Centrales à gaz: source d’énergie autonome dans une large plage de puissance

Points d’article

• Le principe de fonctionnement des centrales à gaz
• Centrales à turbine à gaz (GTE)
• Centrales à gaz à piston (GGE)
• L’avantage d’utiliser des centrales à piston à gaz dans une ferme individuelle
• Générateurs de gaz de faible puissance
• Centrales de type modulaire de puissance moyenne
• Complexes énergétiques et mini-CHP
• Cogénération à petite échelle
• Dispositif d’une salle de générateur pour GGE
• Connexion et fonctionnement
• Entretien et admission
• Conclusion

Les centrales électriques portables à piston à gaz sont devenues un excellent analogue des unités fonctionnant au diesel et à l’essence. Dans quelle mesure l’utilisation de ces sources d’électricité est-elle rentable, comment en équiper votre maison et quelles nuances vous devez prendre en compte lors de leur utilisation, cet article vous le dira.

La hausse des prix de l’électricité donne lieu à de nouvelles propositions sur le marché des sources d’énergie autonomes. Un nouveau mot dans ce domaine est les centrales thermiques alimentées au gaz naturel. Au cours des 15 dernières années, la production d’installations de ce type a presque doublé et la technologie de production d’électricité locale elle-même est devenue si sophistiquée que le coût d’un kilowatt d’électricité produite est moins cher que lorsqu’il est consommé à partir des réseaux urbains. En savoir plus sur les avantages des centrales au gaz:

1. Polyvalence de placement. Les centrales à gaz ne nécessitent pas de conditions géologiques ou climatiques particulières pour l’installation. En raison de sa taille et de son poids relativement petits, seule une base en béton préparée est nécessaire pour l’installation d’une station autonome. Le manque d’une grande quantité d’eau pour eux n’est pas non plus critique..
2. Durabilité. Différents fabricants garantissent une durée de vie différente. En général, les stations fonctionnent sans réparations majeures pendant 30 ans et avec le remplacement d’un certain nombre d’unités exécutives – jusqu’à 100 ans.
3. Mode de fonctionnement entièrement automatique. L’unité de commande électronique intégrée, qui se trouve dans presque toutes les installations, régule automatiquement l’alimentation en carburant et surveille l’état de santé de l’unité en temps réel. Le rôle du personnel de service est réduit à la commutation opérationnelle, à la surveillance et au contrôle des paramètres.
4. Large plage de puissance. Les mini-centrales au gaz peuvent fournir de l’électricité à la fois aux entreprises à forte intensité énergétique et à une petite maison de campagne. Selon la version, ils garantissent la production d’électricité de 5 kW à plusieurs mégawatts..
5. La possibilité d’utiliser comme source de sauvegarde. Presque toutes les centrales électriques peuvent être équipées d’un ATS et d’une unité de démarrage automatique. De nombreux fabricants produisent des modules standard pour la mise à niveau des générateurs déjà installés.
6. Faible coût de l’électricité produite. Le coût de l’électricité consommée à partir des réseaux urbains comprend les coûts de son transport à travers les lignes électriques et la maintenance des sous-stations. Il est beaucoup moins coûteux de transporter un vecteur d’énergie gazeuse, de sorte que le coût de l’électricité produite par les centrales à gaz est inférieur à deux roubles par kilowatt.
7. Liberté dans le choix du carburant. Les centrales électriques fonctionnent avec tout type de combustible gazeux, y compris le biogaz. Ceci est pertinent pour les fermes d’élevage: la combinaison d’un réacteur à méthane, d’une usine d’enrichissement et d’une centrale électrique en un seul complexe énergétique rendra la production indépendante de l’approvisionnement énergétique.

Le principe de fonctionnement des centrales à gaz

Selon le principe du dispositif, les centrales électriques sont divisées en deux types: turbine à gaz et piston à gaz. Ces derniers ont une conception plus simple, ne nécessitent pas d’entretien coûteux pendant le fonctionnement et constituent l’option la plus économique pour une installation à gaz. De plus, ils n’ont pratiquement aucune limitation de puissance maximale. Les centrales à turbine à gaz sont plus technologiques et de conception complexe, mais moins économiques: leur utilisation ne se justifie qu’à l’échelle de la production industrielle. Leur principal avantage est une résistance élevée à l’usure des unités et une absence totale de prétention au type de combustible: dans certains cas, même la poussière de charbon peut être utilisée, mais un module spécial pour préparer le mélange de carburant est nécessaire.

Centrales à turbine à gaz (GTE)

La base du GTE est une turbine à gaz, agencée selon le principe d’un moteur d’avion à réaction. C’est une chambre de combustion cylindrique qui abrite la turbine principale de la turbine à gaz. De l’air à haute pression et des vapeurs de carburant pénètrent dans la chambre, où ils s’enflamment. Lors du processus de combustion du carburant, un flux de gaz chauds se forme, ce qui entraîne la rotation de la turbine. Il, à son tour, transfère la rotation au compresseur et au générateur, fournissant ainsi une production d’électricité..

Il est caractéristique que les centrales à turbine produisent presque deux fois plus d’énergie thermique que l’électricité. Par conséquent, ils sont souvent utilisés en tant que composant d’une centrale de cogénération en installant une chaudière de récupération de chaleur dans le système d’échappement, assurant ainsi non seulement la production d’électricité, mais également la fourniture de chaleur en grands volumes et à un coût minimal..

Centrales à gaz à piston (GGE)

Dans les centrales à pistons à gaz, la source d’énergie cinétique est une unité de machine fonctionnant sur le principe d’un moteur à combustion interne. L’alimentation en carburant est effectuée par un injecteur et est contrôlée par une unité de commande électronique, grâce à laquelle les centrales à pistons ont un rendement suffisamment élevé. Un inconvénient important du système à piston à gaz est le niveau élevé de bruit et de vibrations pendant le fonctionnement en raison de la présence d’un grand nombre de pièces mobiles. L’avantage de ces moteurs est leur grande adaptabilité à différents modes et niveaux de charge, ce qui ne peut être atteint dans les centrales à turbine à gaz fonctionnant à puissance presque constante..

L’avantage d’utiliser des centrales à piston à gaz dans une ferme individuelle

Les générateurs de gaz autonomes sont d’un grand intérêt tant pour les entrepreneurs individuels que pour les résidents des secteurs privés, des chalets et des petites agglomérations. Dans la pratique, les centrales au gaz justifient pleinement leur utilisation, et leur retour sur investissement est réalisable dans un temps très prévisible. Le seul inconvénient est la nécessité d’un investissement sérieux, en outre, il existe les nuances suivantes:

1. Les unités à piston à gaz sont principalement utilisées.
2. La période de récupération est la plus basse, plus la capacité réelle de l’usine est élevée.
3. L’installation nécessite un terrain séparé.
4. En cas d’utilisation partagée, une infrastructure développée est nécessaire.
5. Le fonctionnement des installations est impossible sans maintenance qualifiée.

Les centrales électriques à gaz autonomes et les centrales de cogénération peuvent être divisées en trois groupes.

Générateurs de gaz de faible puissance

Extérieurement, ils sont similaires à ceux à essence, ils ont un principe de fonctionnement similaire et le coût le plus élevé de l’électricité produite. Ils peuvent être protégés sous la forme d’un boîtier toutes saisons ou nécessitent une pièce spéciale. Ils ne sont pas utilisés comme principale source d’électricité à quelques exceptions près. Le choix de ces générateurs est choisi par les ménages privés et les ateliers de production qui ont besoin d’une source d’électricité de secours et disposent d’un approvisionnement en gaz naturel pour l’installation. Conçu pour le carburant en bouteille, mais cette fonction est rarement utilisée. Contrairement aux installations plus puissantes, elles ont une limitation significative de fonctionnement continu (de 6 à 10 heures). Ont également un inconvénient dans la faible qualité de l’électricité produite.

Caractéristiques principales:

1. Type de moteur: carburateur monocylindre à quatre temps avec refroidissement forcé.
2. Type de générateur: généralement asynchrone générateur auto-excité monophasé ou triphasé.
3. Puissance de sortie: jusqu’à 20 kW.
4. Carburant: gaz naturel, propane-butane.
5. Contrôle: unité de contrôle analogique, protection de relais, commutateur de transfert automatique dans la plupart des modèles.
6. Mise en service: moins d’une minute.
7. Coût: de 2000 $ à 10000 $.

C’est le seul type de générateur de gaz qui peut être déplacé sans effort. Il est souvent utilisé sur les chantiers de construction où il n’y a pas d’alimentation électrique ou lors d’événements sur le terrain. L’utilisation mobile se fait au détriment du prix élevé d’une centrale électrique portable, ce qui rend l’utilisation de l’essence plus efficace dans ce cas..

Centrales de type modulaire de puissance moyenne

Ce sont des blocs de machines de grandes dimensions, ils peuvent être ouverts ou limités par un boîtier de protection antibruit. Ils sont principalement utilisés comme sources principales ou de réserve d’électricité pour les coopératives d’habitation de banlieue, les bureaux et les petits centres industriels et commerciaux, les entrepôts. La productivité de ces centrales électriques est assez élevée et le coût de l’électricité produite est comparable à celui de l’électricité du réseau de la ville..

Caractéristiques principales:

1. Type de moteur: carburateur de type V ou moteur à injection avec 6-16 cylindres, soupapes en tête et refroidissement par eau.
2. Type de générateur: générateur sans balai auto-excité triphasé asynchrone.
3. Puissance de sortie: jusqu’à 1 MW.
4. Carburant: gaz naturel, biométhane, propane-butane.
5. Contrôle: contrôleur numérique, protection multiniveau combinée, commutateur de transfert automatique, autodiagnostic. Le travail est entièrement automatisé.
6. Sortie à la puissance nominale: jusqu’à une heure.
7. Coût: de 10 000 $ à 250 000 $.

Les unités à piston à gaz de cette classe sont la méthode la plus rationnelle d’approvisionnement autonome en électricité des zones résidentielles et des entreprises à forte intensité énergétique. La limite d’heures moteur établie leur permet d’être utilisés en continu, en s’arrêtant deux fois par an pendant une journée pour l’entretien. Les centrales électriques sont équipées d’unités séparées pour la préparation du combustible gazeux et de l’appareillage intérieur pour la commutation primaire.

Cet équipement est complètement stationnaire et, une fois installé, nécessite des sites ou des bâtiments spécialement équipés et équipés d’une base en béton préparé pour compenser les vibrations, les silos à combustible, l’évacuation des gaz et les systèmes de ventilation. Grâce à la régulation automatique de l’approvisionnement en carburant, le coût de l’électricité produite est nettement inférieur à celui du réseau.

Complexes énergétiques et mini-CHP

Bien que les centrales au gaz incluent la possibilité de fonctionner en mode cogénération à partir de 100 kW de puissance électrique, le meilleur rendement devrait être attendu des complexes électriques avec un potentiel de plusieurs mégawatts. Ces unités sont des centrales miniatures combinées de chaleur et d’électricité équipées de chaudières à eau chaude ou à vapeur, ou de pompes à chaleur. Les systèmes énergétiques les plus avancés axés sur des travaux économes en ressources utilisent simultanément plusieurs niveaux d’évacuation de la chaleur: une chaudière de récupération de chaleur, un économiseur et un circuit d’évacuation de chaleur à faible potentiel.

Caractéristiques principales:

1. Type de moteur: 12 cylindres et plus, avec injection d’air forcée, un circuit de refroidissement à deux niveaux et un échangeur de chaleur sur le collecteur d’échappement.
2. Type de générateur: générateur sans balai triphasé asynchrone.
3. Puissance de sortie: plus de 1 MW.
4. Carburant: gaz naturel, biocarburant, propane-butane, gaz de pétrole associé.
5. Gestion: poste opérationnel entièrement automatisé.
6. Pleine puissance: 4-5 heures.

La conception, la fabrication et l’installation des complexes énergétiques sont réalisées individuellement. La tâche de chaque projet est la plus grande harmonisation des charges thermiques et électriques de l’installation avec la capacité de production du complexe. La construction de centrales électriques est généralement réalisée clé en main. Les principaux consommateurs sont les complexes résidentiels, les entreprises à forte intensité énergétique, les centres de données et les camps de travail. Le coût de 1 kW d’énergie produite – pas plus d’un roubles et demi.

Cogénération à petite échelle

Des usines de mini-cogénération fonctionnant aux combustibles gazeux ont commencé à apparaître en Russie relativement récemment, mais elles ont néanmoins démontré une excellente efficacité. Aujourd’hui, plus de 200 installations fonctionnent sur le territoire de la Fédération de Russie, dont la plupart sont situées dans des régions reculées. Le principal argument en faveur de l’installation d’une mini-cogénération dans l’installation est l’exigence d’une autonomie complète ou l’impossibilité de se connecter aux principales lignes d’alimentation. Dans ce cas, la question de la faisabilité économique est mise au second plan..

L’avantage d’une mini-cogénération est que la station produit de l’énergie électrique, qui représente près de la moitié du coût du réseau. L’énergie thermique est entièrement gratuite dans la production, et par conséquent sa valeur de consommation se compose exclusivement du coût de l’entretien et du transport des équipements sur de courtes distances..

La perspective d’utiliser des centrales mini-cogénération partout n’est qu’une question de temps. Ainsi, lors de la construction de complexes résidentiels de nouvelle génération, la question du raccordement à des sources centralisées de chaleur et d’électricité ne vaut pas du tout la peine. La qualité et le mode d’approvisionnement de ces ressources laissant beaucoup à désirer, les nouveaux bâtiments sont équipés de leurs propres systèmes électriques, dont bénéficient à la fois les propriétaires et leurs utilisateurs..

La reconstruction des lignes de services publics pour utiliser la mini-cogénération est associée à un certain nombre de difficultés. Tout d’abord, c’est la question des investissements volumétriques en capital. La restructuration du secteur de l’alimentation électrique pour une petite entreprise avec une charge thermique et électrique de 2 MW coûtera à l’administration 20 millions de roubles. La deuxième raison de la faible distribution est le problème de l’absence de son propre réseau de communication technique: si les sources centrales de chaleur et d’alimentation électrique sont abandonnées, l’entreprise devra soit racheter toute l’infrastructure existante, soit créer la sienne. Il n’est rentable que si les ressources énergétiques sont vendues à des consommateurs tiers..

Dispositif d’une salle de générateur pour GGE

Il ne sera pas possible d’effectuer les travaux d’installation et de mise en service par nous-mêmes, avec tout le désir, à moins que nous ne parlions de générateurs de faible puissance. Mais il est tout à fait possible de préparer une pièce ou un site pour l’installation d’une centrale électrique: cela aidera à économiser partiellement sur les services coûteux des organisations d’installation.

Placement ouvert. Lors de l’installation d’une installation d’une puissance électrique supérieure à 500 kW, il sera nécessaire d’installer une plateforme en béton équipée de moyens d’amortissement passif des vibrations. Le principal avantage de l’emplacement ouvert de l’unité motrice est une évacuation efficace de la chaleur et l’absence de besoin de systèmes d’évacuation des fumées. Pour augmenter la commodité du personnel de service, un auvent est construit sur les panneaux de commande et le bloc mécanique.

Installation intérieure. La nécessité d’une isolation complète de la centrale dépend de la conception climatique de l’équipement. La pièce doit être équipée d’un système avancé de ventilation et d’extinction d’incendie. Le système d’échappement de fumée est représenté par des extracteurs de fumée associés à un collecteur commun. Il sera nécessaire d’installer une cheminée dont le débit et la hauteur sont choisis conformément aux recommandations du fabricant de l’équipement. Les exigences pour les bâtiments des centrales thermiques sont réglementées par SNiP II-58-75.

Connexion et fonctionnement

La centrale est alimentée soit par une bouteille via un réducteur spécial, soit par du gaz principal dont la pression correspond aux paramètres requis. Pour se connecter au secteur, la centrale électrique doit être enregistrée en tant qu’appareil à gaz supplémentaire, ce qui est fait selon la procédure standard avec l’introduction de modifications au projet d’alimentation en gaz domestique.

Le générateur de gaz est connecté au réseau électrique via un interrupteur à deux positions, si l’installation elle-même ne met pas en marche l’unité ATS, ou via un limiteur de puissance, un disjoncteur ou un sectionneur de ligne avec un complexe RZAiT. Il est très utile d’organiser une unité de mesure interne pour une connexion directe ou sur des transformateurs de courant sur la ligne génératrice – cela aidera à contrôler le coût de l’électricité produite et à suivre rapidement la consommation de carburant.

Pendant le fonctionnement, il est important de respecter le mode de fonctionnement prescrit, exprimé en nombre d’heures moteur par jour. Les centrales électriques de plus de 100 kW ont un mode de fonctionnement continu pendant 361 jours par an, les moins puissantes peuvent fonctionner de 6 à 20 heures par jour. Pendant le fonctionnement, presque tous les paramètres sont surveillés automatiquement, en cas de dysfonctionnement, soit le moteur s’arrête, soit le générateur coupe l’alimentation en tension. D’autres diagnostics sont effectués conformément au manuel d’instructions.

Entretien et admission

La plupart des usines à pistons à gaz d’une capacité allant jusqu’à 5 MW ne nécessitent pas la présence constante de personnel d’exploitation. La surveillance et le contrôle des paramètres peuvent être établis via la liaison sans fil, mais une inspection périodique doit être effectuée personnellement. L’entretien de la station consiste à effectuer des réparations programmées par les spécialistes des sociétés de service et à maintenir le niveau d’huile normal dans le moteur. L’intervention indépendante dans la conception de la station n’est pas autorisée par les termes du service de garantie. Tout ce qui est exigé du propriétaire est d’arrêter le fonctionnement du générateur lors d’une réparation programmée ou de transporter une centrale de faible puissance vers un centre de service si nécessaire.

Conclusion

L’industrie de la production locale d’électricité et de chaleur est considérée comme un potentiel de développement au niveau mondial. Produire de l’énergie de cette manière est une contribution significative à la sauvegarde des réserves mondiales de combustibles fossiles et donnera suffisamment de temps pour une transition complète vers la production d’électricité et de chaleur à partir de sources renouvelables..

Le principal problème de l’utilisation locale des centrales électriques est le maintien de la sécurité environnementale dans la zone urbaine. Mais même cet inconvénient est très facile à éliminer lorsqu’on utilise des installations qui absorbent les produits de combustion du gaz naturel.

Pour les citoyens ordinaires, les centrales au gaz sont une excellente occasion de réduire de près de moitié le prix de l’électricité et, si nécessaire, d’utiliser un chauffage centralisé presque gratuit..

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