Energetiniai įrenginiai


ELEKTROENERGETIKA ANT REVOLIUCINIO PERSITVARKYMO SLENKSČIO
Generacijos būdų pasikeitimų būtinybė, elektros paskirstymo ir pristatymo vartotojams, brendo viso XX a. antrąją pusę. Problemos kilo ir kaupėsi su jėga, tiesiogiai proporcinga gyventojų augimui, ekonomikai, naujų rajonų pramoniniam diegimui ir civilizacijos pasisitūmėjimui į anksčiau neapgyvendintus rajonus.

Valdomumas
Viena iš pagrindinių problemų tapo  stambių elektros tiekimo tinklų valdomumo dereguliavimas ir pažeidimas, apimantis daugelį laiko juostų ir milžiniškas teritorijas su aukšta gamybos ir gyventojų koncentracija. Apkrovos nevientisumas, šoktelėjimai ir pikai, vis sunkiau pristabdomi netgi pačiomis moderniausiomis dispečerizacijos ir valdymo sistemomis. Kai deficitas tampa užribinis, atsiranda dereguliavimas, su kuriuo galima susidoroti tiktai deficito pašalinimo būdu, ypač jeigu yra energodeficitas.

Ekologija
Pasaulinė visuomenė susirūpinusi ekologinėmis problemomis, lydinčiomis stambių elektros stočių eksploataciją, kurios, daugumoje atvejų neaprūpina ekologiškai priimtinų kenksmingų medžiagų išmetimo į atmosferą normų.

Ekonomika
Reikiamybių disbalansas elektroenergijoje pagal teritoriją ir laiką veda į ekonominės problemos atsiradimą, susijusios su sunkiai prognozuojama , dėl ypatingų savybių, elektros energijos kaip prekės, kainų dinamika paros laikotarpy. Elektros energija privalo būti pristatoma akimirksniu, tuo metu, kai jos prireikia, taip pat kaip pagaminta- negali būti sandeliuojama, ji tuoj pat turi būti pristatyta vartotojui. Pastaruoju metu, dėl intensyvaus ekonomikos ir socialinės infrastruktūros vystymosi, ekonominės pasekmės šių ypatingų energijos- prekės savybių, pradėjo reikštis vis ryškiau.

 

Patikimumas
Elektros tiekimo patikimumo problema esti ypatingai opi, ypač kritiškai svarbiose srityse. Stebimo energetinių sistemų maštabo didėjimo, struktūrų bei ryšių sunkinimo sąlygomis, tampa vis sunkiau aprūpinti pastovų  didelių energetikos sitemų funkcionavimą.


Priklausomybė
Bet kuri įmonė, gamyba, namų ūkis- tampa priklausomybės nuo energijos tiekėjų ir energiją generuojančių kompanijų veiksmų įkaitu, kurie gali nutraukti elektros tiekimą bet kuriuo metu, dėl priežasčių, nesusijusių su konkrečiai duotuoju objektu, o iššauktų tegu net pagrįstais ginčais su kitais objektais, kurie prijungti prie tos pačios elektros perdavimo linijos. Nepalankūs poveikiai, išorinės aplinkos faktoriai, ypač charakteringi mūsų šaliai, periodiški elektros tiekimo atjungimai, ir nepatenkinama energijos kokybė daro aktualią užduotį šios priklausomybės minimizacijai.

 
Inertiškumas
Greitas generuojančių ir perduodamų galingumų augimas su naudojamų technologijų pagalba neįmanomas. Didelės elektros stotys statomos metais. Dažnai elektros deficitas tampa neapeinamu barjeru ekonomikos augimui. Paklausa elektros energijai ženkliai lenkia generuojančių galingumų augimą. Didelių elelktros stočių statybos tęsiasi ilgus metus ir reikalauja didžiulių lėšų, dar didesnių lėšų reikalauja naujų elektros tiekimo linijų tiesimas bei jų aptarnavimas. Ypač tertitorijoms, anksčiau neapimtoms elektros tinklais.

 

Alternatyva
Žinoma nacionalinių energetinių infrastruktūrų vystimosi alternatyva tapo lokalinės elektros bei šilumos  gamybos sistemos. Anksčiau autonominiai elektrą generuojantys įrenginiai buvo naudojami tik atskiruose rajonuose, o taip pat kaip rezervinis ar avarinis elektros energijos tiekimo šaltinis. Dabar sprendžiančiu vystymosi vektorium esti devizas: nepriklausomybė, patikimumas, ekonomiškumas, ekologiškumas.

 
PROBLEMŲ SPRENDIMAS- PASKIRSTYTA ELEKTROS ENERGIJOS INFRASTRUKTŪRA
Elektros energijos rinkoje atsiranda nauji žaidėjai, naudojantys naujas technologijas, dideliem pertvarkymam elektros energijos gavimo ir paskirstymo sistemuose su tikslu- išspręsti susikaupusias problemas.

 
Perspektyva
Atėjo pagal teritorijas paskirstytų elektros stočių laikas, jungiančių nedidelius įrenginius elektros energijos gavimui, kuriems nusimato visiškai pakeisti elektros energijos gavimo bei paskirstymo būdą artimiausioje ateityje. Paskirstytos nedidelių elektros generatorių elektros stotys, valdomos antriniu kompiuteriu, per Interneto/Intraneto tinklą, išsidėsčiusių  betarpiškai arti nuo vartotojų, turi būti labai svarbūs būsimoje elektros energijos rinkoje.

 

Pranašumai
Tokių siūlomų sistemų pranašumas bus suprastas artimiausioje ateityje. Vienas iš svarbių privalumų yra tas, kad jos gali būti sugrupuotos į klasterius, sujungtos į tinklus ir aptarnauti daugelį vartotojų, išsidėsčiusių daugelyje vietų ir veikti panašiai kaip centralizuotos sistemos, kontroliuojamos iš vienintelės vietos.

 

Savarankiškumas
Tuo pačiu metu kiekvienas sklypas gali būti šeimininkas vieno ar kelių tokių elektroenergetinių įrenginių, priklausomai nuo energijos poreikių. Tai suteikia lankstumą bei autonomiją.

Santaupos
Paskirstytos elektros stotys leidžia išvengti nuostolių ir papildomų investicijų, susijusių su elektros energijos perdavimu ir paskirstymu. Jos taip pat suteika galimybę bendram šilumos ir elektros energijos išdirbimui, tenkinant individualius poreikius, tokiu būdu didinant visos energetinės sistemos bendrą efektyvumą.

 

Sutartinumas
Nedidelių įrenginių rinkinys elektros energijos gaminimui gali būti valdomas per centrinį kompiuterį, aprūpinantį optimaliu režimu, suderintu su visos sistemos funkcionavimu pagal elektros tiekimo kriterijų visumą.

 

Efektyvumas
Nauda atsiranda ne tik dėl elktros energijos ekonomijos, o taip apt dėl mažų aptarnavimo sąnaudų, elektros energijos pertekliaus perdavimo, pigesnių saugumo sistemų, padidintų šilumos bei elektros energijos sąnaudų tikslumu, operatyvumu, bei sąskaitų išrašymo tikslumu.
Artimiausiais metais tokios elektros stotys atsiras su veržliu jų skaičiaus augimu. Judėjimas prasidės nuo individualių mikro elektros stočių, atskiro vartotojo poreikių tenkinimui: cecho, restorano, namo, ir taip toliau. Po to atsiras paskirstymo ir elektros energijos pertelkiaus perskirstymo tinklai.

 
PASKIRSTYTŲ ELEKTROS STOČIŲ ĮRANGA
Reikšmingas dujinių mikroturbinų technologijų protrūkis , kurios išėjo iš konstruktorių bandymų išdirbimo stadijos ir tapo realia preke, išstumia jas į vieną iš svarbiausių pretendentų į pagrindinį elektrą generuojančių agregatų vaidmenį, lokalinų elektros tiekimo sistemų organizacijom.

Dujų mikroturbininiai elektros generatoriai turi puikias savybes: ekologinė švara, elektros energijos pigumas, gaunamos veikimo metu šilumos panaudojimo galimybė, vartojimo artumas, nėra brangių paskirstymo linijų ir pastočių būtinybės. Jas lengva pervežti ir įrengti. Jos dirba esant įvairiam kurui: gamtinės dujos, suskystintos dujos, „pakeleivingos" dujos, šachtinės dujos, biodujos.

Atitinkamai ir panaudojimo sfera plati. Mikroturbinas galima naudoti gręžimo platformuose, gręžiniuose, šachtose, valymo įrenginiuose, o taip pat kaip rezervinius, pagalbinius ir pagrindinius elektros energijos šaltinius ligoninėse, oro uostuose, gyvenamose masyvuose, mažose įmonėse ir netgi stambiose gamybose pagalbinių sistemų maitinimui ir tinklinės energijos sąnaudų mažinimui. Jos turi didelį tarpremontinį resursą ir mažą eksploatacinių išlaidų kainą.


Dujų mikroturbininių elektros generatorių diegimas duoda ženklų ekonominį efektą galutiniam vartotojui, aprūpindamas jį kokybišku, nepertarukiamu elektros tiekimu.


Mikroturbinos konstrukcija

 
Palankios techninės ir eksploatacinės mikroturbinų charakteristikos, yra originalios konstrukcijos ir kruopštaus visų konstrukcijos elementų ir mazgų  įdirbio pasekmė, naudojant naujausius pasiekimus medžiagotyros, termodinamikos, elektrotechnikos, valdymo ir mechanikos srityje. Dešimčių prototipų platūs lauko bandymai, visų elementų išbaigtumas dešimties metų bėgyje, leido 1998 metais rinkai pristatyti baigtą komercinį produktą. Naujų variantų bazinio modelio tobulinimas ir išbaigtumas nepertraukiamai tęsiasi įskaitant pramoninę eksploatacijos patirtį skirtingomis sąlygomis ir daugiau nei 2000 įrenginių naudojimą.

Turbinos konstrukcijoje realizuotas didžiulis intelektualinis kapitalas- 60 patentų išradimams ir 100 pareiškimų naujiems patentams.

Mikroturbinos dirba:

-plačiame apkrovų diapazone
-autonominiu režimu arba paraleliai su tinklu
-vienetiniu režimu (viena turbina) arba multi-pack (kelios turbinos) režimu.

 

Mikroturbinos naudoja platų kuro spektrą:

-aukšto arba žemo slėgio gamtinės dujos
-biodujos (atliekų dujos; dujos, gaunamos valant nutekamuosius vandenis; anaerobinės dujos)
-fakelinės dujos
-dyzelinis kuras
-propanas
-žibalas.

 
Komponavimas
Turbina atlikta konstrukcijos, su viena judančia detale- besisukančiu valu- pavidalu, ant kurios vienos ašies išdėstyti: elektrinis generatorius, kompresorius ir betarpiškai- turbina. Greitaeigis valas sukasi 96000 apsukų per minutę greičiu, kai krūvis nominalus ir palaikomas oriniais guoliais, kurie nereikalauja skysto sutepimo ir periodinio aptarnavimo. Jų įrenginys yra apsaugotas intelektualinio kompanijos patento nuosavybe.

Kita nepaprasta turbinos savybė yra visų pagrindinių mazgų komponvimas. Vienoje, pagal gabaritus nedidelėje apimtyje išdėstyti- kompresorius, degimo kamera, rekuperatorius, betarpiškai- turbina, ir pastovūs elektrogeneratoriaus magnetai. Generatorius atšaldomas netekančiu oro srautu, kas atmeta šaldymo skysčiu sistemoje reikaimybę.

Šitie ir kiti konsrtuktoriniai ypatumai apsprendžia įrenginio palankias vartotojiškas savybes. Tame tarpe- įrenginys dirba beveik be vibracijų, neskleisdamas didelio triukšmo į supančią aplinką netgi be specialių triukšmą slopinančių gaubtų.

Elektrogeneratorius
Greitaeigis generatorius gamina aukšto dažnio srovę (iki 1600 hercų), kuri konvertuojama į pastovią  srovę, o po to srovė pasikeičia nominalaus dažnio ir įtampos išeinama srove. Elektros sistema aprūpina aukštą išeinančio galingumo kokybę, turint omeny stabilumą, amplitudę, dažnį, sinusoides bei nuokrypius atitinkamai su ISO standartais. Tai labai svarbus vartotojiškas ypatumas daugumai taikymų.

 
Degimo kamera
Kruopštūs darbiniai bandymai ir turbinos eksploatacijos patirtis parodė patikimą kuro sistemos darbą. Turbina tinkama darbui su įvairiom kuro rūšim: gamtinėm, šachtinėm, suskystintom ir „pakeleivingom" dujom, be kita ko su labai dideliu sieros vandenilio išlaikymu, biodujom, o taip pat skystu dyzeliniu kuru ir žibalu. Maži reikalavimai kuro kokybei (užterštumas priemaišomis) susiderina su maža kenksmingų medžiagų koncentracija išmetamose degimo produktuose.

Visa tai buvo pademonstruota specialių bandymų eigoje ir patvirtinta atitinkamais oficialių aplinkos apsaugos institucijų sertifikatais. Išmetamųjų teršalų lygis toks žemas, kad įtvirtina naujus ekologinius standartus mažosiom elektros stotim.

Kontrolės ir valdymo sisitema

Mikroturbinos valdymas ir kontrolė įgyvendinama automatinio valdymo mikroprocesorine sistma. Aukšto lygio automatizacijos bei aukštos kokybės ir patikimos valdymo sistemos dėka, įrenginys veikia automatiniu režimu, nereikalaudamas nuolatinio personalo budėjimo, dirbant normaliu režimu. Kritinių situacijų atveju, sistema automatiškai įjungia įrenginį ir įsimena avarinio atjungimo priežąstį. Sistema valdo automatinio paleidimo režimus, sustojimus, kontroliuoja darbo režimus, gaunamus iš kuro sąnaudų daviklių, temperatūros, sukimosi greičio elektros apkrovų ir t.t.

 
Skaitmeninėje valdymo sistemoje realizuoti sudėtingi valdymo algoritmai, kurie palaiko pastovų įrenginio darbą ir panaudojimo daugiafunkciškumą žiūrint iš vartotojiškos pusės. O būtent- numatyta automatinio paleidimo galimybė, kai tinkle dingsta įtampa (naudojant mikroturbiną kaip rezervinį elektros energijos šaltinį). Valdymo sistema aprūpina visiškai autonomiško darbo variantą ir darbą kartu su tinklu, tam, kad „nuimti" pikines apkrovas ir perduoti papildomą elekrtos energiją į tiklą.


Valdymo sistema aprūpinta operatoriaus pultu rankiniam valdymui ir įvairių režimo funkcijų programavimui. Sistemos ypatumas- nuotolinio valdymo funkcija per ryšio kanalus bei interneto/intraneto tinklus, kuri drauge su kitais, kuri išsprendžia koordinuoto valdymo grupinių įrenginių, išdėstytų skirtingose vietose, bet dirbančių vienu režimu, užduotį. Pirmajam turbinos paleidimui įrenginys aprūpintas akumuliacinėmis baterijomis.

 

Mikroturbinų komplektacijos variantai

Valdymo tipas:

-drabas tik su tinklu
-darbas autonominiu režimu su tinklu

Esamos nuotolinio valdymo funkcijos:

-taip (modemas, Ethernet)
-ne
 
Variklio tipas:

-be rekuperatoriaus
-su rekuperatorium 

Kuro slėgis įėjime:

-žemas
-aukštas
 
Papildomas funkcionalumas esant agresyviom išorės sąlygom:

-ne
-jūrinis atlikimas
-arktinis atlikimas
 
Korpuso konstrukcija:

-išorinis apsauginis gaubtas iš metalo ar palstiko, naudojimui ne patalpose
-apsauginis gaubtas gamykliniam naudojimui ne patalpose
-karkasinė sandara
-be gaubto, montavimui konteineriuose ar kt.
 
Kuro rūšis:

-gamtinės dujos
-propanas
-neišvalytos dujos su aukštu (iki 7%) sieros kiekiu
-biodujos
-nutekamųjų vandenų dujos
-skystas dyzelinis kuras arba žibalas.
 
Svarbu pažymėti, kad individualių gaubtų variantai gali būti skirtingi, o individualus arktinis konteineris įrengiamas su katalitiniu dujiniu šildytuvu ir apsauga nuo lašų. Priklausomai nuo konteinerio dydžio, jame gali būti sumontuotos 2,3 ir daugiau mikroturbinų be gaubto, priklausomai nuo reikalaujamo galingumo. Mikroturbinos tai pat gali būti sumontuotos ant ratinės važiuoklės.

Modelis be rekuperatoriaus sudegina daugiau dujų, prie tokių pačių energijos išėjimų ir prie padidintos išmetimo temperatūros, kas leidžia ją naudoti „pakeleivingų" dujų utilizacijai, naftos ir dujų pramonėje.

Kogeneracija
Išskyrus elektros energiją turbina gali gaminti šilumą. Tam ji turi būti komplektuojma su specialiu įrengiuniu, utilizuojančiu išmetamųjų dujų šilumą. Tokios energetinės sistemos, kartu išdirbdamos elektrą ir šilumą, priskiriamos CHP klasei. Mikroturbinos atveju, jos vadinamos micro-CHP. Specialiai kompanijos mikroturbinom, sukonstruoti keli, tokių šilumokaičių tipai bendram darbui su 1, 2, 4 ir t.t. mikroturbinom. Jas gamina JAV, Europoj, Japonijoj.

Micro-CHP įrenginių naudojimas ženkliai padidina naudingumo koeficientą (iki 80%) ir išsprendžia šilumos tiekimo apšildymui ir karšto vandens gavimui uždavinius.

Naudojimas
◦ Energijos tiekimo rezervavimas.
Centralizuoto tinklo pažeidimo atveju.

Autonominė elektros energijos gamyba.

Atskirų gyvenviečių, atskirai stovinčių pastatų, statybinių aikščių, naftos atsiradimo vietų, naftos  
bokštų, atskirų ryšio stočių ir kt. objektų aprūpinimas elektros energija, kur elektros tinklai    
nepasiekiami.
Maksimalios (pikinės) apkrovos sumažinimas.
Išlaidų optimizavimas.
Papildomas galingumas.
Operatyvumas.
◦ Kogeneracija.
Šilumos (kondicionuotas) gaminimas ir elektros gaminimas vienu metu.
◦ Kokybė ir patikimumas energijos tiekime.
Nuostolių optimizavimas dėl galingumo koeficiento korekcijos.
◦ Alternatyvaus kuro, gaunamo  iš šiuo metu atliekamų energijos šaltinių, naudojimas.
„Pakeleivingos" dujos, biodujos, šachtinės dujos, nutekamųjų vandenų dujos.

Energija visada reikiamoj vietoj, reikiamu laiku


Panaudojimo sritis

Panaudojimo tikslas

Panaudojimo efektas

Gamtiniai resursai

Išteklių sritys

Nafta

Dujos

Anglis

Miškas

Įvedimas į ūkinę apyvartą, šiuo metu atliekamų resursų.

„Pakeleivingų" dujų, šachtinių dujų, pjuvenų, skiedrų ir kitų pašalinių gamybos produktų sudeginimas.

Operatyvus energijos tiekimas.

Galutinės produkcijos savikainos mažinimas dėl pigios elektros ir šiluminės energijos.

Operatyvus energijos tiekimas.

Ekologinės aplinkos gerinimas.

 

 

 

Pramonė

Pastovus aukštos kokybės elektros energijos ir šilumos tiekimas.

Nuosavos tinklinės energetinės infrastruktūros pastatymas su priklausomybės nuo išorinio tiekimo sumažinimas.

Pikinių apkrovų sulyginimas (deficito mažinimas).

Pigios elektros ir šilumos gavimas.

Produkcijos savikainos mažinimas.

Laipsniškas energijos galingumo augimas.

Tolygus lėšų investavimas nedideliais kiekiais su greitu energijos gavimu gamybinėm ir ūkinėm reikmėm.

 

 

Ūkininkystė.

Maisto pramonė.

Ūkinės veiklos energijos poreikio tenkinimo didinimas (fermos, šaldytuvai, sandeliai, perdirbimas).

Patikimas energijos tiekimas.

Atliekamų resursų panaudojimas (gyvulininkystės atliekos, augalinės atliekos, maistinės atliekos) elektros ir šilumos energijai gauti.

Išlaidų mažinimas elektros perdavimo linijų statymui.

Nuostolių nuo elektros tiekimo pertraukimų mažinimas (greitai gendantys produktai).

Dalies išlaidų mažinimas elektros energijai produktų savikainos struktūrai.

Statybos

Kotedžų rajonai

Gyvenvietės.

Autonominis arba rezervinis elektros ar šilumos energijos tiekimas.

Gyvenimo ir darbo kokybės gerinimas.

Prastovų darbe dėl elktros energijos trūkumo pašalinimas.

 

 

Komunaliniai ūkiai.

Papildomi galingumai.

Pikinių apkrovų mažinimas.

Miesto infrastruktūrų gyvybiškai svarbių objektų avarinis tiekimas.

Energijos gavimas iš gyventojų atliekų (šiukšlės, nutekamieji vandenys).

Atliekų utilizacijos problemų sprendimas.

Miesto ūkių pastovumo funkcionavimo didinimas.

Energijos savikainos mažinimas.

Išlaidų mažinimas iš šalies isigytai energijai.

Miesto ekologinių problemų sprendimas.

 

 

Energetika.

Infrastruktūros paskirstyta elektros ir šilumos generacija sukūrimas.

Elektros tiekimo patikimumo didinimas.

Papildomi galingumai.

Pikinių apkrovų mažinimas.

Rezervavimas.

Lėšų investavimo grįžimo pagreitinimas greitų galingumų įvedimo dėka. Tolygus prieaugis.

Elektros tinklų statymo išlaidų mažinimas.

Pajamų didinimas dėl apskaitų gerinimo, sąskaitų išrašymo operatyvumo padidinimas ir energijos atidavimo kontrolė apribotoje teritorijoje.

 

Medicina

Ryšys

Bankai.

Patikimumas dėl rezervavimo ir energijos kokybės.

Pikinių apkrovų mažinimas.

Nepertraukiamas profesionalių užduočių sprendimas.

Informacijos išsaugojimas.

Ryšio stabilumas.

Aptarnavimo sfera.

Mažos (atskiros)įmonės (parduotuvės, turgūs, restoranai, kepyklos, skalbyklos, ir t.t.).

Energijos tiekimo problemų sprendimas neprieinamumo sąlygomis arba esant prijungimo prie tinklų sunkumams.

Esant kai kuriems pradinių organizacijos įrengimo išlaidų padidėjimams, ekonomijos pasiekimams sekantiems eksploatacijos periodam.

Verslo konkurencingumo didinimo dėl nuosavos energijos pastovaus tiekimo ir mažos savikainos.

Ypatingos situacijos

Operatyvus mobilių padalinių elektros tiekimas (gelbėtojų, ligoninių, humanitarinių operacijų, laikinų nukentėjusiųjų patalpinimo vietų ir t.t.).

Mobilumas.

Greitas išsisukimas.

Mažos eksploatacijos išlaidos.

 

 

Ypatumai

 

◦ Įrenginio lengvumas ir paleidimas į darbą be didelių finansinių ir fizinių išteklių projektiniam, statybiniam, monatvimo darbam.

◦ Paprastumas ir nereiklumas eksploatacijoje, nedideli gabaritai, žemas užterštumo ir triukšmo lygis.

◦ Distancinis mikroturbinos valdymas ir būklės kontrolė su modemo pagalba.

◦ Nuotolinis darbo programų programavimas bet kuriuo laiko tarpu.

◦ Centralizuotas darbo valdymas bet kokiam mikroturbinų kiekiui iš bet kurio Žemės taško.

◦ Turbinos resursai daug kartų pranoksta geriausių dyzelinių generatorių resursus