Газовые микротурбины Capstone
О компании
Новости
Энергосистемы
Технологии
Применение
Услуги
Документы
Публикации
Вопросы и ответы
Контакты

Газомикротурбинные установки "CAPSTONE"

В. И. Ситников,
к.т.н., руководитель маркетинговой службы,
компания «БПЦ Энергетические системы»


Особенностью российской энергетики является низкий коэффициент использования топлива, особенно природного газа, по сравнению с развитыми в техническом отношении странами.

Газовое топливо в качестве источника энергии используют для получения тепла котельные, для выработки электроэнергии электростанции, оснащенные разными типами оборудования: газотурбинными установками (ГТУ), газопоршневыми двигателями. Наибольший эффект достигается на совмещенных энергоцентрах, производящих оба вида энергии.

Повышение коэффициента использования газового топлива в целом по стране посредством совершенствования газоиспользующего энергетического оборудования является важной, но не единственной задачей оптимального использования природных ресурсов.

В настоящее время много энергоресурсов теряется непосредственно в местах нефтедобычи в виде попутного газа, часто просто сжигаемого в атмосфере. Не терять энергию в факеле, а превратить ныне бросовое сырье в ценный продукт — электроэнергию. Такую задачу ставят многие российские нефтегазовые компании. Решение проблемы утилизации попутного нефтяного газа направлено на оптимизацию структуры потребления электроэнергии и получение дополнительных прибылей за счет создания собственных электрогенерирующих мощностей.

Газодобывающие компании также располагают огромными остаточными запасами низконапорного газа, который экономически невыгодно транспортировать, но можно использовать как топливо для выработки дешевой электроэнергии и тепла в промысловых районах.

Повышенное внимание к электроэнергетике связано также с намечаемой реформой отрасли. Потребителей волнует будущее поведение тарифов, надежность и устойчивость электроснабжения. Ряд крупных потребителей считают гарантией энергетической стабильности своих компаний организацию независимого автономного производства электрической и тепловой энергии.

Долгие годы не существовало экономически целесообразной альтернативы глобальным централизованным сетям электроснабжения. Не было также достаточно эффективных технологий малой энергетики. Сейчас, по прошествии нескольких лет активной работы многих организаций по развитию технологий малой энергетики создано оборудование и технологическая основа для построения распределенных энергетических систем, приближенных либо к источникам газообразного топлива, либо к потребителям тепловой и электрической энергии. Базовым оборудованием для самых современных энергетических решений могут стать газовые микротурбины американской компании Capstone Turbine Corporation (www.microturbine.com), мирового лидера в области разработки микротурбинных энергетических установок.

При производстве электроэнергии непосредственно в местах потребления или близко к ним полностью устраняется или существенно снижается потребность в сетевой инфраструктуре и связанные с ней затраты. Сегодня капитальные затраты на получение 1 кВт электроэнергии с помощью микротурбин стали сравнимы с традиционными решениями — большими электростанциями. Одновременно с этим системы на базе микротурбин имеют целый ряд преимуществ. Затраты на их эксплуатацию значительно меньше, и себестоимость собственной электроэнергии оказывается существенно ниже сетевой. Кроме этого, установки на базе микротурбин очень компактны и в то же время легко масштабируются, не требуют долгосрочного строительства, прокладки дорогостоящих сетей. Ввод в эксплуатацию осуществляется в течение нескольких недель или месяцев, а не длится годами. Стоимость одной микротурбины сравнима со стоимостью прокладки одного километра электрических сетей. При использовании микротурбин улучшается качество и непрерывность энергоснабжения, появляется возможность резервирования и гибкого наращивания мощностей, достигается практически абсолютная надежность при использовании кластеров (групп) турбин, когда выход из строя одной приводит к потере лишь небольшой части мощности.

Микротурбины позволяют производить электричество из природного газа, попутных нефтяных газов, метана угольных шахт и других видов газов. Важным свойством микротурбины является ее способность работать на высокосернистых газах, содержащих до 7% сернистого водорода (H2S) с низкой или переменной теплотой сгорания. Российские нефтегазовые компании имеют огромное количество зачастую не используемого практически бесплатного топлива, которое может эффективно работать. У нефтяников это попутный газ, у газовиков — как основная продукция, так и низконапорный газ, нередко остающийся в пластах. За счет использования распределенных сетей из микротурбин могут быть оптимизированы системы энергоснабжения нефтяных компаний, выстроены генерирующие мощности при освоении удаленных месторождений.

С помощью микротурбин могут функционировать системы питания насосных станций, контрольно-измерительное оборудование трубопроводов, передвижные и стационарные электростанции вахтовых поселков.

Микротурбины можно устанавливать непосредственно у скважин, использовать газ затрубного пространства. Они просты в монтаже. Высокая степень автоматизации и надежность системы управления обеспечивают работу установок в автоматическом режиме, без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Система сама контролирует параметры работы и при возникновении нештатной ситуации может выключить установку и запомнить причину отключения.

Высокие технические и эксплуатационные характеристики микротурбин Capstone являются следствием оригинальной конструкции и тщательной проработки всех конструктивных элементов и узлов с использованием новейших достижений в области материаловедения, термодинамики, электротехники, управления и механики. Обширные полевые испытания десятков прототипов, доводка всех элементов в течение десяти лет позволили в 1998 году представить рынку законченный коммерческий продукт. Совершенствование и разработка новых вариантов базовой модели непрерывно продолжается с учетом опыта промышленной эксплуатации в различных условиях и применениях более 3000 установок. В августе прошлого года суммарная промышленная эксплуатация всех микротурбин Capstone превысила 2 млн. часов, или 250 лет. В конструкции турбины реализован огромный интеллектуальный капитал в виде 60 патентов на изобретения и 100 заявок на получение новых патентов.

Турбина выполнена в виде конструкции с одной движущейся деталью — вращающимся валом, на котором соосно расположены электрический генератор, компрессор и непосредственно турбина. Высокоскоростной вал вращается со скоростью 96000 оборотов в минуту при номинальной нагрузке и поддерживается воздушными подшипниками, которые не требуют жидкой смазки и периодического обслуживания. Их устройство является защищенной патентами интеллектуальной собственностью фирмы Capstone Turbine Corporation. Другим замечательным свойством турбины является компоновка всех основных узлов. В одном небольшом по габаритам объеме размещены компрессор, камера сгорания, рекуператор, непосредственно турбина и постоянные магниты электрогенератора. Генератор охлаждается набегающим потоком воздуха, что исключает необходимость в системе жидкостного охлаждения. Эти и ряд других конструкторских особенностей во многом определяет высокие потребительские свойства установки. В частности, установка работает без вибраций, не излучая большого шума в окружающее пространство даже без применения специальных шумопоглощающих кожухов. Тщательные рабочие испытания и опыт эксплуатаци турбины показали надежную работу топливной системы и камеры сгорания, которая пригодна для работы на разных видах топлива: природный, шахтный, сжиженный, попутный газы, причем с весьма высоким содержанием сероводорода, биогаз, а так же жидкое дизельное топливо и керосин. Низкие требования к качеству топлива (загрязненности примесями) сочетаются с отличными характеристики по выбросам вредных продуктов сгорания, которые были продемонстрированы в ходе специальных испытаний и подтверждены соответствующими сертификатами официальных органов по охране окружающей среды. Уровень их столь низок, что устанавливает новые экологические стандарты для малых электростанций.

Высокоскоростной генератор производит высокочастотный ток, который конвертируется в постоянный ток, а затем преобразовывается в выходной ток номинальной частоты и напряжения. Электрическая система обеспечивает высокое качество выходного напряжения с точки зрения стабильности, амплитуды, частоты, синусоидальности и искажений в соответствии с международными стандартами ISO. Это очень важное потребительское свойство для многих применений.

Контроль и управление микротурбиной осуществляются микропроцессорной системой автоматического управления. Благодаря высокой степени автоматизации и высококачественной и надежной системе управления установка работает в безлюдном режиме, не требуя постоянного присутствия персонала при нормальном режиме работы. В случае критической ситуации система автоматически выключает установку и запоминает причину аварийного отключения. Система управляет режимами автоматического пуска, остановки, контроля за параметрами работы, поступающими с датчиков расхода топлива, температуры, уровня вибрации, скорости вращения, электрической нагрузки и т. д. В цифровой системе управления реализованы сложные алгоритмы управления, которые поддерживают устойчивую работу установки и многофункциональность применения с точки зрения пользователя. В частности предусмотрена возможность автоматического запуска при пропадании напряжения в сети при использовании микротурбины в качестве резервного источника электроэнергии. Система управления обеспечивает работу в полностью автономном варианте и в режиме совместной работы с сетью для снятия пиковых нагрузок и передачи дополнительной электроэнергии в сеть. Система управления оснащена пультом оператора для ручного управления и программирования различных режимов функционирования. Достоинством системы является функция удаленного управления через каналы связи и сети интернет/интранет, которая наряду с другими решает задачу координированного управления группами установок, расположенными в разных местах, но работающими как единое целое.

Для первоначального пуска турбины установка снабжена аккумуляторными батареями.


Параметр Модель С30 Модель С60
Электрическая мощность, кВт 30 60
КПД по электричеству, % 28 (±2) 30 (±2)
КПД общий в случае CHP, % 80 80
Напряжение на выходе, трехфазное, вольт 400—480 400—480
Максимальный ток в фазе, ампер 46 100
Частота тока, герц 50/60 50/60
Вес без аккумуляторных батарей, кг 478 758
Время выхода на номинальный режим работы, минут не более 2 не более 2
Вес аккумуляторных батарей для автономной работы, кг 173 363
Габариты, мм 1900х717х1344 2108х762х1956
Топливо Газ/диз. топливо Газ
Давление газа на входе:
-стандартное, бар
-с дожимным компрессором, бар
3,20—3,80
0,35—1,05
5,2—5,6
Расход газа при номинальной нагрузке, нм3 12 22
Температура выхлопных газов, °C 261 305
Выход тепловой энергии, кДж/час 305 000 571 000
Выброс вредных веществ при 15% О2 в выхлопе <9 ppmV NO2 <9 ppmV NO2
Уровень шума на 10 м, dB 58 70
Частота вращения турбины, об/мин 96 000 96 000
Срок службы до капитального ремонта, час 60 00 60 000
Дополнительная информация www.capstone.ru www.capstone.ru

Любая энергоустановка "Capstone" обеспечивает работу в широком диапазоне мощностей — от 0 до 100% и оснащается (по желанию заказчика) модемом для непосредственной электронной связи с заводом-изготовителем.

Применение нескольких энергоустановок "Capstone" (объединённых единой системой автоматики) для наращивания мощности, гарантирует надежное и гибкое энергообеспечение.

Кроме этого, системой автоматики при объединении в кластер-энергетическую станцию (предусмотрено до 100 энергоустановок), обеспечивается одинаковая наработка моточасов каждой установки, тем самым повышая общий ресурс энергетической станции.

Для оснащения своих энергоустановок фирма "Capstone" сама изготавливает всю автоматику, системы управления и КИП, соответствующую мировым стандартам.

В настоящее время (июль 2002 года) каталог фирмы "Capstone Micro Turbine™" содержит около 60 вариантов исполнения энергоустановок, различающихся значениями девяти признаков комплектации, сочетание которых определяет конкретное изделие. Такое разнообразие вариантов комплектации выпускаемой продукции призвано удовлетворить потребности самых широких слоев потребителей.


Признак варианта исполнения Допустимые значения
Выходное напряжение, вольт При работе параллельно с сетью значения напряжения и частоты соответствуют сетевым.

250-760, постоянный ток.

400-480, трехфазный переменный ток, частота 50/60 Hz
Тип управления Работа только с сетью.

Работа в автономном режиме и с сетью
Функции управления Через модем (устанавливается по желанию заказчика).

Возможность работы по заранее запрограммированному графику.

Работа в кластерах до 100 энергоустановок (без участия оператора).
Тип двигателя Без рекуператора.

С рекуператором.
Давление топлива на входе Низкое.

Высокое.
Дополнительная функциональность для использования в агрессивных внешних условиях Нет.

Морское исполнение.

Арктическое исполнение
Конструкция корпуса Выкатной защитный корпус из металла или пластика для применений вне помещений.

Защитный корпус для производственных применений вне помещений.

Каркасная стойка (рама).

Без корпуса для монтажа в контейнерах или других местах.
Вид топлива Природный газ.

Пропан.

Неочищенный газ с высоким содержанием (до 7%) H2S.

Биогаз, Газ сточных вод. Дизельное топливо или керосин.

Варианты индивидуальных корпусов могут быть различными, а индивидуальный арктический контейнер оборудуется каталитическим газовым обогревателем и каплеотбойником. В зависимости от размера контейнера в нем могут быть смонтированы 2, 3 и более микротурбин без кожуха в соответствии с требуемой мощностью. Микротурбины могут быть также смонтированы на колесном шасси. В заключение отметим, что микротурбины Capstone прошли серьезную международную сертификацию. Ее результаты признаются российскими службами сертификации. Тем не менее, российский партнер американской фирмы Capstone компания БПЦ Энергетические системы, идя на встречу пожеланиям отечественных потребителей, осуществляет добровольную сертификацию этих установок.