Хийн цахилгаан генераторын энерги хэмнэлтийн горим хэр их үр дүнтэй вэ?

Генераторын багцын энергийн үр ашиг гэж юу вэ?

Хийн цахилгаан генераторын талаар ярих үед энергийн үр ашиглалт гэдэг нь ихэвчлэн түлшнийг бид ашиглах боломжтой цахилгаан эрчим хүч болгон хувиргах үйл явцын үр дүнтэй байдлыг илэрхийлдэг. Энэ үр ашиглалтын үзүүлэлтэд олон хүчин зүйлс нөлөөлдөг ч эхлээд генераторын хөдөлгүүрийн загвараас эхэлж, мөн өдөр тутмын ажиллагаа, тогтмол засвар үйлчилгээг ихэд хамаардаг. Энгийн түлшний хэрэглээний тоо мэдээлэл нь бүх түүхийг хэлж чаддаггүй. Бодит ертөнцийн нөхцөлүүдийг маш ихэд анхаарах шаардлагатай байдаг тухайлбал генератор бүрэн чадал дор ажиллах үе, гадаах температурт өөрчлөлт гарах, эсвэл аль ч төрлийн түлш ашиглаж буйгаас хамаарч ялгаатай байж болно. Иймээс сүүлийн үеийн байгийн хийн генераторын шинэ загварууд илүү сайн ажилладаг болсон ба lean burn технологи, сайжруулсан хөргөлтийн механизм зэрэг шийдлүүдийг агуулж, ажиллаж байх үед дулаан алдагдлыг хамгийн бага хэмжээнд байлгахад тусалдаг.

Үр ашиглалтыг хэрхэн хэмждэг вэ: Дулааны үр ашиглалт ба түлшнээс цахилгаан хүч рүү хувиргалт

Хийн генераторын үр ашиглалтыг тодорхойлох хоёр үндсэн хэмжигдэхүүн:

Тооноор	Тодорхойлолт	Салбарын стандарт хязгаар
Дулаан үр ашиг	Цахилгаан гаралт · Түлшний энергийн оролт × 100	30-45% (ISO 3046 стандарт)
Түлш-цахилгаан харьцаа	Үйлдвэрлэсэн кВтц бүрийн хувьд хэрэглэсэн түлшний грамм	180-220 г/кВтц (байгалийн хий)

Шаталтын температур оптимчлогдсон тул дулааны үр ашгийн коэффициент 70-85% ачааллын түвшинд хамгийн өндөр байдаг бөгөөд харин удаан зогсолт эсвэл давтамжтай асаалт-унтраалт үед түлш-цахилгаан харьцаа 15-30%-иар мууддаг.

Стандарт нөхцөлд байгалийн хийн генераторын ердийн үр ашигт ажиллагааны түвшин

ISO 3977-2 шалгуур тестийн протоколоор (15°C, далайн түвшин, 60% чийгшил) худалдааны зориулалтын хийн генераторууд харуулдаг:

• Энгийн циклийн үр ашиг: 500 кВт-оос 2 МВт хүртэлх нэгжид 33-38%
• Нэгдсэн дулаан ба цахилгаан хангамжийн (CHP) үр ашгийн хувь: хаалганы дулааныг ашиглах үед 75-85%
• Түлшний уян хатан байдлын алдагдал: биогазыг хоолойн хийн оронд ашиглахад үр ашгийн хувь 2-5% буурна

2024 оны DOE-ийн шинжилгээгээр 39,7% дундаж үр ашиг шаардлагатай ачааллын дор шинэ природный хийн генераторуудын хувьд 2015 оны загваруудтай харьцуулахад 12%-иар сайжирсан бөгөөд энэ нь керамик гаралтын дулаан сэргээгч болон зохицох түлшний искэрийн цаг хугацааны тохируулгаас шалтгаалсан.

Дизель ба Хийн генераторын түлшний үр ашиг: Энергийн нягтрал болон шаталтын ялгаа

Ихэнх дизель генераторууд нь байгийн хийгээс илүү их энергийн агууламжтай түлш шатаадаг тул дулааны үйлдвэрлэлийн 30-35 хувийн үр дүнтэй ажилладаг. Тоо мэдээллийг харцгаая: дизель түлш нь галлоны хувьд ойролцоогоор 139,000 BTU агуулдаг бол байгийн хий нь куб футанд зөвхөн 1,000 BTU агуулдаг. Иймээс дизель хөдөлгүүрүүд түлшийн нэгжид илүү их чадал гаргадаг бөгөөд ялангуяа хүнд ачааллын дор хүчирхийлж ажиллах үед илүү сайн ажилладаг. Нөгөө талаар, хийн генераторууд энерги нягт биш ч гэсэн өөрсдийн давуу талуудтай. Тэд алсын дохионы шаталтын технологийн тусламжтай цэвэр шатдаг бөгөөд бүх зүйл хэвийн явж, хүлээгдээгүй хэлбэлзэлгүй үед ерөнхийдөө 25-30 хувийн үр дүнтэй ажилладаг.

Тооноор	Дизель генератор	Газ генератор
Энергийн үр дүн	139,000 BTU/галлон	1,000 BTU/куб фут (БХ)
Дулаан үр ашиг	30-35%	25-30%
Оновчтой ачааллын хязгаар	70-100%	50-85%

Хийн цахилгаан станцын системд үйлчилгээний зардал ба урт хугацааны энергийн хэмнэлт

Дизель генераторын анхны үнэ баталгаатай бага байдаг ч газрын хийд залгасан үедээ газрын хийн генератор луу шилжсэн үйлдвэрүүд нь арван жилийн турш түлшний зардлаасаа ойролцоогоор 15-20 хувь хэмнэдэг. Дизель хөдөлгүүрийн үйлчилгээний интервал нь газрын хийн загвараас ойролцоогоор 30 хувиар илүү давтамжтай байдаг ч гэсэн дизель хөдөлгүүрүүд ерөнхийдөө 20-30 жил ажилладаг бол газрын хийн хөдөлгүүрүүд зөвхөн 10-15 жил ажилладаг. Өдөр тутам тогтмол ачаалал дээр ажилладаг үйлдвэрийн газруудад эндээс жинхэнэ мөнгө хэмнэх боломж байдаг. Зарим үйл ажиллагааны газар шөнийн цагийн илүү хямд цахилгааны үеийг зорилгоор ашигласнаар жилийн зардлаасаа жилийн турш 18,000 доллар хүртэл хэмнэсэн талаар тайлагнаж байна. Энэ нь урт хугацааны үйл ажиллагааны төсөвтэй харьцуулахад логиктай санагддаг.

Газрын хийн дизельтэй харьцуулсан нөхцөл байдлын ялгаа ба зохицуулалтын давуу тал

Хийн цахилгаан станцууд дизелийнхээсээ ойролцоогоор 30 хувийн бага нүүрстөрөгчийн диоксид болон ойролцоогоор 90 хувиар бага жижиг хэсгийн бохирдуулдаг тул ийм учраас тэдгээр нь EPA-ийн хатуу шаардлагад ихэнхдээ амархан нийцдэг. Эдгээр төхөөрөмжүүд азотын исэлтийг маш ихээр багасган ялгаруулдаг тул компанийн байгууллагууд агаарын чанарт тавигдсан хязгаарлалтад хамаарах торгуудаас зайлсхийх боломжтой байдаг тул ихэнх компаниуд хот эсвэл хүн амын нягтарсан газруудад ажиллах үед илүү дуртай сонгодог. 2023 оны энергийн салбараас гарсан зарим судалгааны мэдээний дагуу коммерцийн хэмжээний төхөөрөмжийг ашигладаг бизнесүүд дизель түлшний оронд байгийн хий рүү шилжих нь жилдээ 12-18 метрик тонн хүртэл бохирдуулагчийн ялгарлыг бууруулдаг.

Хийн генераторын үр ашигийг хамгийн их байлгахын тулд ачааллыг оновчтой удирдах

Хийн цахилгаан станц дээрх үр ашигтай ачааллын удирдлага нь шатахууны хэрэглээ болон үйлчилгээний зардлыг шууд тодорхойлдог. Операторууд цахилгаан эрчим хүчний эрэлтийг нарийвчлалтай тохируулан ачааллын хязгаартай тэнцвэртэй ажилуулах үед л орчин үеийн системүүд хамгийн өндөр үр ашгийг олж авдаг.

Хийн генераторын үр ашигт ажиллагаанд хэсэгчилсэн ачааллын нөлөө

50% буюу түүнээс доош ачаалалтай ажиллах нь шаталтын камер оптималь температурт хүрэхгүй учраас дулааны үр ашигийг 15-30% бууруулдаг. Энэхүү "норсон стек" үзэгдэл нь шатаагүй шатахууны ялгаралтыг ихэсгэх агаар бохирдуулах, мөн хөдөлгүүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн чанарыг муутгахад хүргэдэг.

Их дээдийн шатахууны үр ашигт ажиллах 70-85% ачааллын хязгаар

АНУ-ын Энергийн яамны 2022 оны судалгаагаар 70-85% ачааллын хязгаарт ажиллаж буй генераторууд 40% чадавхитай төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад шатахуунаас цахилгаан хүч болгох үйл явцыг 22% илүү үр дүнтэй гүйцэтгэдэг байв. Энэ хязгаар нь бүрэн шаталтыг хангаж, механик ачааллыг хамгийн бага байлгах замаар шатахууны үр ашигт ажиллагааг хангана.

Туршлагын жишээ: Үйлдвэрийн газар динамик ачааллын тэнцвэрийг сайжруулснаар шатахууны хэрэглээг 18% бууруулсан

Техасын үйлдвэрийн үйлдвэрлэл шинэ зориулалтын ачааллын хяналтын системийг зургаан ширхэг 2МВт-ын байгалийн хийн генераторууд дээр суурилуулж, машин тоног төхөөрөмжийн бодит цагийн шаардлагатай нийцүүлэн ажиллуулсан. Системийн урьдчилан таамаглах алгоритмууд жилийн турш 18,000 галлоны түлш хэмнэсэн бөгөөд дундаж ачааллыг 78% хадгалж байсан.

Стратеги: Бодит цагийн хяналт ба энергийн тоолуурын интеграци

Орчин үеийн байгалийн хийн цахилгаан үүсгүүрийн суурилуулалтад IoT-т сенсоруудыг ашиглан хүчдэлийн тогтвортой байдлыг (±2%-ийн дотор) болон гарган авах температурыг (600-750°F хооронд) хянах боломжийг олгодог. Эдгээр хэрэгслүүдийг cloud технологид суурилсан энергийн самбаруудтай хослуулснаар үйлчлэгчдэд 30 секундын дотор ачааллыг тохируулах боломжийг олгоно.

Чиг хандлага: Хийн цахилгаан үүсгүүрийн түлшний хэмнэлтийг сайжруулах зорилгоор хиймэл оюун ухааны дэвшүүлсэн ачааллын таамаглал

Түүхэн өгөгдөл дээр үндэслэн ачааллын загварыг шинжлэх сүлжээний сүлжээ одоо цаг тутмын ачааллын шаардлагыг 93% нарийвчлалтайгаар таамаглаж чаддаг. Энэ нь үйлчлэгчдэд урьдчилан генераторыг эргүүлэх боломжийг олгоож, хүйтэн эхлэлтийн мөчлөгийг 41%-иар бууруулах, жилийн турш түлшний зардлыг 15%-иар хэмнэх боломжийг бий болгодог.

Дэвшилтэт технологиуд хийн цахилгаан үүсгүүрийн түлшний хэмнэлтийг сайжруулж байна

Эко-режим ба ухаалаг функцууд: Автоматаар ажиллаж эхлэх, хувьсах хурдны мотор

Онц үеийн шатсан хийн генераторууд нь одоогоор шаардлагатай цахилгааны хэмжээг харгалзан тохируулдаг ухаалаг удирдлагын системтэй ирдэг. Эко-режимд ажиллах үед эдгээр төхөөрөмжүүд хувьсах хурдны мотор болон мяглаан эхлүүлэх функцтэй хосолдог бөгөөд индустрийн шалгуураар үзэхэд хуучин тогтмол хурдтай загваруудтай харьцуулахад зогсолтын үед ихэвчлэн 27% шатахууны алдагдлыг бууруулдаг. Хөдөлгүүрийн эргэлтийг зөвхөн шаардлагатай хэмжээнд л багасгаж байх чадвар нь тэдгээрийг онцлох нэг гол шалтгаан юм. Энэ нь цахилгааны хэрэгцээ тасралтгүй өөрчлөгддөг газруудад, жишээ нь худалдааны төвүүд эсвэл сүүлийн үед бүх газар хааяа гарч буй шинэ гибрид микро сүлжээний системүүдэд ялангуяа сайн ажилладаг.

Дэвшилтэт шаталтын удирдлага, алдагдсан дулааны сэргээлтийн систем

Дөчөөр үеийн хийн шаталтын технологийг адаптив шатамхай-агаарын харьцааны удирдлагатай хослуулснаар шинэлэг байдал дахь байгалийн хийн генераторуудад 94% шаталтын үр дүнтэй ажиллах боломжийг олгоно. Хосолсон дулаан ба цахилгаан эрчим хүчний (ХДЦЭХ) тохируулга нь гарсан дулааныг дахин ашиглах замаар энергийн хэмнэлтийг илүү ихээр нэмэгдүүлдэг:

• Дулаан солилцуур ашиглан орон зайг халаах
• Хөргөлтийн системд зориулсан шингээлтэн хөргөлт
• Үйлдвэрийн технологийн халаалт
  Энэ арга нь энгийн мөчлөгийн үед 45% байдаг нийт системийн үр дүнтэй ажиллагааг ХДЦЭХ горимд 85%-иар нэмэгдүүлдэг.

Туршлагын жишээ: Оюутны инвертертэй микро сүлжээ системийн үр дүнтэй ажиллагааг сайжруулсан

Америкийн дунд хэсэгт байрлах 10МВт-ын үйлдвэрийн микро сүлжээ байгалийн хийн генератор, торлох инвертер, цахилгаан багтаамжийн системийг нэгтгэснээр жилийн турш түлшний 22% хэмнэсэн. Систем нь бодит цагийн үнэ, эрэлтэнд суурилан цахилгаан эх үүсвэрүүдийг динамик хамтран зохицуулж, генераторыг жилд 89% хугацаанд 72-78%-ийн хамгийн тохиромжтой үр дүнтэй ажиллах горимд байлгадаг.

Чиг хандлага: Оройн ачааллыг бууруулах, түлшний хэрэглээг багасгах зорилгоор нарны гэрэл ба хийн хольцог тохируулга

Салбарын үйлчлэгчид нар нар жишээлбэл нарны хавтанг тусгай урвуу инвертерийн тусламжтайгаар газрын хийн генераторуудтай хослуулан ашиглаж эхэлсэн бөгөөд энэ нь цахилгаан эх сурвалжийг ямар ч доголдолгүйгээр хооронд нь шилжүүлэх боломжийг олгодог. Нарны гэрэл хамгийн их тусах цагт үндсэн цахилгааны хэрэгцээг нарны энергийн тусламжтайгаар хангаж, газрын хийн генераторуудыг зөвхөн шаардлагатай үед л ажиллуулах боломжийг бүрдүүлдэг. Энэ тохируулга нь жилийн ихэнх хугацаанд нарны гэрэл сайтай байдаг бүс нутгуудад газрын хийн тоног төхөөрөмжийн ажиллагааны цагийг жилийн турш 40-60 хувь хүртэл бууруулсан. Зарим объектууд нэмэлт нарны энерги ашиглан генератор руу орох агаарыг халаах дулааны хадгалалтын системийг ч мөн нэвтрүүлж эхэлсэн. Үр дүнд нь зогсонги байдалд удаан байсны дараа хөлдөөст байдалд байгаа тоног төхөөрөмжийг асаах үед илүү их үр ашигтай болох ба зарим станцууд тоног төхөөрөмжийг асаах үйл явцын үр ашиг 18 хувь сайжирч байна гэж тайлагнаж байна.

Засвар үйлчилгээ, түлшний чанар, ажиллагааны дадал ханшийн үр ашигт чанарт нөлөөлөх

Түлшний төрөл нь ашигт үзүүлэлтэд яаж нөлөөлөх вэ: Байгалийн хийн метаны агууламж болон холимогууд

Хийн цахилгаан генераторын үр дүнтэй ажиллах чадвар нь түлшний найрлагаас шалтгаалдаг. 90%-иас дээш метан агуулсан хоолойн байгалийн хий нь хамгийн сайн үр дүн өгдөг бөгөөд устөрөгчийн сульфид эсвэл чийг шиг холимогууд нь үр дүнтэй ажиллах чадварыг 8-12% -иар бууруулдаг. Метаны агууламж өндөртэй түлш нь бүрэн шатдаг бол бохирдуулагчид двигательд гарцыг хадгалахын тулд илүү их ажиллахыг шаарддаг.

Биохий болон хоолойн байгалийн хий: Үр ашгийн харьцаа, двигательд тохируулах шаардлага

Биохий нь хоолойн хийгтэй харьцуулахад нүүрстөрөгчийн хийн ялгаралтыг 60% -иар бууруулдаг ч гэсэн цахилгаан эрчим хүчний нягтрал бага (20-30 МЖ/м³ vs 35-40 МЖ/м³) учраас шаталтын системийг өөрчлөх шаардлагатай болдог. Одоогийн үед ихэнх хийн генераторууд хоёр түлшнийг хэрэглэхэд үр ашгийг алдахгүй зохицуулагч агаар-түлшний холимогтой байдаг.

Цахилгаан генераторын үр ашгийг хадгалахад техникийн үйлчилгээний үүрэг

Тогтмол техникийн үйлчилгээ нь хийн цахилгаан генераторын анхны үр ашгийг амьдралын турш 97-99% хүртэл хадгалдаг. Гарцаагүй шаардлагатай үйлчилгээний үндсэн ажлууд:

• Сар бүр агаарын шүүлтүүрийг солих (15% үр дүнтэй ажиллах чадварын уналтыг саатуулна)
• Жил бүр искэрийн будасны засвар үйлчилгээ (исэрийн цагийн нарийвчлалыг хадгална)
• Улиралд нь хөргөлтийн системийг зайлуулах (5-8% дулааны үр ашгийн алдагдлыг зогсооно)
  Судалгаанууд нь тогтмол засвар үйлчилгээний хөтөлбөр жилийн түлшний хэмнэлтийг 10%-иар сайжруулдаг гэж харуулсан.

Туршилтын тохиолдол: Засварын дараа эмнэлгийн нөөцийн систем 14% үр ашигтай боллоо

Нэгэн бүс нутгийн эмнэлэг 2 МВт-ын хийн генераторын түлшний хэрэгцээг 0.42-оос 0.36 м³/кВтц хүртэл бууруулахад дараах зүйлс тусалсан:

1. Турбочаргерийн хөдөлгүүрийн хувцас цэвэрлэх ($2,800 хөрөнгө оруулалт)
2. Хий гаргах системийн холхивчийн тохируулга
3. Бодит цагийн NOx хэмжигчийг нэгтгэх
   Шинэчлэлтүүд 11 сарын дотор хийн бага худалдан авснаар өөрсдийн өртгийг ногдуулсан.

Үр ашгийг бууруулдаг зан чанарууд: Хойшлогдох хугацаа, хүйтэн эхлүүлэлт, тохиромжгүй хэмжээ

20 минутаас илүү цагт 30%-иас бага ачаалал дор ажиллах нь үр ашгийг 22%-иар бууруулдаг. Түгээмэл их зардалтай практикуудад дараахь зүйлс орно:

• Урьдчилан тослохгүйгээр хүйтэн эхлүүлэх : Элэгдэлийг 300%-иар нэмэгдүүлнэ
• Хэт том нэгжүүд : 150%-иар илүү том генератор хэсгийн ачаалал дор түлшний 18%-ийг илүү их алдагдуулдаг
• 7 хоногт нэг удаа 15 минутаас илүү үргэлжлэх шалгалтын ажиллагаа : Жилийн турш түлшний 6-9%-ийг алдагдуулдаг

Түгээмэл асуулт

Дизель генераторуудын харьцуу хийн генераторуудын гол давуу тал юу вэ?

Хийн генераторууд ерөнхийдөө бага хэмжээний ялгаруулалттай байдаг тул EPA-ийн хатуу шаардлагад нийцэж, дизель генераторуудтай харьцуулахад нүүрстөрөгчийн диоксид болон жижиг хэсгүүдийн гарцыг бууруулдаг.

Хийн генераторын үр ашигт ажиллагаанд засвар үйлчилгээ хэрхэн нөлөөлөх вэ?

Газын генераторын ашиглалтын хугацаанд эхний үр дүнтэй байдлын 99% хүртэл нь энгийн үйлчилгээний ачаар хадгалагддаг бөгөөд энд агаарын шүүлтүүрийг солих, искэрийн будасны засвар, шингэний хөргөлтийн системийг угаах зэрэг ажлууд орно.

Газын генераторууд хоолойн байгалийн хий болон биогазыг ижил ашиглаж чадах уу?

Тийм ээ, орчин үеийн газын генераторууд хоёр төрлийн түлшнийг үр дүнтэй ашиглахын тулд агаар-түлшний хольцоог тохируулагч төхөөрөмжтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч биогазын энергийн нягт бага учраас шаталтын системийг өөрчлөх шаардлагатай.

Байгалийн хийн генераторын шинэ загварууд яагаад илүү сайн ажилладаг вэ?

Шинэ загварууд нь цөөн хольцтой шаталт (lean burn) болон сайжруулсан хөргөлтийн механизм зэрэг орчин үеийн технологийг агуулдаг тул илүү өндөр үр дүнтэй, дулаан алдалт багатай байдаг.