Дизель-генератор

Дизель-генератор — это стационарная или передвижная энергетическая установка, состоящая из дизельного двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора (альтернатора), объединённых в единый агрегат и предназначенная для выработки электрической энергии. Дизель-генераторы относятся к классу автономных источников электропитания и широко применяются в качестве основного, резервного или аварийного источника электроэнергии.

Устройство и принцип работы

Основными компонентами дизель-генератора являются:

• Дизельный двигатель. Является первичным источником механической энергии. Преобразует химическую энергию дизельного топлива в механическую работу вращения коленчатого вала. Двигатели могут быть четырёхтактными и двухтактными, с воздушным или жидкостным охлаждением, с турбонаддувом или без него.
• Генератор (альтернатор). Преобразует механическую энергию вращения вала двигателя в электрическую энергию. В подавляющем большинстве случаев используются синхронные генераторы переменного тока (бесщёточные или с щёточным возбуждением). Генератор вырабатывает трёхфазный или однофазный ток.
• Система управления и автоматики. Обеспечивает запуск, остановку, контроль параметров работы (частота вращения, напряжение, ток, температура, давление масла), защиту от аварийных режимов (перегрузка, короткое замыкание, падение давления масла, перегрев). Современные системы управления могут осуществлять автоматический ввод резерва (АВР) — запуск генератора при пропадании внешнего электроснабжения.
• Система подачи топлива. Включает топливный бак, топливопроводы, фильтры грубой и тонкой очистки, топливоподкачивающий насос и топливный насос высокого давления (ТНВД) или систему Common Rail.
• Система охлаждения. Отводит тепло от двигателя. В установках с жидкостным охлаждением используются радиатор с вентилятором или теплообменник (для стационарных установок с внешним контуром).
• Система смазки. Обеспечивает подачу масла к трущимся деталям двигателя, снижая износ и отводя тепло.
• Система выпуска отработавших газов. Включает выпускной коллектор, глушитель и выхлопную трубу для отвода газов и снижения шума.
• Рама и кожух. Рама служит основанием для монтажа всех компонентов. Кожух (звукозащитный или всепогодный) снижает уровень шума и защищает установку от внешних воздействий.

Принцип работы: Дизельный двигатель вращает ротор генератора. В обмотках статора генератора, под действием вращающегося магнитного поля, создаваемого ротором, наводится электродвижущая сила (ЭДС), которая при подключении нагрузки создаёт электрический ток.

Классификация

Дизель-генераторы классифицируются по нескольким основным признакам.

По назначению

• Основные (постоянного действия). Используются в качестве единственного источника электроснабжения в местах, где отсутствует централизованная электрическая сеть (удалённые посёлки, вахтовые посёлки, стройплощадки, горнодобывающие предприятия).
• Резервные. Предназначены для обеспечения электроэнергией объектов при временном отключении основного источника (центральной сети). Обеспечивают работу критически важного оборудования (больницы, центры обработки данных, системы безопасности, насосные станции).
• Аварийные. Запускаются автоматически при полном пропадании напряжения в сети для обеспечения работы жизненно важных систем (эвакуационное освещение, системы пожаротушения, лифты, медицинское оборудование). Отличаются высокой надёжностью и быстрым запуском.

По типу исполнения

• Открытого исполнения. Установка без кожуха, предназначенная для размещения в отдельных помещениях (машинных залах) с хорошей вентиляцией.
• В кожухе. Установка, заключённая в шумопоглощающий кожух. Предназначена для эксплуатации на улице или в помещениях, где требуется низкий уровень шума.
• Контейнерного типа. Дизель-генератор, размещённый в специальном контейнере (блок-контейнере), который может быть оборудован системами отопления, вентиляции, пожаротушения и освещения. Используется для уличной установки и быстрого развёртывания.
• Передвижные (на шасси). Установки, смонтированные на колёсном шасси (прицепе) или на автомобильной платформе. Предназначены для временного электроснабжения на выездных работах, в полевых условиях, на массовых мероприятиях.

По напряжению и роду тока

• Однофазные. Вырабатывают напряжение 220 В (или 230 В) и используются для питания бытовых приборов и освещения. Мощность обычно не превышает 10–15 кВт.
• Трёхфазные. Вырабатывают напряжение 380 В (или 400 В) и используются для питания промышленного оборудования, электродвигателей, мощных нагрузок. Могут также обеспечивать однофазные нагрузки (при соответствующем распределении фаз).

По мощности

• Малой мощности (до 10 кВт) — для бытовых нужд, небольших коттеджей, магазинов.
• Средней мощности (от 10 до 100 кВт) — для малых и средних предприятий, офисов, строительных площадок.
• Большой мощности (от 100 до 1000 кВт) — для промышленных объектов, больниц, торговых центров, крупных производств.
• Сверхбольшой мощности (свыше 1000 кВт) — для крупных промышленных предприятий, горно-обогатительных комбинатов, нефтегазовых месторождений, в качестве резервных источников для атомных и тепловых электростанций.

Основные характеристики

Основными техническими характеристиками дизель-генератора являются:

• Номинальная мощность (кВт или кВА). Мощность, которую установка может выдавать длительное время при номинальной нагрузке. Различают основную мощность (Prime Power — PRP) и резервную мощность (Standby Power — LTP). Резервная мощность обычно на 10-15% выше основной, но допускается к использованию ограниченное количество часов в год.
• Номинальное напряжение (В) и частота тока (Гц). В России стандартными являются 220/380 В и 50 Гц.
• Коэффициент мощности (cos φ). Для трёхфазных генераторов обычно составляет 0,8 (отстающий).
• Расход топлива (л/ч или г/кВт·ч). Один из ключевых экономических показателей. Зависит от мощности, нагрузки, типа двигателя и его технического состояния.
• Ёмкость топливного бака (л). Определяет время автономной работы без дозаправки.
• Уровень шума (дБ). Важный параметр для установок, размещаемых вблизи жилых или офисных зданий.
• Степень автоматизации (СА). Определяет способность установки к автоматическому запуску, синхронизации и остановке. Существуют степени автоматизации от 1 (ручной пуск) до 4 (полностью автоматическая работа, включая синхронизацию с сетью и параллельную работу).

Применение

Дизель-генераторы находят применение в самых различных сферах:

• Промышленность и производство. Обеспечение бесперебойной работы технологических линий, станков, компрессоров, насосов.
• Строительство. Электроснабжение строительных площадок, сварочного оборудования, освещения.
• Нефтегазовая и горнодобывающая отрасли. Электроснабжение буровых установок, вахтовых посёлков, насосных станций на удалённых месторождениях.
• Сельское хозяйство. Электроснабжение ферм, зерносушилок, систем орошения.
• Медицина. Резервное и аварийное электроснабжение больниц, операционных, реанимационных отделений, где недопустимы перебои с электричеством.
• Информационные технологии (ЦОД). Обеспечение бесперебойной работы серверных, центров обработки данных, телекоммуникационного оборудования.
• Жилищно-коммунальное хозяйство. Резервное питание котельных, насосных станций водоснабжения и водоотведения, лифтов.
• Торговля и сфера услуг. Электроснабжение торговых центров, офисов, гостиниц, ресторанов.
• События и мероприятия. Временное электроснабжение концертных площадок, фестивалей, спортивных соревнований, выставок.
• Военная и аварийно-спасательная техника. Электроснабжение полевых лагерей, штабов, средств связи, аварийно-восстановительных работ.

История

История дизель-генератора неразрывно связана с развитием двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора. В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель получил патент на двигатель, работающий на принципе воспламенения топлива от сжатия. Первый работоспособный дизельный двигатель был создан в 1897 году. Уже в начале XX века дизельные двигатели начали применяться для привода электрических генераторов, вытесняя паровые машины и газовые двигатели. Первые дизель-генераторы были громоздкими, тихоходными и имели низкую удельную мощность. В 1920-1930-х годах, с развитием судостроения и железнодорожного транспорта, дизель-генераторы стали широко применяться в качестве судовых и локомотивных электростанций. В СССР и России серийное производство дизель-генераторов началось в 1930-х годах на заводах «Русский дизель» (Санкт-Петербург), «Коломенский завод» и других. В послевоенные годы дизель-генераторы стали массово применяться для электрификации сельского хозяйства, строительства, промышленности. С развитием электроники и автоматики в 1970-1980-х годах дизель-генераторы стали оснащаться системами автоматического запуска и управления. В XXI веке дизель-генераторы продолжают оставаться одним из самых распространённых типов автономных источников электроэнергии, несмотря на развитие альтернативных источников (солнечные батареи, ветрогенераторы) и газопоршневых установок.

Интересные факты

• Самые мощные дизель-генераторы в мире могут достигать мощности более 100 МВт. Они используются на крупных промышленных объектах и в качестве резервных источников для атомных электростанций.
• Дизельные двигатели, используемые в дизель-генераторах, могут работать на различных видах топлива: дизельном топливе, биодизеле, керосине, а также на смесях с синтетическими топливами.
• Современные дизель-генераторы оснащаются системами управления, которые позволяют объединять несколько установок в параллельную работу для увеличения общей мощности или резервирования.
• В России и странах бывшего СССР широко распространены дизель-генераторы, произведённые на заводах «Ярославский моторный завод» (ЯМЗ), «Уральский дизель-моторный завод» (УДМЗ), «Коломенский завод», «Рыбинские моторы» и других.

Источники

• ГОСТ 10188-91. Дизель-генераторы и электроагрегаты с дизельными двигателями. Общие технические условия.
• ГОСТ 32136-2013. Электроагрегаты генераторные с двигателями внутреннего сгорания. Часть 1. Применение, технические характеристики и испытания.
• Учебник для вузов «Дизельные электростанции» под редакцией В. А. Веникова.
• Техническая документация производителей дизель-генераторов (Cummins, Caterpillar, FG Wilson, SDMO, Perkins, ЯМЗ, УДМЗ).
• Материалы сайтов и статей, посвящённых энергетическому оборудованию.