Как считают мощность когенерационной установки по выходу биогаза

Когенерационная установка на биогазе подбирается не по заявленной мощности генератора, а по тому, сколько газа объект способен давать стабильно в течение суток и какого он состава. Если мощность взята по пиковой выработке, установка большую часть времени работает на частичной нагрузке: электрический коэффициент полезного действия падает, моторесурс расходуется быстрее, а часть газа уходит на факел.

Ниже разобрано, какие исходные данные нужны для расчёта, как выход биогаза переводится в электрическую и тепловую мощность, что ограничивает выбор сверху и снизу и когда вместо одного агрегата ставят два. Направление описано на странице газоочистки и биогазовых установок.

Какие данные нужны для расчёта

Расчёт начинается не с генератора, а с сырья и режима его поступления на площадку.

• Суточный выход биогаза. Объём в кубометрах в сутки, полученный из расчёта по сырью. Для мощности важен не только средний выход, но и то, насколько он колеблется по сезонам. Порядок расчёта разобран в статье Как считают выход биогаза по составу сырья.
• Содержание метана. Основной показатель, определяющий теплоту сгорания. У газа с животноводческих стоков и у газа с пищевых отходов она различается заметно, и мощность, рассчитанная по усреднённому значению, окажется завышенной.
• Примеси в газе. Сероводород, аммиак, силоксаны и влага ограничивают допуск газа к двигателю. Требования производителя энергетического оборудования задаются в миллиграммах на кубометр и определяют состав узла подготовки.
• Режим подачи сырья. Непрерывная загрузка или партиями. От этого зависит, нужен ли газгольдер большего объёма, чтобы сгладить неравномерность перед генератором.
• Потребность объекта в электроэнергии и тепле. Собственное потребление площадки, график нагрузки, наличие технологического потребителя тепла.
• Условия выдачи мощности. Работа на собственные нужды, параллельно с сетью или с выдачей в сеть. Это определяет требования к электротехнической части и объём согласований.

Как выход газа переводится в мощность

Переход от кубометров к киловаттам выполняется в три шага, и на каждом часть энергии теряется.

• Энергия в газе. Суточный объём умножается на теплоту сгорания, которая определяется долей метана. Чем ниже содержание метана, тем больше газа требуется на тот же киловатт.
• Электрический коэффициент полезного действия. Для газопоршневых агрегатов этого класса он лежит в диапазоне примерно от 35 до 42 процентов и зависит от мощности агрегата и его исполнения. Остальная энергия переходит в тепло.
• Тепловая часть. Снимается с системы охлаждения двигателя и с выхлопных газов. Полезной она становится только при наличии потребителя: часть тепла всегда уходит на подогрев субстрата в реакторе.
• Собственные нужды. Насосы, мешалки, газодувка, узел подготовки газа и обогрев реактора потребляют часть выработки. В расчёте закладывается, что до выдачи в сеть доходит не вся электрическая мощность.
• Годовой фонд работы. Из календарного времени вычитается плановое обслуживание по наработке. Установка не работает круглый год без остановок, и мощность считается с учётом этого.

Требования к качеству газа перед двигателем описаны в статье Как подготавливается биогаз перед подачей в когенерацию.

Один агрегат или два

При равной суммарной мощности схема из двух агрегатов меньшей единичной мощности ведёт себя иначе, чем один большой.

Схема из двух агрегатов чаще применяется там, где выход газа заметно меняется по сезонам или где остановка выработки недопустима по условиям площадки.

Что ограничивает мощность сверху и снизу

• Снизу — минимальная устойчивая нагрузка. Газопоршневой агрегат не рассчитан на длительную работу на малой доле номинала. Если выход газа в межсезонье падает ниже этого предела, агрегат придётся останавливать.
• Сверху — фактический выход газа. Мощность, не обеспеченная газом, остаётся незагруженной. Увеличить выработку за счёт более мощного агрегата без увеличения загрузки сырья невозможно.
• Условия подключения. Разрешённая к выдаче мощность и параметры точки присоединения ограничивают верхнюю границу независимо от выхода газа.
• Потребитель тепла. Если тепло некуда девать, экономика проекта считается только по электрической части, и запас мощности теряет смысл.
• Качество газа. При высоком содержании сероводорода производитель оборудования ограничивает допустимую нагрузку или сокращает межсервисный интервал.

Что прислать для расчёта

Вид и количество сырья в сутки с разбивкой по сезонам, результаты анализа состава газа при их наличии, собственное потребление электроэнергии и тепла на площадке, наличие технологического потребителя тепла, условия присоединения к сети и разрешённую мощность, климатические данные площадки, требования к непрерывности выработки. По этим данным считается выход газа, подбирается мощность агрегата и состав узла подготовки газа.

Частые вопросы

Можно ли подобрать мощность без анализа состава газа?
На стадии предварительного расчёта — да, по типовым значениям для данного вида сырья. Для заказа оборудования анализ необходим: состав определяет и мощность, и состав узла очистки, и гарантийные условия производителя двигателя.

Что происходит с избытком газа, если агрегат остановлен?
Избыток принимает газгольдер, а при его заполнении газ уходит на факельную установку. Объём газгольдера подбирается так, чтобы перекрыть типовую плановую остановку. Подробнее — в статье Факельная установка и аварийный сброс биогаза — когда они обязательны.

Нужно ли закладывать запас мощности на расширение?
Запас закладывается не в агрегате, а в площадке: место под второй агрегат, сечение кабельных линий, пропускная способность узла подготовки газа. Увеличивать единичную мощность сверх обеспеченной газом нецелесообразно.

Сколько тепла остаётся объекту после подогрева реактора?
Зависит от температуры процесса, климата и исполнения реактора. В холодный период на подогрев субстрата уходит заметная доля тепловой мощности, и расчёт полезного тепла ведётся по самому холодному месяцу, а не по среднегодовому значению.

Что мы делаем

Считаем выход биогаза по составу сырья, переводим его в электрическую и тепловую мощность с учётом собственных нужд площадки, подбираем единичную мощность агрегата и схему из одного или двух агрегатов, определяем состав узла подготовки газа под требования производителя двигателя, поставляем оборудование с документами для таможни и бухгалтерии.

Пришлите данные по сырью и потреблению на sale@tkasiatorg.ru — рассчитаем мощность когенерационной установки под фактический выход газа и подберём состав оборудования под условия площадки.