Газотурбинные электростанции природный газ

Выработка электроэнергии из природного газа

Природный газ является общим термином, используемым для смеси углеводородов, которые являются результатом разложения растительных и животных материалов в течение миллионов лет. Из природного газа сейчас производится порядка 15% всей электроэнергии в мире. Энергия природного газа представляет ископаемое топливо и, следовательно, представляет невозобновляемые источники энергии. Она образовалась, когда доисторические останки животных и растений находились под землей и подвергались высоким температурам и давлениям в течение миллионов лет. Эта энергия наряду с нефтью и углем считается ископаемым топливом и, подобно нефти и углю, встречается в подземных резервуарах, расположенных во многих районах мира.

Основные компоненты природного газа представляют углеводороды: метан с формулой CH₄, а также этан с формулой C₂H₆, пропан с формулой C₃H₈, бутан с формулой C₄H₁₀.

Природный газ самый чистый из всех видов ископаемого топлива. Запасы энергии природного газа, как и другие виды ископаемого топлива, ограничены и поэтому не являются возобновляемым ресурсом. Применение природного газа производит относительно малую долю оксидов азота и углекислого газа по сравнению с нефтью и углем, а также в результатах практически нет твердых частиц или выбросов диоксида серы. Поэтому он становится привлекательным «переходным» топливом по мере того, как энергоснабжение уходит от загрязняющих источников, таких как уголь и ядерные источники в сторону более чистых возобновляемых технологий.

Как генерируется газовая энергия?

Есть два основных типа электростанций, используемых для преобразования энергии природного газа в электричество — открытый цикл и комбинированный цикл.

Открытый цикл

Самое простое: открытый цикл, в котором природный газ горит для создания давления. Давление приводит в действие лопасти газовой турбины, вызывая ее вращение и преобразование тепловой энергии в механическую. Вал соединяет газовую турбину с газотурбинным генератором, поэтому, когда турбина вращается, генератор тоже. Генератор использует электромагнитное поле для преобразования механической энергии в электрическую. Приводя в действие турбину, которая соединена с генератором она заставляет магниты генератора крутиться и создавать электрический ток.

Комбинированный цикл

В электростанции комбинированного цикла, тепло, которое образуется от сгорания приводит в действие турбину назначение которой для того чтобы закипятить воду и создать пар, управляя второй турбиной для того, чтобы произвести даже больше электричества. Это позволяет таким электростанциям преобразовывать до 50% энергии, содержащейся в природном газе — намного больше, чем 33% конверсия угольных электростанций. По этой причине газопоршневые электростанции комбинированного цикла, как правило, используются для обеспечения ежедневной базовой нагрузки, в то время как открытые станции работают во время пикового спроса. Турбины сгорания основаны на принципе реактивных двигателей. С технологией турбины горит природный газ, создавая перегретый воздух, который после этого закачивается в трубы и используется для того чтобы управлять турбиной. Энергия природного газа может также использоваться в технологиях топливных элементов, которые опираются на химические реакции для создания электричества при гораздо более высоких уровнях эффективности, чем это может быть получено при сжигании ископаемого топлива.

Каковы экологические проблемы?

Природный газ оказывает значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем уголь. На основе данных сжигание природного газа генерирует примерно вдвое меньше углекислого газа или CO₂, чем уголь, меньше твердых частиц и очень мало двуокиси серы или токсичных выбросов в атмосферу. Однако сжигание природного газа может привести к образованию оксидов азота и окиси углерода в количествах, сопоставимых со сжиганием угля. Продолжающееся использование этих ресурсов неизбежно приводит к выбросам метана, который является мощным парниковым газом, способствующим глобальному изменению климата. Бурение и разведка природного газа может негативно повлиять на среду обитания дикой природы, дикую природу и общее состояние атмосферы. Среди возможных негативных последствий, связанных с этим топливом, можно назвать эрозию, снижение продуктивности почв, увеличение стока, оползни и наводнения. Если сравнивать природный газ со сжиганием угля, выбросы CO2 значительно ниже, но сжигание природного газа по-прежнему приводит к чистому увеличению выбросов CO2 и, следовательно, может способствовать изменению климата. В зависимости от типа технологии сжигания и конструкции установки газовая установка может оказать значительное воздействие на водные ресурсы. Турбины сгорания не используют значительных количеств воды, но электростанции комбинированного цикла имеют участок для охлаждения пара который может требовать значительных количеств воды.

Подход компаний к энергии газа

Газовые электростанции как источники электрической энергии улучшают надежность нашего общего энергоснабжения. Когда погодные условия ограничивают возможности непостоянных источников энергии, таких как ветер, для выработки электроэнергии, газовые электростанции могут повысить свою производительность, чтобы восполнить дефицит. Это гарантирует, что всегда есть достаточно электричества, чтобы удовлетворить спрос. Сжигание газа также выделяет парниковые газы. Технология улавливания и хранения углерода может представлять собой возможное решение, но пока еще не доказана работа в промышленных масштабах. Ожидается, что технология улавливания и хранения углерода также увеличит стоимости строительства газовой электростанции, а также снизит её эффективность. Вполне вероятно, что в обозримом будущем газовые электростанции будут оставаться частью электроэнергетического комплекса мира, а в долгосрочной перспективе газ может играть заметную роль. Газовые электростанции могут обеспечить гибкую, надежную электрическую мощность, но цены изменчивы и могут резко возрасти или упасть в ответ на международные события, не зависящие от страны.

Преимущества газовых электростанций

Одним из основных преимуществ использования газа для производства электроэнергии является то, что газовые электростанции имеют чрезвычайно быстрое время запуска, поэтому они часто используются для удовлетворения пиковых потребностей в электроэнергии. Газотурбинная электростанция занимает всего 10-20 минут для достижения максимальной мощности по сравнению с несколькими часами для угольных электростанций и до двух дней для ядерных станций.

Выводы

Энергия природного газа является невероятно универсальным топливом, а также используется как эффективный источник в своем собственном праве для отопления, приготовления пищи и горячей воды, это также средство для производства электроэнергии.

Газовые электростанции преобразуют тепловую энергию от сжигания природного газа в электроэнергию, которую можно использовать в жилых домах и на предприятиях.

При большей эксплуатационной гибкости и более чистом сжигании, чем угольные электростанции, все больше и больше газовых электростанций строятся по всему миру, и сегодня природный газ производит около 15% электроэнергии мира.

Источник

Что такое газотурбинные электростанции

Газотурбинная электростанция (сокращённо ГТЭС) — установка, генерирующая электричество и тепловую энергию. Основу ГТЭС составляют одна или несколько газотурбинных установок — силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс. Газотурбинная электростанция может использоваться в качестве основного или резервного источника пи­тания параллельно с энергосистемой. Размещаться ГТЭС может как внутри помещения, так и на открытой площадке на заранее подготовленном фундаменте. В мировой практике газотурбинные электростанции получили широкое распространение в 50—60-х гг. прошлого века, в настоящее время используются реже, т. к. имеют низкий КПД (33-39%) и относительно высокую стоимость за кВт мощности по сравнению, например, с газопоршневыми электростанциями. Внешний вид газотурбинной установки

Принцип работы ГТЭС

Газотурбинная электростанция работает следующим образом: топливо (газ или дизельное горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Газ, смешанный с воздухом, образует топливную смесь, которая под давлением нагнетается в компрессор и воспламеняется. Из сопла вырывается под высоким давлением струя раскалённого газа, попадает на установленные в несколько рядов лопатки турбины и начинает её вращать. Вал турбины передает крутящий момент на ротор генератора, ответственного за выработку электроэнергии, которая, проходя через трансформатор, передается потребителю энергии. Отработанные газы уходят через выхлопную трубу в атмосферу или, если предусмотрена их утилизация, поступают в теплообменник или котел утилизатор и используются для обогрева помещений. Упрощенная принципиальная схема энергоблока газотурбинной электростанции представлена на рисунке: Принципиальная технологическая схема электростанции с газовыми турбинами:
КС — камера сгорания; КП — компрессор; ГТ — газовая турбина; С — генератор;
Т — трансформатор; М — пусковой двигатель.

Сферы использования газотурбинных электростанций

Газотурбинные электростанции могут использоваться в различных сферах, начиная от обеспечения электричеством зданий гражданского и сельскохозяйственного целевого назначения, заканчивая промышленными объектами и нефтегазовыми месторождениями. Использование газотурбинных электростанций целесообразно для удалённых потребителей, особенно — при необходимости отопления объекта.

Виды газотурбинных электростанции

• Стационарные – монтируются на капитальном фундаменте. На них устанавливаются самые мощные турбины и электрические генераторы.
• Передвижные (мобильные) – представляют собой передвижную технику. Как правило используются для обеспечения теплом и электричеством удаленных объектов, например, шахтёрских и нефтедобывающих поселков. Работают не только на газе, но и на жидком топливе.
• Мини-установки – отличаются компактными размерами, что позволяет располагать такую станцию в непосредственной близости от потребителя.

Сравнение газотурбинных и газопоршневых электростанций

возможно бытовое давление, меньше 10 мБар

среднее давление порядка 16-20 Бар

Газотурбинное оборудование стоит выбирать, когда ограничена площадь, которую можно выделить для его размещения. ГТЭС подойдёт небольшим предприятиями и коммерческим объектам, где не требуются большие мощности потребления электроэнергии и каждый квадратный метр на счету. Если есть возможность выделить площадь под установку оборудования, то целесообразнее выбирать газопоршневую электростанцию, поскольку у неё ниже стоимость, да и ресурс ГПУ считается немного большим, чем у ГТУ.

Газотурбинная установка дороже, чем газопоршневая. Высокая стоимость оборудования и ограниченность выбора объясняется меньшим числом производителей ГТУ, отдельные детали и запчасти стоят недёшево сами по себе, за счёт чего увеличивается и стоимость установки в целом.

Внешний вид ГПУ MWM и ГТУ

Газопоршневые установки чаще требуют выполнения технического обслуживания. В них нужно менять масла и фильтры. Но такой нюанс можно компенсировать, если установить на оборудование дополнительно системы, которые будут выполнять долив и очистку масла. В таком случае возрастает период времени между выполнением сервисных работ. В среднем, он может составлять около 3000 часов, то есть обслуживание проводят один раз в квартал. В целом же ресурс ГПУ считается немного большим, чем у ГТУ.

В целом газопоршневые установки привлекательны тем, что окупаются быстрее, не зависимо от того, какая мощность электростанции.

Группа компаний «МКС» – ведущее инжиниринговое предприятие России, основным направлением деятельности которого является строительство объектов малой энергетики – газопоршневых электростанций «под ключ». За 15 лет ввела в эксплуатацию 53 мини-ТЭС в различных регионах России и за рубежом. Суммарная мощность всех введенных объектов Группы компаний «МКС» составила 244 МВт. Группа компаний «МКС» — официальный российский дилер и сервис-партнер MWM Austria GmbH.

© ООО «Группа компаний «МКС», 2020

Копировать материалы с сайта mks-group.ru можно только с письменного разрешения правообладателя или со ссылкой на сайт-источник. Группе компаний «МКС» принадлежит исключительное право на контент сайта mks-group.ru, в том числе запрет использования текстов любыми другими лицами без письменного разрешения, в том числе запрет перерабатывать авторский материал и создавать новый (производный) на основе уже существующего.

Источник