Содержание

Газовые генераторы, газовые электростанции для дома и дачи ведущих производителей

Наиболее экономичным в использовании считается газовый генератор.  Именно о газовых генераторах и пойдет дальше речь.

  — постоянного обеспечения электроэнергией.

Резервные генераторы необходимы только тогда, когда совершенно неожиданно отключается электроэнергия. Чаще всего такие генераторы подключают к системе автоматики, и они начинают свою работу после отключения электричества. Не рекомендуется генераторы такого типа использовать постоянно, так как они не предназначены для этого сначала, следовательно, срок их эксплуатации существенно снизится, и они выйдут из строя.

Второй тип газовых генераторов используется постоянно, например, в таких районах, где нет возможности подключиться к общей системе энергообеспечения.

Газовые генераторы различаются по типу охлаждения:

  • с воздушным охлаждением;

  • с водным охлаждением.

 

При использовании водяного охлаждения тепло, создаваемое генератором, можно использовать «в дело», например, для системы отопления.

При воздушном типе охлаждения тепло просто выдувается, поэтому, если генератор имеет большую мощность, тогда, несомненно, нужно выбирать генераторы с водным охлаждением.

Преимущества и недостатки газовых генераторов
 

Рассмотрим преимущества газовых генераторов.

Как уже было сказано выше, газ, используемый для работы генератора — пропан, намного дешевле, чем другие виды топлива — бензин и дизельное топливо, поэтому экономия очевидна.

Очень часто владельцы газовых генераторов подключаются к газовой магистрали, проходящей неподалеку от дома, таким образом, экономя на доставке топлива.

 

Еще одним неоспоримым преимуществом газового генератора является то, что они способны производить не только электричество, но и тепло, которое используется для нагрева воды.

Чаще всего эту особенность используют для системы «теплый пол». При эксплуатации газовых генераторов срок службы двигателя и других деталей намного больше, чем у других типов генераторов, поскольку частицы, которые создаются при сгорании топлива, более легкие, чем при сгорании дизельного топлива или бензина.

 

Это позволяет сохранить масло деталей, а, соответственно, и снизить износ запчастей.

Срок службы газовых генераторов составляет от 20 до 40 лет в зависимости от модели и назначения.

К плюсам газовых электростанций можно отнести также и их экологическую безопасность, потому что у них нет выхлопов.

Так что и системы отвода выхлопных газов от генератора.

Также такие установки очень тихие по сравнению с бензиновыми и, тем более, дизельными.

Газовые мини-электростанции для дома

Какой рачительный хозяин, ежемесячно пересматривая счета за электроэнергию, не мечтает снизить расходы за счет собственной электростанции? Конечно, покупка такого устройства требует определенных вложений, но вскоре автономный источник энергии для собственного дома окупится сполна. Среди обилия генераторов, представленных на современном рынке, особого внимания заслуживают газовые мини-электростанции, обладающие массой преимуществ.

Безопасность и комфорт

По сравнению с устройствами, работающими на дизельном топливе или бензине, газовые электростанции гораздо более экологичны. Экономичный расход обедненного природного газа, смешанного с топливом, помогает значительно снизить выработку вредного углекислого газа. Такие мини-электростанции — отличный выбор для тех, у кого имеется центральное газоснабжение. Однажды подключенная к газопроводу система не требует постоянной дозаправки и контроля над уровнем топлива.

Многие газовые мини-электростанции способны работать и от баллонного газа. Причем переключение от одного источника топлива на другой не требует демонтажа всей системы: достаточно просто повернуть соответствующий краник.

Следует отметить, что работающие на газу электростанции для дома гораздо менее шумные, чем их дизельные и бензиновые аналоги, а современная конфигурация различных моделей прекрасно впишется в любой интерьер. Такой вид топлива, как природный газ, гарантирует чистоту кожуха, о неприятных потеках масла и каплях дизтоплива можно забыть навсегда. Оснащенные водяной системой охлаждения модели газовых электростанций способны не только генерировать ток необходимого напряжения, но и обеспечивать дом горячей водой. Согласитесь, что покупка такой газовой электростанции для дома заставит забыть сразу о целом ряде проблем.

Аналоговые модели генераторов

Не у всех есть возможность подключить собственный коттедж к системе центрального газоснабжения. Но это не повод отказываться от покупки автономного источника питания. Современные мини-электростанции, работающие на газу или дизельном топливе, ничуть не хуже обеспечивают энергией помещения любой площади. Широкий модельный ряд, в котором представлены устройства любой мощности, способен удовлетворить потребности каждого покупателя. Существуют и новейшие модели электростанций, способные работать на различных видах топлива.

Перед покупкой собственной электростанции не стоит торопиться. Для начала необходимо определиться с необходимой мощностью генератора. Для этого нужно сложить мощность всех электрических бытовых приборов, которые предполагается использовать в доме. Чтобы не ошибиться с выбором, стоит рассмотреть все варианты.

Возможно, генератор необходим вам лишь в качестве резервного источника энергии — тогда имеет смысл присмотреться к бензиновым мини электростанциям. Немаловажными являются и эксплуатационные условия, в которых будет работать генератор. Так, для холодного времени года наиболее подойдут генераторы с автоматическим запуском.

Газовые электростанции для дома — их типы и преимущества

Опубликовано в категории Электрика и Электрооборудование

Крупный или небольшой город, но, так или иначе, постепенно обрастает по периметру дачными и коттеджными поселками, частными секторами. Рано или поздно у каждого городского жителя накапливается усталость от каменных джунглей, люди в любое свободное время стремятся уехать за город подальше от суеты и толкотни, отдохнуть на природе. Поэтому повышенный спрос на строительство загородного жилья вполне оправдан. Но по окончанию строительства нового дома встает вопрос о снабжении электроэнергией, то есть выбрать подключение к централизованному электроснабжению или предпочесть вариант своей автономной электростанции, или совместить оба варианта? С общей электроэнергией в принципе все ясно, особого выбора там нет, либо подключаешься, либо нет. А вот при выборе автономного источника электроэнергии возникает множество вопросов. В настоящее время вполне надежной и выгодной альтернативой подключению к общей сети могут стать газовые электростанции для дома.

Типы газовых электростанций

Основа любой газовой электростанции это, конечно же, двигатель, работающий на сжиженном газе, чаще всего в этой роли выступает пропано-бутановая смесь.

Существует два основных типа электростанций различающихся по типу турбин:

  • Газопоршневые электростанции. Имеют такое устройство, что даже если будут работать на половину своей номинальной мощности, то эта ситуация никак не отразится на электрическом КПД. Таким образом, данный тип может обеспечить практически полную бесперебойность электроснабжения.
  • Газовые. Могут иметь модульное устройство. То есть, подразумевается возможность присоединения дополнительных блоков, что по необходимости позволит увеличить мощности.

Газовые электростанции различаются по мощности, для небольшой дачи или коттеджа вполне подойдет электростанция с генератором, выдающим до 10кВт, для более крупных владений может применяться полупрофессиональная электростанция с мощностями от 10 до 190 кВт.

Газовые электростанции для дома — Преимущества использования.

  • Главное достоинство – это возможность использовать тепловую энергию электростанции для домашнего отопления и нагрева воды.
  • Надежность. В настоящее время моторесурс многих электростанций достигает отметки в 40 лет.
  • Экологичность. В выхлопных газах концентрация вредных веществ минимальна.
  • Низкий уровень шума. Так что соседям вы не помешаете.
  • Повышенный КПД, по сравнению другими типами электростанций. Что может дать заметную экономию средств.
  • Независимость от централизованной электрической сети.
  • Установка и настройка процесса работы не занимает лишнего времени.
  • Дешевое топливо. Не секрет, что газ стоит дешевле того же бензина, что опять же поможет сэкономить деньги.

Смотрите на видео работу газовой электростанции в действии

Поделитесь страницей с друзьями в соц сетях!

Генераторы GENERAC — купите сейчас по привлекательной цене, отзывы на сайте.

Обзор газовых генераторов Generac. 

Мощности: от 8 до 300 кВА. 

Оборудование: Бензиновые/Газовые генераторы.

Серии: Guardian / QT / SG

Guardian: Линейка от 8 до 20 кВА. (поставляется пока только 8/10/13 кВА). Линейка предназначена для резервного снабжения электроэнергией коттеджей, загородных домов, танхаусов, а так же коммерческой недвижимости.

QT: Линейка от 22 до 27 кВА. Генераторы этой серии являются промежуточным звеном между сериями Guardian и SG. Генераторы это серии имеют больший моторесурс, и оснащены двигателями жидкостного охлаждения, 1500 об/мин. Электростанции серии QT могут работать без остановки до нескольких суток, межинтервальное ТО составляет 250 часов. В России применяются практически только в качестве резервных электрогенераторов для частных домов.

SG: Линейка от 35 до 300 кВА. Полноценные газо поршневые стационарные электростанции, для постоянной работы. Очень высокий моторесурс.Используются в промышленности и производстве, в качестве основного источника питания.

Немного истории: Для того чтобы понимать что такое Generac, вспомним откуда он взялся, чем занимается и некоторые цифры с внутреннего рынка. Итак, родина бренда Generac Соединенные Штаты Америки, где он успешно эксплуатируется довольно давно, компания производит не только резерв для частного сектора и коммерческой недвижимости, но и что немаловажно промышленные газо поршневые электростанции, то есть база для высокотехнологичного производства у них есть, и это дополнительный плюс. Компания занимает по разным оценкам на внутреннем рынке от 20 до 24%, это очень много, учитывая объем Американского рынка малоэтажного строительства.

Оформляем газовый генератор. Список документов.

Для того, чтобы оформить газогенератор в газовом тресте, Вам понадобятся следующие документы:

1. Сертификат соответствия на продукцию

2. Договор на сервисное обслуживание (здесь имеется ввиду электрическая часть, ведь по газу только трест может Вас обслуживать). Договор как правило заключаете с тем, у кого покупаете.

3. Спецификация на модель (можете скачать в карточке товара, вкладка «медиа» на нашем сайте, или требуйте у Вашего продавца).

4. Разрешение РОС ТЕХНАДЗОРА на данное оборудование( марку). Может понадобиться, если в тресте сидят алчные люди и будут придираться.

5. Письмо о том, что покупаемое Вами оборудование не является промышленным. В очень редких случаях могут попросить такое письмо. Дело в том, что генератор на газу, который вырабатывает электроэнергию потенциальный конкурент нашим энерго сбытовым компаниям, и они очень ревностно следят за тем, чтобы таковых не появлялось. Как правило, просят, если электрогенератор имеет значительную мощность.

Сколько это займет времени?

Сказать сколько займет времени это именно у Вас сложно, кто то делает за неделю, кому то и полутора лет мало. Это кстати зависит еще и от места расположения газового треста. По опыту скажу, что самые привередливые и алчные сидят в Одинцовском районе, там очень сильно затягивают сроки и ко всему придираются, в остальном, если заниматься, то займет 2-4 недели, не больше.

А что если не оформлять?

А теперь приведу статистику оформления такого рода оборудования. По нашим данным, лишь 60% оформляют свой газовый генератор, остальные монтируют у сторонних людей, и не заявляют об установке такого электрогенератора. Чем это грозит? Штрафом и демонтажем. Сложно сказать насколько это правильно. По законодательству в течение 2015 года всех обяжут установить счетчики, а потом по объему и так далее будут искать утечки. Возможно, ее найдут у Вас на участке. А может и нет, это просто мысли вслух. Но возможно стоит посмотреть в сторону традиционных дизельных или бензиновых мини-электростанций.

Газовые электростанции для дома и дачи

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Бытовые газовые электростанции несколько дороже, чем бензиновые или дизельные. Но они намного экономичнее при эксплуатации, так как стоимость газа значительно ниже продуктов нефтепереработки. Газ сгорает практически без остатка.

Поэтому двигатель не засоряется продуктами горения, что увеличивает его рабочий ресурс. А бездымный выхлоп не загрязняет окружающую среду.

Электростанции этого типа обладают низким уровне шума, что обуславливает преимущества при их выборе для дома или дачи.

МОЩНОСТЬ, НАПРЯЖЕНИЕ, ДЛИТЕЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Бытовые электростанции на газовом топливе небольшой мощности обычно имеют малый моторесурс, поэтому рассчитаны на непродолжительные включения (6-10 часов). Такие агрегаты используют в качестве резервных источников питания.

Более мощные генераторы рассчитаны на постоянную работу в качестве основных источников питания. Условно газовые электрогенераторы можно разделить на две группы:

До 3-х кВт – газовые электростанции для дачи.

Электростанции рассчитаны для питания однофазных установок (220V) с небольшой интенсивностью электропотребления. К таким установкам относится бытовая техника, осветительные и обогревательные приборы, насосы, электроинструмент небольшой мощности.

До 10-ти кВт – газовые электростанции для дома.

По уровню напряжения генераторы этих электростанций исполняются в двух вариантах: трёхфазные – 380 Вольт и однофазные – 220 Вольт. Могут питать как маломощные приборы, так и установки со средней интенсивностью электропотребления: бытовые электроплиты, дисковые пилы, бетономешалки, станки, сварочные аппараты.

ВИД ИСПОЛЬЗУЕМОГО ТОПЛИВА

Газовые электростанции, используемые дома или на даче могут подключаться к магистральному газопроводу,или баллонам со сжиженным газом. Существуют также универсальные модели.

Они рассчитаны на работу с разными видами топлива. Например, со сжиженным газом и с бензином. В таких моделях текущий топливный режим выбирается специальным переключателем.

Отличительные особенности.

Бытовые газовые генераторы имеют ряд особенностей, которые для наглядности лучше сравнить с дизельными и бензиновыми аналогами.

Преимущества:

  • ресурс газогенераторов на 25% больше, чем у дизельных аналогов;
  • высокая стабильность, надёжность работы;
  • низкая стоимость топлива;
  • экологичность – в выхлопе ничтожная концентрация сажи, токсичных соединений;
  • малошумность.

Недостатки:

  • газ более взрывоопасен, чем бензин или дизельное топливо, поэтому необходимы особые условия транспортировки и хранения;
  • для подключения электростанции к магистральному газопроводу требуется специальное разрешение, проектная, исполнительная документация, что предполагает дополнительные материальные траты;
  • к помещениям с газовым оборудованием предъявляются требования повышенной безопасности: наличие принудительной приточно-вытяжной вентиляции, датчик утечки газа;
  • баллон со сжиженным газом должен размещаться в отапливаемом помещении с температурой окружающего воздуха более 0 °C.

© 2012-2022 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Мобильные газовые электростанции для дома

Практически все современные приборы работают на электричества. В условии крупных городов с поставками света проблемы возникают крайне редко, то небольшие дачные и коттеджные поселки, часто остаются без света на длительный срок. Решить проблему с перебоями поставок электроэнергии могут различные генераторы, работающие на стороннем топливе. Наиболее популярными в этой области стали бытовые газовые генераторы для дома, способные полноценно обеспечить электроэнергией небольшой дом используя минимальный объем природного газа.

Преимущества газовых электростанций:

Оборудование пришло на смену генераторам использующих дизель или бензин, обладая большими преимуществами:

  • Самым большим преимуществом газовых электростанций для дома является тот факт, что получаемая в процессе работы тепловая энергия не выбрасывается в окружающую среду, а используется для нагрева воды. Это позволяет получить не только горячую воду для бытовых нужд, но и частично компенсировать затраты на отопление дома, подключив устройство к отопительной системы. Особую эффективность в области отопления можно получить с системами теплый пол, не нуждающимися в слишком горячем теплоносителе.
  • Газовые генераторы наиболее надежны. Средние эксплуатационные сроки такого преобразователя колеблются от 20 до 40 лет.
  • В отличие от жидкотопливных генераторов, газогенераторная установка не производит шума. Это позволяет использовать такие генераторы в непосредственной близости от жилых помещений, без причинения дискомфорта людям.
  • Как и любое другое газовое оборудование, генераторы минимально загрязняют окружающую среду. Около 90% всех выбросов представлены углекислым газом с легкостью перерабатываемым растениями.
  • Используя данный прибор, пользователь, получает полную независимость от подачи электроэнергии через централизованные сети.
  • Экономичность достигается за счет высокого КПД газовых электростанций для дома, а также относительно низкой стоимости самого газа.
  • Широкий диапазон мощностей от 4 до 2500 кВт, дает возможность подобрать необходимое оборудование.
  • Возможность работы, как от централизованного газоснабжения, так и от бытового сжиженного газа в баллонах. Переход от одного типа топлива к другому, производится простым переключением специализированного вентиля на электростанции.

Разновидности оборудования:

Электричество в газовых генераторных электростанциях для дома вырабатывается при помощи двигателя, использующего в качестве топлива Пропан-Бутановую смесь. Именно по различиям двигателей определяют основные типы электрогенераторов.

  1. Наиболее эффективными являются газопоршневые генераторы, способные обеспечить номинальной электрической мощностью, используя минимум ресурсов. Минусом этих генераторов является высокая стоимость.
  2. Наиболее распространенные модульные газогенераторные электростанции, дающие возможность наращивания выдаваемой мощности путем присоединения дополнительных элементов оборудования. Начальная номинальная мощность таких электростанций может колебаться в пределах от 10 до 200 кВт и подбирается индивидуально в зависимости от потребностей. В среднем для обеспечения электричеством небольшого загородного дома, вполне достаточно 15 кВт станции.

Принцип работы и внешний вид:

Большая часть газовых генераторных электростанций для дома обладают стальным, герметичным корпусом, покрытым антикоррозийным составом. Такой корпус надежно защищает оборудование от механических повреждений и негативного влияния окружающей среды. Экранированный корпус полностью поглощает создаваемые электростатические и магнитные поля и дает возможность устанавливать станции на улице.

Принцип работы газогенератора основан на двигателе внутреннего сгорания, соединенного с генераторной турбиной. Не вдаваясь в технические подробности принципа вырабатывания тока, происходит, так же, как и в обычном автомобиле. Только затем получаемая электроэнергия направляется не к аккумуляторной батарее или непосредственно в электросеть, а сначала попадает в преобразователь, где стабилизируется и из постоянного тока трансформируется в переменный, используемый всеми бытовыми приборами.

Сфера применения:

Широкий диапазон мощностей позволяет использовать газовые электростанции повсеместно, начиная с небольших домов и заканчивая промышленными объектами, малого и среднего уровня. Устройство газогенераторов дает возможность обеспечивать полноценно объект не только электроэнергией, но и горячей водой для бытовых нужд.

Электростанция для дома

Подобные несоответствия в спросе и предложении способствовали массовым каскадным отключениям электроэнергии в В августе 2003 г. на северо-востоке США и в Канаде, в июле 2012 г. в Индии и в марте 2019 г. в Венесуэле.

Ситуация вряд ли улучшится в ближайшее время по трем причинам. Во-первых, по мере того, как страны повсеместно переходят к декарбонизации, электрификация транспорта, отопления и других секторов вызовет резкий рост спроса на электроэнергию. Во-вторых, традиционные угольные и атомные электростанции выводятся из эксплуатации по экономическим и политическим причинам, удаляя стабильные источники из энергосистемы.И в-третьих, в то время как ветряные и солнечные фотоэлектрические системы отлично подходят для климата и являются самыми быстрорастущими источниками выработки электроэнергии, изменчивость их мощности порождает новые проблемы для балансировки сети.

Так как же сетевые операторы могут поддерживать баланс спроса и предложения, даже если они закрывают старые, грязные электростанции, наращивают переменную генерацию и добавляют новые электрические нагрузки? Есть несколько возможностей. Один из них — сделать модернизированную версию того, что мы делали в прошлом: построить гигантскую централизованную инфраструктуру.Это означало бы установку огромного количества накопителей энергии, таких как батареи масштаба сети и гидронасосные установки для хранения избыточной вырабатываемой возобновляемой энергии и соединения этого хранилища с высоковольтными линиями электропередачи, чтобы предложение могло удовлетворить спрос в сети. Китай является лидером в этом подходе, но это невероятно дорого и требует огромной политической воли.

Мы думаем, что есть лучший способ. Вместо радикального расширения инфраструктуры электросетей наша работа в Университете Вермонта была сосредоточена на том, как координировать спрос в режиме реального времени, чтобы соответствовать все более изменчивому предложению.Наша технология берет две идеи, которые делают Интернет фундаментально масштабируемым — пакетирование и рандомизацию — и использует их для создания системы, которая может координировать распределенную энергию. Эти две концепции передачи данных позволяют миллионам пользователей и миллиардам устройств подключаться к Интернету без какого-либо централизованного планирования или контроля. Те же основные идеи могут работать и в электрической сети. Используя связь с низкой пропускной способностью и небольшие контроллеры, работающие с простыми алгоритмами, можно использовать миллионы электрических устройств для балансировки потока электроэнергии в локальной сети.Вот как.

Спрос на электроэнергию в сети возникает из-за миллиардов электрических нагрузок. Их можно разделить на две большие категории: коммерческие и промышленные нагрузки и бытовые нагрузки. Из этих двух, жилые нагрузки гораздо более рассредоточены. Только в Соединенных Штатах насчитывается более 120 миллионов домохозяйств, на долю которых в совокупности приходится около 40 процентов годового потребления электроэнергии. Но бытовые потребители, как правило, не думают об оптимизации своих собственных электрических нагрузок в течение дня.Для простоты назовем эти бытовые нагрузки «устройствами», которые могут варьироваться от светильников и телевизоров до водонагревателей и кондиционеров.

Последние устройства, наряду с зарядными устройствами для электромобилей и насосами для бассейнов, являются не только большими электрическими нагрузками (то есть мощностью более 1 киловатта), но и гибкими. В отличие от освещения или телевизора, которые вы хотите включить, как только щелкнете выключателем, гибкое устройство может отсрочить потребление и включиться в любое время — пока есть горячая вода для вашего душа, ваш бассейн чист, ваш электромобиль достаточно заряжен, и температура в помещении комфортная.

В целом существует большая гибкость в бытовых электрических нагрузках, которые можно использовать для балансировки переменных поставок. Например, если бы в каждом домашнем хозяйстве в Калифорнии и Нью-Йорке было только одно устройство, которое могло бы гибко потреблять электроэнергию в любое время, энергосистема имела бы эквивалент около 15 гигаватт дополнительной мощности, что более чем в 10 раз превышает объем, доступный в настоящее время. от аккумуляторной батареи общего назначения в этих состояниях.

Вот что означает гибкость, когда речь идет об эксплуатации, скажем, бытового электрического водонагревателя.При нагреве воды типичный агрегат потребляет около 4,5 кВт. В течение обычного дня прибор работает примерно в десятую часть времени, потребляя около 10,8 киловатт-часов. Для домовладельца ежедневные затраты на эксплуатацию водонагревателя составляют менее 2 долларов США (при ставке около 15 центов за кВтч). Но для коммунальных предприятий стоимость электроэнергии сильно варьируется: от номинальных 4 центов за кВтч до более 100 долларов за кВтч в пиковые годовые периоды. Иногда стоимость даже отрицательная: когда от ветряных или солнечных электростанций вырабатывается слишком много энергии, сетевые операторы фактически платят коммунальным службам за потребление излишков.

Спрос и предложение на электроэнергию иногда могут резко расходиться. Пакетизация и рандомизация гибких электрических нагрузок позволяют спросу соответствовать доступному предложению.

Вермонтский университет

Чтобы снизить спрос в периоды пиковой нагрузки, коммунальные предприятия уже давно предлагают программы реагирования на спрос, которые позволяют им отключать водонагреватели, кондиционеры и другие нагрузки клиентов по фиксированному графику, например, в 16:00. до 9 вечера летом, когда использование исторически высоко.Если все, что мы хотим сделать, это уменьшить нагрузку в такие моменты, этот подход работает достаточно хорошо.

Однако, если наша цель состоит в том, чтобы сбалансировать энергосистему в режиме реального времени, поскольку возобновляемая генерация непредсказуемо меняется с ветром и солнцем, то работы устройств в соответствии с фиксированным графиком, основанным на прошлом поведении, будет недостаточно. Нам нужен более гибкий подход, который выходит за рамки простого снижения пикового спроса и обеспечивает дополнительные преимущества, повышающие надежность энергосистемы, такие как чувствительность к ценам, сглаживание возобновляемых источников энергии и регулирование частоты.

Как операторы сети могут координировать множество распределенных, гибких устройств мощностью в киловатт, каждое со своими специфическими потребностями и требованиями, для предоставления совокупного ресурса сети в масштабе гигаватт, реагирующего на сильно меняющееся предложение? Размышляя над этим вопросом, мы нашли вдохновение в другой области: цифровых системах связи.

Цифровые системы представляют ваш голос, электронное письмо или видеоклип в виде последовательности битов. Когда эти данные передаются по каналу, они разбиваются на пакеты.Затем каждый пакет независимо маршрутизируется по сети к назначенному месту назначения. Как только все пакеты получены, данные восстанавливаются в исходную форму.

Чем это похоже на нашу проблему? Интернетом ежедневно пользуются миллионы людей и миллиарды устройств. У пользователей есть свои индивидуальные устройства, потребности и модели использования, которые мы можем рассматривать как спрос, в то время как сама сеть имеет динамику, связанную с ее пропускной способностью, другими словами, с ее предложением. Тем не менее, спрос и предложение в Интернете сопоставляются в режиме реального времени без какого-либо централизованного планировщика.Точно так же миллиарды электрических устройств, каждое со своей собственной динамикой, подключаются к энергосистеме, чье питание, как мы уже отмечали, становится все более изменчивым.

Признавая это сходство, мы разработали технологию пакетного управления энергопотреблением (PEM) для координации энергопотребления гибких устройств. Соавтор Хайнс давно интересовался надежностью энергосистемы и изучал, как сбои в линиях электропередачи могут привести к каскадным отключениям и системным отключениям электроэнергии.Тем временем Фролик, имеющий опыт работы в системах связи, работал над алгоритмами для динамической координации передачи данных от беспроводных датчиков таким образом, чтобы потреблять очень мало энергии. Благодаря случайному обсуждению мы поняли, что наши интересы пересекаются, и начали работать над тем, чтобы увидеть, как эти алгоритмы могут быть применены к проблеме зарядки электромобилей.

Вскоре после этого Алмассалхи присоединился к нашему отделу и понял, что то, над чем мы работаем, имеет больший потенциал.В 2015 году он написал выигрышное предложение для программы ARPA-E NODES — это программа Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США — Energy’s Network Optimized Distributed Energy Systems. Финансирование позволило нам продолжить разработку подхода PEM.

Вернемся к электрическому водонагревателю. При обычной работе водонагреватель управляется своим термостатом. Устройство включается, когда температура воды достигает нижнего предела, и работает непрерывно (при 4,5 кВт) в течение 20–30 минут, пока температура воды не достигнет верхнего предела.Пара черно-белых графиков в нижней части «Соответствие спроса на электроэнергию поставке» показывает режимы включения и выключения 10 обогревателей: черный — выключен, белый — включен.

В PEM каждая нагрузка работает независимо и в соответствии с простыми правилами. Вместо нагрева только тогда, когда температура воды достигает нижнего предела, водонагреватель будет периодически запрашивать потребление «пакета» энергии, где пакет определяется как потребление энергии в течение короткого периода времени, скажем, 5 минут. Координатор (в нашем случае — облачная платформа) одобряет или отклоняет такие пакетные запросы на основе целевого сигнала, отражающего условия сети, такие как доступность возобновляемой энергии, цена на электроэнергию и так далее.Верхний график в разделе «Соотношение спроса на электроэнергию с предложением» показывает, насколько близко потребление PEM соответствует целевому сигналу, основанному на поставках возобновляемой энергии.

Чтобы гарантировать, что устройства с большей потребностью в энергии с большей вероятностью одобрят свои запросы, каждое устройство регулирует скорость своих запросов в зависимости от своих потребностей. Когда вода менее горячая, водонагреватель просится чаще. Когда вода горячее, он просит реже. Таким образом, система динамически приоритизирует устройства полностью децентрализованным образом, поскольку вероятность выполнения пакетных запросов пропорциональна потребности устройств в энергии.Затем координатор PEM может сосредоточиться на управлении входящими пакетными запросами, чтобы активно формировать общую нагрузку от множества пакетных устройств без необходимости централизованно оптимизировать поведение каждого устройства. С точки зрения заказчика в водонагревателе ничего не изменилось, так как эти запросы происходят полностью в фоновом режиме.

Эти же концепции могут быть применены к широкому спектру энергоемких устройств. Например, зарядное устройство электромобиля или бытовая аккумуляторная система могут сравнить текущее состояние заряда батареи с ее желаемым значением, эквивалентным ее потребности в энергии, преобразовать это в вероятность запроса, а затем отправить запрос координатору PEM, который либо принимает или отклоняет запрос на основе сетки в реальном времени или рыночных условий.В зависимости от этих условий для полной зарядки аккумулятора может потребоваться несколько больше времени, но пользователь не должен испытывать неудобств.

Таким образом, гибкие энергетические устройства обмениваются данными, используя общий простой язык запросов энергетических пакетов. В результате координатор не зависит от типа устройства, отправляющего запрос. Эта аппаратно-независимая координация аналогична сетевому нейтралитету в передаче данных. В общем, Интернету все равно, несет ли ваш пакет голосовые, видео или текстовые данные.Точно так же PEM не волнует, является ли устройство, запрашивающее пакет, водонагревателем, насосом для бассейна или зарядным устройством для электромобиля, поэтому он может легко координировать разнородное сочетание устройств мощностью в киловатт.

Этот контроллер подключается к бытовому электрическому водонагревателю и использует простые алгоритмы для запроса «пакетов» энергии от облачного координатора для поддержания подходящей температуры.

Пакетные энергетические технологии

В настоящее время восходящие технологии , управляемые устройствами, такие как PEM, не получили широкого распространения.Вместо этого в большинстве современных технологий реагирования на спрос используется нисходящий подход, при котором координатор передает управляющий сигнал всем устройствам, сообщая им, что делать. Но если каждому устройству приказано делать одно и то же в одно и то же время, все может очень быстро пойти не так, поскольку энергопотребление устройств синхронизируется. Представьте себе эффект от одновременного включения (или выключения) миллионов кондиционеров, водонагревателей и зарядных устройств для электромобилей. Это будет означать гигаваттные всплески — как если бы большая атомная электростанция включалась или выключалась щелчком выключателя.Всплеск такого большого размера может привести к нестабильности сети, что может вызвать каскадное отключение электроэнергии. Вот почему большинство коммунальных предприятий сегодня разбивают устройства на группы, чтобы ограничить всплески порядка десятков мегаватт. Тем не менее, активное управление этими различными группами, помимо нескольких ежегодных пиковых событий, является проблемой для нисходящих подходов.

Но если каждое устройство работает для удовлетворения своей уникальной потребности в энергии, то запросы пакетов (и результирующее энергопотребление) по своей сути рандомизируются, и в результате синхронизация становится гораздо менее важной.

Нисходящий подход также затрудняет учет предпочтений клиентов в отношении горячей воды, заряженных автомобилей и прохладных домов в жаркие дни. Если мы собираемся координировать энергетические устройства, чтобы улучшить работу сети, нам нужно убедиться, что мы делаем это таким образом, чтобы потребитель практически не заметил и автоматически.

Теперь рассмотрим, как PEM учитывает предпочтения отдельного клиента в случае с водонагревателем. Если температура воды падает ниже нижнего предела, а нагреватель еще не потребляет пачку энергии, он может временно «выйти» из схемы PEM и включиться до восстановления температуры.Водонагреватель сообщит координатору PEM об этом изменении своего режима работы, и координатор просто обновит свой учет совокупного потребления. Влияние этой отдельной загрузки на общую сумму невелико, но для клиента наличие гарантии горячей воды, когда это необходимо, укрепляет доверие и обеспечивает постоянное участие.

Подход PEM, ориентированный на устройства, также упрощает работу координатора, поскольку ему не нужно централизованно отслеживать или моделировать каждое устройство для разработки оптимизированного расписания.Координатору нужно только отслеживать сетку и рыночные условия, отвечать на поток входящих запросов пакетов и вести учет «отключенных» устройств — другими словами, координатор управляет всего тремя наборами номеров.

Чтобы повысить эффективность нашей работы, мы решили коммерциализировать PEM параллельно с нашими исследованиями и в 2016 году основали компанию Packetized Energy. Штаты и Канада.Каждый из этих проектов начался с модернизации существующих электрических водонагревателей интеллектуальным термостатом, который мы спроектировали, разработали и который прошел сертификацию UL. Мы также продемонстрировали PEM с зарядными устройствами для электромобилей, бытовыми аккумуляторами и термостатами. Нашим первым клиентом была коммунальная служба нашего родного города Вермонт, Burlington Electric Department. В 2018 году BED запустила первую в стране программу водонагревателей, полностью работающих на возобновляемых источниках энергии, которая теперь расширилась и теперь включает зарядные устройства для электромобилей.

Наши проекты дали многообещающие результаты.«Демонстрация координации нагрузки в реальном времени» показывает, как PEM координировал нагрузку от 208 бытовых водонагревателей в Вермонте и Южной Каролине в течение типичного 2-часового периода. Нагреватели [оранжевая линия] следовали за быстро меняющимся целевым значением [черная линия], которое колебалось от примерно половины номинальной нагрузки до примерно вдвое большей нагрузки [красная линия].

По мере масштабирования системы до тысяч устройств с пакетной обработкой асинхронные запросы пакетов будут отображаться как непрерывный сигнал. Наше моделирование показывает, что в этом масштабе любые разрывы между целевым и фактическим исчезают.Совокупная нагрузка по крайней мере так же быстро реагирует, как время реакции современной электростанции, работающей на природном газе, и вам не нужно нести расходы на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание физической установки.

Падение цен на датчики и микроконтроллеры приводит к быстрому росту Интернета вещей. В сочетании с технологией «умный дом» IoT позволяет представить мир, в котором все энергетические устройства — нагрузки, накопители энергии и генераторы — активно координируются, чтобы поддерживать стабильность сети и в полной мере использовать преимущества возобновляемых источников энергии.Но проблемы действительно ждут впереди.

Во-первых, сегодня существует мало стандартов, которыми могли бы руководствоваться производители, заинтересованные в координации на уровне устройств, и нет реальных стимулов для принятия ими какого-либо конкретного подхода. Это привело к распространению проприетарных технологий, решающих одну и ту же фундаментальную проблему. И здесь мы снова можем черпать вдохновение из Интернета: маловероятно, что собственные решения масштабируются до такой степени, чтобы решать имеющиеся энергетические проблемы. Новые инициативы, продвигаемые промышленностью, такие как EcoPort (ранее CTA 2045) и Matter (ранее Connected Home over IP) обещают безопасную связь с малой задержкой с устройствами разных производителей.Технические комитеты, рабочие группы и целевые группы IEEE также играют вспомогательную роль, например, технический комитет IEEE Power and Energy Society по умным зданиям, нагрузкам и потребительским системам. Мы надеемся, что в будущем эти усилия будут беспрепятственно поддерживать описанные здесь концепции «пакетизации» на основе устройств, а не просто служить традиционным нисходящим архитектурам связи и управления.

Также необходимы стимулы для потребителей электроэнергии, чтобы изменить потребление энергии.Сейчас ежедневная стоимость электроэнергии для бытового водонагревателя примерно одинакова, независимо от того, когда водонагреватель включается. У домовладельца нет финансовой выгоды от запуска водонагревателя, когда возобновляемая энергия высока или оптовая цена на электроэнергию низка. Регуляторным органам, коммунальным предприятиям и другим сторонам необходимо будет переосмыслить и переработать программы стимулирования и гибкого спроса, чтобы гарантировать, что взносы и вознаграждения будут справедливыми и равными для всех клиентов. Им также необходимо информировать потребителей о том, как работает программа.

Существует множество прецедентов для решения таких технических и политических проблем. Общедоступная система, которая является справедливой, гибкой, доступной, надежной, отказоустойчивой и масштабируемой, очень похожа на Интернет. Пакетное управление энергопотреблением, основная конструкция которого основана на передаче данных в Интернете, принесет те же важные преимущества. По мере того, как мы переходим к новому типу сети, основанной на распределенной и возобновляемой генерации, нам потребуются новые технологии и новые парадигмы. К счастью, у нас есть проверенная временем модель, которая указывает нам путь.

Эта статья появилась в печатном выпуске за февраль 2022 г. под названием «Пакетизация энергосистемы».

Электростанция будущего находится прямо у вас дома

В 2016 году Министерство энергетики предоставило Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии грант в размере 4,2 млн долларов США на разработку программного обеспечения для управления автономной сетью в рамках его Network Optimized Distributed Energy Systems или NODES. программа. Идея, по словам руководителя проекта NODES Андрея Бернштейна, заключалась в создании алгоритмов, оптимизирующих распределение электроэнергии как на уровне отдельных домов, так и на уровне всей сети.

«Проблема в том, что современная технология не способна интегрировать очень большие объемы распределенных энергетических ресурсов, — говорит Бернштейн. «То, что производит NODES, — это платформа plug-and-play, которая позволяет интегрировать миллионы устройств, таких как солнечные панели, аккумуляторы и электромобили, которыми можно управлять на границе системы».

Алгоритмы, разработанные Бернштейном и его коллегами, превращают сетку в улицу с двусторонним движением. Вместо нисходящего подхода, при котором централизованная коммунальная служба распределяет электроэнергию конечным пользователям, программное обеспечение для автономного управления позволяет распределенным энергетическим системам возвращать избыточную электроэнергию обратно в более крупную сеть наиболее эффективным способом.Если это солнечный день, а солнечные панели на крыше производят гораздо больше энергии, чем нужно их владельцам, у коммунальных предприятий нет причин сжигать столько угля или природного газа. Но без сети автономных контроллеров, следящих за распределенной генерацией, коммунальное предприятие остается в слепой зоне и не может воспользоваться избыточной чистой энергией.

Программное обеспечение для управления автономной сетью, разработанное в NREL, предназначено для работы с десятками тысяч энергетических систем. Но то, что работает в лаборатории, не обязательно сможет справиться с хаосом реальной жизни.Итак, после трех лет тестирования алгоритмов в лаборатории NREL «сетка в коробке» команда NODES была готова протестировать его в полевых условиях. Автономное программное обеспечение сначала было протестировано в микросети на небольшом винограднике в Калифорнии, а затем было установлено в небольших блоках управления в подвалах первых четырех домов, построенных в Basalt Vista.

Принятие Holy Cross автономного программного обеспечения для управления сетью показывает, что распространение распределенных систем возобновляемой энергии не обязательно представляет смертельную угрозу для электроэнергетических компаний.С точки зрения коммунальных служб, рост количества солнечных панелей на крышах, аккумуляторных батарей и других распределенных энергетических систем усложнил задачу эффективного и надежного обеспечения электроэнергией. Эксперимент Basalt Vista может быть небольшим, но он доказывает, что можно автономно управлять распределенными системами возобновляемой энергии, чтобы повысить надежность сети.

«В большинстве мест коммунальным предприятиям по-прежнему сложно понять, как использовать распределенные ресурсы в масштабе», — говорит Чаз Теплин, менеджер по электроэнергетике в Институте Роки-Маунтин, независимой исследовательской организации по устойчивому развитию.«Я думаю, что то, что делает Holy Cross, действительно здорово, потому что они используют совместный подход, когда каждый может извлечь выгоду из того, что они приносят к столу».

Эскобар говорит, что жизнь в энергетическом эксперименте имеет свои преимущества. В дополнение к экологическим преимуществам проживания в доме, который производит столько энергии, сколько потребляет, она говорит, что это также легко сказывается на банковском счете ее семьи. Летом, по словам Эскобар, ее счета за электричество составляли всего 12 долларов в месяц. Зимой счета были выше, потому что дому требуется больше электроэнергии для работы обогревателей, но Эскобар говорит, что ожидает значительной экономии на своих счетах за электроэнергию в среднем в течение года.«Жить в доступном доме с нулевым потреблением энергии полезно для окружающей среды и наших финансов», — говорит Эскобар. «Я надеюсь, что эту модель можно воспроизвести в других местах».

Как природный газ может защитить ваш дом от перебоев в подаче электроэнергии и изменения климата — Quartz

Бриджпорт, Коннектикут

Электрическая сеть США рассчитана на дождь, снег, ветер и молнии. Но он не смог справиться с ураганом «Сэнди» в 2012 году. На северо-восточном побережье более 8 миллионов домов потеряли электричество в какой-то момент во время урагана.В Коннектикуте более чем каждый пятый житель потерял электричество.

Надежный способ гарантировать, что свет никогда не погаснет, — это использовать резервную энергию микросети. Вместо типичных длинных наземных кабелей (которые могут сломаться под тяжестью упавшего дерева), подключенных к крупным электростанциям, в микросети используются короткие кабели (часто проложенные под землей), подключенные к небольшим генераторам электроэнергии, которые работают независимо от электросети любого региона. .

Тем не менее, он далек от совершенства. В небольших масштабах энергия на ископаемом топливе неэффективна, вызывая шум и загрязнение воздуха.Дизельные генераторы по-прежнему используются во многих городах для питания зданий размером с больницу, но люди хотят альтернативы, не загрязняющие окружающую среду. Возобновляемая энергия от солнца или ветра была бы идеальной, но для того, чтобы обеспечить постоянную мощность, требуются тонны недвижимости и дорогие батареи.

В Бриджпорте, крупнейшем городе Коннектикута, компания начинает доказывать, что у нее есть технология, которая может стать будущим для защищенного от ураганов электричества и может даже внести свой вклад в сокращение выбросов парниковых газов, вызывающих изменение климата.

Эта статья является частью серии статей «Гонка к нулевым выбросам», посвященных технологиям улавливания углерода. Вы также можете прочитать нашу статью, в которой излагаются аргументы в пользу использования технологии для борьбы с изменением климата.

Более чистая альтернатива

У железнодорожного вокзала Бриджпорта меня встретил Курт Годдард, вице-президент по связям с инвесторами компании FuelCell Energy. Мои телефонные разговоры перед визитом заставили меня подумать, что технология звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой.Итак, Годдард подготовил план, чтобы убедить меня: мы должны были посетить три генератора FuelCell, каждый из которых показывал разные причины верить в продукт компании.  

Первой остановкой была восстановленная промышленная площадка. На полутора акрах компания FuelCell построила электростанцию, работающую на природном газе, которая питает городскую сеть Бриджпорта. Он производит 15 МВт электроэнергии, что достаточно для 15 000 американских домов. Всего в нескольких кварталах от него я увидел ряды загородных домов.

Как правило, вы не хотели бы строить дом так близко к электростанции, работающей на ископаемом топливе, чтобы избежать воздействия вредных газов, содержащих серу и азот.FuelCell, как следует из названия, продает топливные элементы, аналогичные тем, что используются в автомобилях с водородным двигателем. Но вместо водорода продукты FuelCell сжигают природный газ без вредных выбросов.

FuelCell Energy

Один блок FuelCell Energy.

В конечном счете, сжигание ископаемого топлива — это не что иное, как химическая реакция, в ходе которой происходит обмен электронами с выделением тепла. Тепло, производимое на угольной электростанции, используется для производства пара, который затем приводит в действие турбины, преобразующие механическую энергию в электричество.Однако на каждом из этих шагов энергия теряется. Огонь — это дикая химическая реакция, и он неэффективно производит тепло. Вот почему, например, только около трети энергии, содержащейся в угле, на самом деле преобразуется в электричество. (Дизель, ископаемое топливо, часто используемое в небольших генераторах, еще менее эффективен.)  

Топливные элементы запускают ту же химическую реакцию, но контролируемым образом. Они используют металлические электроды для обеспечения обмена электронами. А поскольку здесь нет нескольких этапов — ни огня, ни пара, ни турбин, — гораздо больше энергии из ископаемого топлива преобразуется в электричество.Генераторы FuelCell Energy могут достигать КПД 66%.

Эти характеристики делают топливные элементы идеальным выбором для космических полетов. В 1950-х годах НАСА работало с частными компаниями над разработкой топливных элементов для использования в космосе во время миссий «Джемини» (предшественников миссий «Аполлон», которые доставили людей на Луну). С 1990-х годов топливные элементы использовались на земле для питания больших зданий, таких как больницы и университеты. Но те, которые используют ископаемое топливо, например, от FuelCell Energy, по-прежнему выделяют углекислый газ, парниковый газ, который угрожает безвозвратно изменить нашу планету к худшему.

Электростанции FuelCell уже устранили выбросы серы и азота. Теперь его технология продвинулась вперед, так что он также улавливает углекислый газ — и все это по цене, которая делает его финансово осуществимым.

Тепло и электроэнергия

«Этот дом принадлежит финансовому директору университета», — сказал Годдард, указывая на дом бежевого цвета во втором месте нашего посещения. Менее чем в 3 метрах от него находился генератор энергии FuelCell размером с теннисный корт. Он обеспечивает основные части кампуса Университета Бриджпорта электричеством и теплом.

Кварц/Акшат Ратхи

Тепло является необходимым побочным продуктом использования ископаемого топлива. В случае с генератором FuelCell часть этого тепла потребляется самим топливным элементом, который работает с использованием расплавленной соли, перемещающей электроны между электродами. Жидкое состояние соли необходимо для работы системы, а для этого требуется температура около 700°F (или 370°C). Часть тепла, образующегося в результате реакции, используется для поддержания этих температур, а остальная часть может быть преобразована в электричество с помощью внешнего генератора или передана во внешнюю систему отопления, если она нужна.

Годдард говорит, что продукт Fuelcell экономит университету 300 000 долларов в год на затратах на электроэнергию. Летом, когда жители Бриджпорта включают кондиционеры, городу приходится запускать свою угольную электростанцию. Старая электростанция была основным источником энергии для Бриджпорта, когда он был промышленным городом в 1970-х годах, но эти рабочие места исчезли. Сегодня, когда население обслуживается меньше, город не нуждается в заводе большую часть года. Однако в жаркие дни Бриджпорт не может получить достаточно энергии из энергосистемы штата, поэтому он платит угольной энергетической компании в 10–20 раз больше рыночной цены, чтобы запустить электростанцию ​​и обеспечить ее необходимой электроэнергией.Эти цены отражаются в счетах за электроэнергию жителей Бриджпорта. Благодаря FuelCell Energy университет меньше полагается на государственную власть и, таким образом, платит за электроэнергию примерно на 10% меньше, чем в противном случае.

Важно отметить, что завод FuelCell также будет действовать как микросеть в чрезвычайных ситуациях. Когда обрушился ураган «Сэнди», студенты Бриджпортского университета вынуждены были несколько дней обходиться без электричества. Если на кампус обрушится новый ураган, микросеть FuelCell готова обеспечить электричеством некоторые общежития и аудиторию — достаточно, чтобы люди могли заряжать свои телефоны, согреваться в помещении и получать горячую воду.

Улавливание углерода

Хотя нынешние генераторы FuelCell имеют «сверхнизкий уровень выбросов», то есть они не производят загрязняющих веществ серой, азотом или твердыми частицами, они все же производят углекислый газ. На атлантическом побережье в Бриджпорте Годдард показал мне последнюю установку и объяснил, как компания нашла способ уловить эту последнюю часть выбросов.

Топливный элемент компании использует природный газ (метан или Ch5) и воздух (содержащий кислород или O2). Затем внутренняя реакция с участием металлического катализатора превращает метан и воду в водород и двуокись углерода (CO2).Затем на положительном электроде (который притягивает электроны) CO2 вступает в реакцию с кислородом и превращается в карбонат (ион CO3), представляющий собой расплавленную соль, которая переносит заряд с одного электрода на другой. Наконец, на отрицательном электроде (который высвобождает электроны) водород вступает в реакцию с карбонатом с образованием воды и CO2.

Избыток воды можно сбрасывать в канализацию без очистки. Последним шагом является улавливание CO2, образующегося на отрицательном электроде.

В ходе испытаний компания FuelCell обнаружила, что выбросы CO2 с завода обычно содержат некоторое количество водорода и воды.Решение компании состояло в том, чтобы подключить конденсатор для удаления воды (посредством процесса охлаждения) и компрессор для отделения водорода от углекислого газа (путем приложения давления, чтобы одно сжижалось раньше другого). Избыток водорода возвращается обратно в ячейку, а сжатый CO2 собирается.

Очевидно, что с этим углекислым газом надо что-то делать. В небольших масштабах CO2 можно продавать производителям напитков. В больших масштабах его можно отправить на берег для хранения в подземных водоносных горизонтах или продать нефтяным компаниям для использования в качестве моющего средства для добычи нефти из истощенных месторождений.FuelCell удалось улавливать углекислый газ в небольших прототипах; Годдард привел меня на береговую установку не потому, что это успешный генератор на топливных элементах с нулевым уровнем выбросов, а чтобы показать, как будущая система может улавливать CO2, а затем отправлять его по трубопроводам, чтобы захоронить в океане.

FuelCell Energy

Блок топливных элементов. Каждый блок может производить около 1 МВт мощности.

Даже с этими дополнительными шагами общий энергетический баланс в топливных элементах с нулевым уровнем выбросов по-прежнему лучше, чем в традиционной технологии улавливания углерода.По словам Тони Лео, вице-президента FuelCell по технологиям, стоимость улавливания для FuelCell составляет около 40 долларов за метрическую тонну. Это неплохо по сравнению с нынешними затратами на улавливание углерода, которые, как правило, превышают 60 долларов за метрическую тонну. Экономия достигается за счет экономии энергии. Например, угольная электростанция может улавливать весь свой углекислый газ, но должна жертвовать примерно 20% производимой ею электроэнергии. Благодаря технологии FuelCell потери энергии отсутствуют, поскольку процесс улавливания встроен в систему.

Перспективы инноваций FuelCell настолько велики, что ExxonMobil считает, что стартап может помочь нефтяному гиганту расширить свои усилия по улавливанию углерода. В 2015 году ExxonMobil уловила 6,9 миллиона метрических тонн углекислого газа, примерно столько же выбрасывается миллионом автомобилей в год. Это все с обычной технологией улавливания углерода.

Компания ExxonMobil знает, что ей необходимо продолжать наращивать объемы улавливания углерода, но она также должна найти для этого более выгодные с финансовой точки зрения способы. После того, как компания публично изменила свое мнение и признала, что изменение климата реально, она осознала масштаб проблемы.Согласно моделированию, проведенному Международным энергетическим агентством, парижской межправительственной организацией, занимающейся вопросами энергетики и изменения климата, к 2050 году миру необходимо улавливать до 6 миллиардов метрических тонн углекислого газа. ExxonMobil должна поддерживать цель МЭА; Акционеры энергетического гиганта оказывают давление на компанию, чтобы она предприняла шаги, чтобы изменение климата не превратило их инвестиции в безнадежные активы. А для расширения необходимо снизить стоимость улавливания углерода.

ExxonMobil в настоящее время работает с FuelCell Energy над разработкой версии технологии последней, которая могла бы производить электроэнергию на ископаемом топливе, а также улавливать все выбросы CO2.Текущее мнение состоит в том, что они могли бы впрыскивать в топливный элемент выхлопные газы электростанции, работающей на природном газе, вместо воздуха, используемого в современных моделях генераторов. Этот выхлопной газ богат углекислым газом, но в нем достаточно кислорода для протекания обычных химических реакций в топливном элементе. Электроды выполняли свою работу и помогали отделять углекислый газ как от выхлопных газов электростанции, так и от собственных реакций топливного элемента.

Обе компании выиграли гранты Министерства энергетики США на испытания технологии на электростанции Барри в Алабаме.Строительные работы должны начаться в начале следующего года.

Слишком хорошо, чтобы быть правдой?

Топливные элементы имеют долгую историю, поэтому нет никаких сомнений в том, что они могут стать решением для микросетей. Компания FuelCell Energy построила крупнейший в мире парк топливных элементов в Южной Корее, производя 59 МВт электроэнергии, что достаточно для обеспечения электроэнергией более 60 000 домашних хозяйств,   , и недавно получила заказ на строительство электростанции мощностью 40 МВт на Лонг-Айленде. Это показывает, что на их продукт явно есть покупатели.

Компания ExxonMobil надеется построить электростанции FuelCell, которые будут намного больше, возможно, на сотни МВт, чтобы обеспечить улавливание углерода на еще более крупных электростанциях, работающих на газе.Однако в таком масштабе цена завода начнет кусаться. Например: строительство завода FuelCell Energy мощностью 15 МВт в Бриджпорте обошлось в 60 миллионов долларов, или 4000 долларов за кВт. Это значительно выше, чем стоимость строительства любой другой крупной электростанции.

Это уже цена, которую стоит заплатить за чистый и надежный способ сохранить свет во время стихийных бедствий. Но цена становится еще более привлекательной для потенциального крупномасштабного использования, когда она включает в себя улавливание углерода, особенно если при этом вы не снижаете мощность основной энергетической установки, и тем более, если надстройка FuelCell помогает производить даже больше электроэнергии, которая нам, безусловно, понадобится для поддержки растущего населения планеты и перехода на электромобили.


Вы можете подписаться на нашу рассылку, чтобы получать больше статей о проблемах и возможностях технологий с низким уровнем выбросов. Репортаж был поддержан стипендией Центра деловой журналистики Макгроу при Высшей школе журналистики Городского университета Нью-Йорка.

Как работают газотурбинные электростанции

Турбины внутреннего сгорания (газовые), устанавливаемые на многих современных электростанциях, работающих на природном газе, представляют собой сложные машины, но в основном они состоят из трех основных секций:

  • его и подает в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.
  • Система сгорания , обычно состоящая из кольца топливных форсунок, которые впрыскивают постоянный поток топлива в камеры сгорания, где оно смешивается с воздухом. Смесь сгорает при температуре более 2000 градусов по Фаренгейту. В результате сгорания образуется высокотемпературный поток газа под высоким давлением, который входит и расширяется через секцию турбины.
  • Турбина представляет собой сложную систему чередующихся стационарных и вращающихся лопастей с аэродинамическим профилем. Когда горячий дымовой газ расширяется через турбину, он вращает вращающиеся лопасти.Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они приводят в действие компрессор, чтобы втягивать больше сжатого воздуха в секцию сгорания, и вращают генератор для производства электроэнергии.

Наземные газовые турбины бывают двух типов: (1) двигатели с тяжелой рамой и (2) авиационные двигатели. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низким коэффициентом давления (обычно ниже 20) и, как правило, имеют большие физические размеры. Степень сжатия – это отношение давления нагнетания компрессора к давлению воздуха на входе.Авиационные двигатели произошли от реактивных двигателей, как следует из названия, и работают при очень высокой степени сжатия (обычно более 30). Авиационные двигатели, как правило, очень компактны и полезны там, где требуется меньшая выходная мощность. Поскольку турбины с большой рамой имеют более высокую выходную мощность, они могут производить большее количество выбросов и должны быть спроектированы для достижения низкого уровня выбросов загрязняющих веществ, таких как NOx.

Одним из ключевых факторов, влияющих на топливно-энергетическую эффективность турбины, является температура, при которой она работает.Более высокие температуры обычно означают более высокую эффективность, что, в свою очередь, может привести к более экономичной работе. Газ, протекающий через турбину типичной электростанции, может иметь температуру до 2300 градусов по Фаренгейту, но некоторые из критических металлов в турбине могут выдерживать температуры только до 1500–1700 градусов по Фаренгейту. Следовательно, воздух из компрессора может использоваться для охлаждения. ключевые компоненты турбины, снижая предельную тепловую эффективность.

Одним из главных достижений программы Министерства энергетики США по созданию усовершенствованных турбин стало преодоление существовавших ранее ограничений по температуре турбины за счет сочетания инновационных технологий охлаждения и передовых материалов.Усовершенствованные турбины, появившиеся в результате исследовательской программы Департамента, смогли повысить температуру на входе в турбину до 2600 градусов по Фаренгейту, что почти на 300 градусов выше, чем в предыдущих турбинах, и достичь эффективности до 60 процентов.

Еще одним способом повышения эффективности является установка рекуператора или парогенератора-утилизатора (HRSG) для извлечения энергии из выхлопных газов турбины. Рекуператор улавливает отработанное тепло в выхлопной системе турбины для предварительного нагрева нагнетаемого компрессором воздуха перед его подачей в камеру сгорания.Котел-утилизатор вырабатывает пар, улавливая тепло выхлопных газов турбины. Эти котлы также известны как парогенераторы-утилизаторы. Пар высокого давления из этих котлов можно использовать для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровых турбин, конфигурация которых называется комбинированным циклом.

Газовая турбина простого цикла может обеспечить эффективность преобразования энергии в диапазоне от 20 до 35 процентов. Благодаря более высоким температурам, достигнутым в программе турбин Министерства энергетики, будущие электростанции с комбинированным циклом, работающие на водороде и синтез-газе, вероятно, достигнут эффективности 60 процентов или более.Когда отработанное тепло улавливается из этих систем для отопления или промышленных целей, общая эффективность энергетического цикла может достигать 80 процентов.

 

Наши источники энергии, природный газ — Национальные академии

Природный газ

Природный газ обеспечивает 29% нашей энергии и используется для обогрева примерно половины домов в Соединенных Штатах. Он также является сырьем для производства различных распространенных продуктов, таких как краски, удобрения, пластмассы, лекарства и антифриз.Пропан, который питает многие кухонные плиты и уличные грили, а также домашние системы отопления, получают из природного газа. Природный газ также используется для производства 33% электроэнергии.

В отличие от нефти, около четверти которой в настоящее время импортируется, практически весь наш природный газ поступает из Соединенных Штатов.

Природный газ часто называют «чистым горением», потому что он производит меньше нежелательных побочных продуктов на единицу энергии, чем уголь или нефть. Как и все ископаемые виды топлива, при его сгорании выделяется углекислый газ, но примерно вдвое меньше, чем при сжигании угля на киловатт-час вырабатываемой электроэнергии.Он также более энергоэффективен. В среднем типичная угольная электростанция в 2013 году имела эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую примерно на 33%. Газовая установка имела КПД около 42%. А на электростанциях с комбинированным циклом, работающих на природном газе, в которых отработанное тепло газовой турбины используется для питания паровой турбины, генерация может достигать 60% эффективности.

В отличие от нефти, около четверти которой в настоящее время импортируется, практически весь наш природный газ поступает из Соединенных Штатов.Прогнозируется, что ежегодное потребление вырастет примерно на 25% в течение следующих 25 лет, с 28,3 триллионов кубических футов (трлн кубических футов) в 2015 году до 35,4 триллионов кубических футов в 2040 году. Но темпы открытия могут расти еще быстрее: по данным Управления энергетической информации США ( EIA), общие доказанные запасы природного газа в США выросли на 10% только в 2014 году и достигли рекордного уровня для США в 389 трлн куб. Хотя Соединенные Штаты импортируют часть своего природного газа, они также увеличивают его экспорт, а чистый импорт составляет менее 4% U.С. потребление.

Одной из причин такого роста является расширение добычи природного газа с помощью гидроразрыва пласта («гидроразрыва пласта») природного газа, содержащегося в сланцевых и других породах, крупных ресурсов, объем которых с 2007 года увеличился почти в девять раз. составляют более половины всей добычи природного газа в стране. Однако остается много вопросов без ответа о долгосрочном воздействии на окружающую среду методов, используемых для извлечения газа из сланца.

Как работают электростанции, работающие на природном газе

Как работают электростанции, работающие на природном газе?

Электростанция, работающая на природном газе, работает аналогично традиционной тепловой электростанции, за исключением того, что для выработки электроэнергии она сжигает природный газ вместо ископаемого топлива, такого как уголь. 5

Как электростанции, работающие на природном газе, влияют на окружающую среду?

Хотя природный газ по-прежнему считается ископаемым топливом, электростанции, работающие на природном газе, производят значительно меньше углекислого газа в воздухе, что является значительным источником загрязнения воздуха. На самом деле, согласно исследованию, проведенному Аргоннской национальной лабораторией, «при сжигании природного газа на новой эффективной электростанции, работающей на природном газе, выделяется на 50–60% меньше углекислого газа (CO2) по сравнению с выбросами типичной новой угольной электростанции. 6

Так в чем проблема? Почему бы не перевести все электростанции на природный газ и не дать моим бедным легким отдохнуть?

Как ни странно, самая большая проблема — это транспорт. Природный газ приходится извлекать из земли довольно большими бурами. Затем его необходимо безопасно транспортировать в районы, где его можно извлечь. Поскольку природный газ относительно нестабилен, для транспортировки газа из резерва строятся подземные трубы.

Хотя большинство правительств и организаций принимают строгие меры предосторожности при транспортировке природного газа, этот процесс не идеален, и метан — основной компонент природного газа — может и действительно протекает в различных местах.Еще больше смущает то, что утечка метана сама по себе оказывает огромное влияние на выбросы и сохраняется в воздухе дольше, чем один CO2. 7

Несмотря на то, что это шаг на пути к решению проблемы обильных выбросов парниковых газов, является ли он правильным? Долгосрочное воздействие метана в воздух сопряжено со значительными рисками, а длительная неэффективность может причинить больше вреда, чем выбросы углерода в долгосрочной перспективе. Но человеческая цивилизация имеет историю преобладания, так что, может быть, наши гениальные ученые и инженеры придумают способ сделать транспортировку природного газа более эффективной и безопасной.

Кроме того, имейте в виду, что это зависит не только от образованных людей. Пока эти ученые, инженеры, правительственные чиновники и физики пытаются найти долгосрочное решение проблемы выбросов парниковых газов, почему бы не принять меры сегодня и не сделать все возможное, чтобы улучшить качество нашего воздуха прямо сейчас?

Что я могу сделать, чтобы уменьшить выбросы парниковых газов в моем районе?

Вот некоторые предложения:

  • Об этом

    • Carpool
    • Ride The Bike
    • Ride The Bike
    • Take The Party Tracty
    • Работа из дома
    • Отрегулируйте свой термостат
    • Отключить свои зарядные устройства
    • Ваша одежда для сушки
    • Инвестируйте в энергосберегающие продукты
    • Инвестируйте в экологически чистые продукты
    • Посадите дерево
    • Посадите сад
    • Компост
    • Проведите энергоаудит дома
    • Go Solar
    0 902
    1. Эванс, Питер С.и Аннунциата, Марко. Промышленный Интернет: раздвигая границы разума и машин. GE, 15 ноября 2012 г.
    2. Наг, П. К. Электростанция. Tata McGraw-Hill Education, 2002.
    3. «Как работают газотурбинные электростанции». Министерство энергетики США. Управление связи ископаемой энергии. Обновлено 08 июля 2009 г. По состоянию на 17 декабря 2019 г.
    4. «Скрытые затраты на ископаемое топливо». Союз неравнодушных ученых. 15 июля 2008 г. Обновлено 30 августа 2016 г. По состоянию на 17 декабря 2019 г.
    5. «Поршневые двигатели, работающие на природном газе, все чаще используются для баланса возобновляемых источников энергии». Управление энергетической информации США. Сегодня в Энергетике. 19 февраля 2019 г. По состоянию на 17 декабря 2019 г.
    6. «Воздействие природного газа на окружающую среду». Союз неравнодушных ученых. 19 июня 2014 г. По состоянию на 17 декабря 2019 г.
    7. «Необходимо уделять больше внимания утечке метана из газовой инфраструктуры». Альвареза, Рамон А., Пакалаб, Стивен В., Уайнбрекек, Джеймс Дж., Чамейдесд, Уильям Л.и Гамбурге, Стивен П. Фонд защиты окружающей среды. 13 февраля 2012 г.

    Производство электроэнергии в США по источникам: природный газ или уголь

    Доля производства электроэнергии в США

    В марте президент Трамп подписал указ об изменении энергетической политики предыдущей администрации. Этот шаг он охарактеризовал как «прекращение войны с углем» на фоне сокращения использования топлива. В прошлом году природный газ превзошел уголь как наиболее распространенный источник для производства электроэнергии в Соединенных Штатах, согласно анализу предварительных данных Управления энергетической информации, проведенному Post.В начале века на уголь приходилось большая часть выработки электроэнергии, и в 2008 году он по-прежнему оставался источником почти половины электроэнергии, но в прошлом году его доля неуклонно снижалась, составив 30 процентов. В прошлом году природный газ обеспечил 34 процента электроэнергии страны, минуя уголь, а также атомную энергетику.

    [Трамп принимает решительные меры, чтобы стереть послужной список Обамы в области изменения климата ]

    Местные электростанции используют близлежащие ресурсы — реки на северо-западе, ветер на Среднем Западе, уголь в районе Аппалачей, природный газ на севере — для производства большей части электроэнергии страны.Это показывает источник выработки электроэнергии в каждом штате по предварительным данным за 2016 год.

    Нажмите, чтобы изменить порядок

    Нажмите, чтобы переставить

    Электростанции, работающие на природном газе

    В США 1793 электростанции, работающие на природном газе. В прошлом году они произвели 34 процента электроэнергии страны.

    Успехи и расширение фрекинга за последнее десятилетие открыли доступ к огромным запасам природного газа из сланцевых месторождений по всей стране.Топливо является основным источником выработки электроэнергии в 19 штатах и ​​обеспечивает не менее 50 процентов электроэнергии в девяти штатах.

    Уголь

    В США 400 угольных электростанций. В прошлом году они произвели 30 процентов электроэнергии страны.

    Уголь был основным источником выработки электроэнергии в 19 штатах и ​​вторым по распространенности источником еще в девяти. Уголь наиболее популярен на востоке, к югу от Нью-Йорка.На уголь по-прежнему приходится не менее 50 процентов выработки электроэнергии в 13 штатах.

    Ядерный

    В США 61 атомная электростанция. В прошлом году они произвели 20 процентов электроэнергии страны.

    Новые атомные электростанции вводятся в эксплуатацию после десятилетий паузы после первоначального толчка в 1970-х и 1980-х годах, вызванного первым нефтяным кризисом. Мэриленд присоединился к Южной Каролине, Иллинойсу, Пенсильвании, Коннектикуту и ​​Нью-Гэмпширу, получив в прошлом году большую часть своей энергии от атомной энергетики.Двадцать штатов вообще не производят атомную электроэнергию.

    Гидро

    В США 1444 гидроэлектростанции. В прошлом году они произвели 7 процентов электроэнергии страны.

    Это источник праздника или голода. Вашингтон, Орегон, Вермонт и Айдахо лидируют в стране по мощности гидроэлектростанций, получая от 56 до 68 процентов своей электроэнергии. Но Монтана и Южная Дакота были единственными другими штатами, где на них приходилось более 5 процентов электроэнергии.Государственные электростанции производят большую часть электроэнергии.

    Ветер

    В США 999 ветряных электростанций. В прошлом году они произвели 6 процентов электроэнергии страны.

    Ветер — это самый быстрорастущий источник энергии, находящийся на Великих равнинах, где ветер надежно дует через широкие открытые пространства. Айова получает более трети своей электроэнергии от ветра, за ней следуют Канзас, Оклахома и Южная Дакота, каждый из которых получает более четверти своей электроэнергии от ветряных мельниц.Ветер нигде не является ведущим источником электроэнергии, но занимает второе место в семи штатах.

    Солнечная

    В США 1721 электростанция на солнечной энергии. В прошлом году они произвели 1 процент электроэнергии страны.

    Солнечная энергия преимущественно используется на юго-западе, где больше всего светит солнце. Рост солнечной энергии привел к появлению растений во всех штатах, кроме восьми. Калифорния получает почти 10 процентов электроэнергии от солнечной энергии, а Невада — более 6 процентов.За ними следуют Вермонт и Аризона с 4 процентами каждый.

    Масло

    В Соединенных Штатах насчитывается 1076 электростанций, работающих на жидком топливе. В прошлом году они произвели чуть более половины 1 процента электроэнергии страны.

    Нефть больше не является популярным источником для производства электроэнергии. После подъема ОПЕК, нефтяных потрясений и повышения цен в 1970-х годах коммунальные предприятия переключились на другие виды топлива, в основном на уголь. Гавайи получают две трети электроэнергии из нефти, это единственный штат, где она является ведущим источником энергии.

    Об этой истории

    Управление энергетической информации «Эксплуатационные электростанции в США по источникам энергии» на https://www.eia.gov/maps/map_data/PowerPlants_US_EIA.zip

    Подробные данные EIA через EIA-860, Ежегодный отчет по электрогенераторам, EIA-860M, Ежемесячное обновление годового отчета по электрогенераторам и EIA-923, Отчет о работе электростанции на http://www.eia.gov/electricity/monthly/

    Другие источники энергии включают нефтяной кокс, другие газы, биомассу и геотермальную энергию.

    Первоначально опубликовано 31 июля 2015 г.

    Еще новости

    Соединенные Штаты нефти и газа

    Президент Трамп заявил, что планирует удвоить усилия в нефтегазовой отрасли, отменив правила и буря на федеральных землях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.