростанциями.
  • Технический. Двигатели внутреннего сгорания, работающие на газе, имеют повышенный эксплуатационный ресурс. Это объясняется тем, что при сгорании газ не загрязняет внутренние поверхности двигателя. Попадая в картер через зазоры поршневых колец, газ не оказывает деструктивного действия на моторное масло и легко удаляется оттуда системой вентиляции картера, вновь отправляясь в камеру сгорания.
  • Экологический. Продукты сгорания природного газа наименее токсичны в сравнении с теми, что выделяются в процессе сжигания жидкого минерального топлива.

Принцип работы и устройство

Электрический газовый генератор представляет собой агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания, использующего газ как топливо, и собственно генератора, находящегося с ним на одном валу. Генератор является электрической машиной, состоящей из вращающегося ротора и неподвижного статора. Вращаемый двигателем ротор создает напряжение на выводах обмотки статора, которое и потребляется нагрузкой.

В электрогенерирующих агрегатах могут применяться два вида генераторов:

  • Синхронные;
  • Асинхронные.

Синхронный генератор оснащен обмоткой возбуждения, расположенной на роторе и питающейся постоянным током через щеточный механизм. Магнитное поле ротора, создаваемое током возбуждения, индуцирует вращающееся магнитное поле в обмотках статора, причем, вращение этих полей происходит синхронно. Частота генерируемого напряжения определяется угловой скоростью вращения ротора, поэтому последняя должна быть постоянной, что достигается системой регулирования оборотов приводного двигателя внутреннего сгорания.

Изменением тока возбуждения регулируется амплитуда выходного напряжения. Такие генераторы имеют обратную связь по напряжению. Это позволяет им быстро реагировать на резкое изменение нагрузки (например, при запуске электродвигателей) и, корректируя ток возбуждения, поддерживать уровень выходного напряжения.

К недостаткам генераторов этого типа следует отнести достаточно сложную конструкцию, обусловленную наличием системы питания обмотки возбуждения и щеточного механизма, являющегося довольно частой причиной отказов.

Асинхронный генератор не имеет щеточного механизма, так как на его роторе вместо обмоток располагаются постоянные магниты, которые при вращении ротора создают вращающееся поле в обмотках статора. Конструкция такого генератора более проста и надежна, но по своим функциональным качествам, он уступает синхронному генератору. Ввиду отсутствия возможности регулировать уровень напряжения, мощность такого генератора должна выбираться с определенным запасом.

Отдельный класс устройств образуют газовые генераторы на природном газе, содержащие инверторные преобразователи. В таких конструкциях используются асинхронные генераторы, имеющие многополюсное исполнение, вырабатывающие напряжение высокой частоты, которое после выпрямления поступает на вход инвертора. Инвертор преобразует постоянное напряжение, обеспечивая строго синусоидальную форму и стабилизированный уровень выходного сигнала.

Газогенераторы инверторного типа несут в себе преимущества синхронных и асинхронных генераторов: простоту конструкции электрической машины, не содержащей щеточный механизм, а также возможность гибко реагировать на изменение нагрузки, стабилизируя напряжение. Кроме этого, качество синусоиды выходного напряжения, задаваемое микропроцессорным блоком, выше, чем в чисто электромашинных системах.

Коэффициент гармонических искажений, являющийся одним из показателей качества электрической энергии, у генераторов инверторного типа, значительно ниже предельной величины, допускаемой действующими сетевыми правилами.

Возможно, вам будет интересно:

Интересной разновидностью газогенераторов является газовый генератор на дровах, который можно сделать своими руками из подручных материалов. Процесс изготовления описан в нашей подробной статье.

Узнайте, что такое аргонно-дуговой сварочный аппарат из подробной статьи на нашем сайте, которая описывает его особенности и критерии выбора.

Виды

Электрогенерирующие установки на газовом топливе различаются по функциональному назначению и типу топлива.

Агрегаты, предназначенные для постоянной работы в качестве основного источника электроснабжения, имеют стационарное исполнение. Обычно это устройства с массивной рамной конструкцией. Компоновка их предусматривает удобный доступ для осуществления операций по обслуживанию механических и электрических узлов агрегата. Конструкция двигателей внутреннего сгорания имеет жидкостную систему охлаждения, оборудованную насосом и выносным радиатором с вентилятором обдува.

Такие агрегаты имеют большие межремонтные сроки и повышенный общий эксплуатационный ресурс.

На фото 1 показан стационарный генератор, подключенный к газовой магистрали.

Фото 1. Постоянный газовый генератор

Агрегат имеет защитный кожух, позволяющий устанавливать его на открытом воздухе. Он может быть размещен на удаленной от жилых помещений территории в целях уменьшения раздражающего влияния шума. Иногда такие генераторы размещают в специально построенных для этого помещениях. Такой вариант размещения позволяет агрегату функционировать в более благоприятных условиях и снизить уровень шума при его работе практически до нуля.

Другой класс электрогенерирующих агрегатов представлен газовыми генераторами с автозапуском, которые служат в качестве резервных источников электроснабжения. Они предназначены для кратковременной (до нескольких часов) работы при исчезновении основного электропитания. Пример такого агрегата представлен на фото 2.

Фото 2. Газовый генератор резервного питания

Критерии выбора

После того, как принято решение о выборе агрегата, использующего газ в качестве топлива, следует рассмотреть газогенераторы для выработки электроэнергии на природном газе. Следующим после типа топлива важным критерием, которым нужно руководствоваться при выборе, является мощность генерирующей установки.

Выбирая генератор для постоянного электроснабжения объекта, нужно учитывать не только существующую в настоящий момент нагрузку, но и прогноз ее увеличения в будущем. Такой агрегат является весьма дорогостоящим, рассчитан на долгое время эксплуатации. Ситуацию, когда установка, например, кондиционера или посудомоечной машины станет невозможной по причине недостаточной мощности генератора, допустить нельзя.

Если генератор предполагается использовать в качестве резервного питания только основной нагрузки, нужно определить ее мощность. Это может быть только часть освещения дома, телевизор и компьютер. Если добавить электроплиту и кухонные электроприборы, требуемая мощность генератора, соответственно и его цена, возрастет.

Кроме мощности выбираемого генератора, могут оказаться важными показатели качества электроэнергии. Например, в доме могут находиться электронные приборы, критичные к форме кривой напряжения питания. В этом случае следует проверять соответствие качества вырабатываемой генератором электроэнергии условиям, необходимым для корректной работы этих приборов.

Необходимо учитывать габаритные размеры агрегата. Ведь для его установки потребуется подобрать походящее место.

Актуальные модели

Рассмотрим некоторые газовые генераторы для дома на природном газе.

На фото 3 изображена газовая миниэлектростанция GREENPOWER CC5000АТ LPG/NG-Т2. Максимальная мощность электростанции Green Power 4,5 кВт. Агрегат оснащен автоматической системой запуска. В комплект поставки входит аккумуляторная батарея.

На фото 4 представлен газовый генератор французского бренда SDMO.

Номинальная мощность агрегата 2,4 кВт. Двигатель имеет воздушное охлаждение, запуск осуществляется вручную. Расход топлива составляет 1,2 л/час. Имеется две розетки на 220 Вольт.

На фото 5 представлен стационарный газовый генератор Generac 6271

Газовый генератор Generac адаптирован для работы на магистральном газе. Он может служить в качестве резервного генератора большого дома или офиса. Такие генераторы обычно снабжены панелью автоматики, управляющей работой агрегата. Включение его происходит автоматически, при исчезновении напряжения питания основного источника. Отключается он также автоматически, после восстановления основного электропитания.

В заключение можно еще раз подчеркнуть, что газовый генератор от магистрального газа является источником самой дешевой электрической энергии, вырабатываемой автономными агрегатами. По этой причине, выбор агрегата, использующего газ в качестве топлива, является самым рациональным решением.