Классическая миниэлектростанция представляет собой устройство для генерации электрического тока, состоящее из смонтированных на одной раме двух основных агрегатов – двигателя внутреннего сгорания и альтернатора (собственно генератора), соединенных при помощи редуктора. Принцип работы миниэлектростанции, основан на превращении внутренней энергии сжигаемого топлива в механическую энергию вращения вала двигателя, которая посредством соединенного с валом ротора альтернатора по закону Фарадея преобразуется в электрический ток. По виду используемого двигателем миниэлектростанции топлива их принято разделять на три типа: бензиновые, дизельные и газовые. Несмотря на некоторую неточность, классические миниэлектростанции часто называют по наименованию одной из составляющих с добавлением типа топлива – бензо-, дизель- или газогенераторами.
Базовая комплектация практически каждой электростанции помимо двигателя, альтернатора и редуктора включает топливный бак, глушитель, демпфирующие прокладки для уменьшения вибрации, систему экстренной остановки с аварийной сигнализацией, комплект топливных и воздушных фильтров, панель управления и регулятор частоты оборотов. Простейшая панель управления со стартером для запуска и кнопкой остановки двигателя. Запуск, в зависимости от модели, может осуществляться вручную (поворачивая ручку или дернув за шнур), электростартером (нажатием кнопки или поворотом ключа) или автоматическим включением (командой блока автоматического ввода резерва). В случае применения электростартера базовая комплектация миниэлектростанции включает блок подзарядки аккумуляторной батареи. Регулятор частоты оборотов может быть механическим (используется в установках малой мощности), механическим с электронным регулированием и электронным (позволяет с большой точностью дозировать подачу топлива, что уменьшает его затраты и вредные выбросы).
Для каждого конкретного случая эксплуатации базовая комплектация миниэлектростанции может быть дополнена различными опциями: шумопоглощающим кожухом, системой дистанционного контроля, панелью автоматического управления, различными датчиками (контроля уровня топлива, температуры масла и т.п.), системой подогрева охлаждающей жидкости (для дизельных моторов в зимний период) и т.д. Специальный всепогодный шумопоглощающий кожух представляет собой металлический капот с корозионностойким покрытием снаружи и слоями шумопоглощающего материала внутри. Для доступа к различным узлам предусмотрены специальные люки, а панель управления закрывается специальной прозрачной пластиной. Использование подобного кожуха позволяет снизить уровень шума при работе миниэлектростанции на 15 – 20 дБ, но существенно увеличивает габариты и вес установки.
В зависимости от мощности и предназначения миниэлектростанции могут быть стационарными (устанавливаются в специальном помещении или всепогодном контейнере), переносными или передвижными. Последние устанавливаются на мобильных колесных платформах, которые транспортируются как автомобильный прицеп. Использование подобных платформ позволяет законным путем обойти бюрократические проволочки при согласовании проекта установки стационарной миниэлектростанции с экологами и МЧС. Передвижные агрегаты позволяют фирмам, имеющим по роду деятельности множество объектов, где возможны перебои с электроснабжением (сети заправочных станций, операторы мобильной связи и т.д.), не держать на каждом из них отдельные резервные миниэлектростанции, а оперативно доставлять электрогенератор на объект в случае необходимости.
При выборе модели миниэлектростанции необходимо принимать во внимание некоторые нюансы. Производители часто указывают в рекламных проспектах максимальную выходную мощность, на которой агрегат в зависимости от фирмы-производителя может работать от нескольких секунд до нескольких минут. Реальная номинальная мощность ниже на несколько (иногда на десятки) процентов. Также выходная мощность может быть указана без учета коэффициента мощности cosφ станции, на который ее надо умножить, чтобы получить реальное значение. А сравнение у разных моделей такого параметра, как время непрерывной работы без дозаправки (определяется расходом топлива и объемом бака), необходимо производить при общем «знаменателе» потребляемой мощности, поскольку при ее значении 1/1, 3/4 или 1/2 расход топлива может существенно различаться. Производители миниэлектростанций часто используют двигатели или альтернаторы других фирм, поэтому при выборе генератора необходимо учитывать возможность гарантийного и постгарантийного ремонта и доступности запасных частей для всех агрегатов.
Наиболее популярные торговые марки производителей качественных миниэлектростанций: Daishin (Япония), Energo (Япония), Honda (Япония), Hitachi (Япония), Mitsubishi (Япония), Yamaha (Япония), Yanmar (Япония), Geko (Германия), Endress (Германия), Kohler (США), Generac (США), Cummins (США), FG Wilson (Великобритания), L’Europea (Италия), Genmac (Италия), SDMO (Франция), Worms (Франция), Sparky (Болгария), Himoinsa (Испания), Kipor (Китай).
Сердцем миниэлектростанции любой модели и производителя является двигатель, срок службы которого в несколько раз ниже, чем у альтернатора. Именно двигатель внутреннего сгорания определяет такие параметры установки, как мощность, габариты, уровень шума, время непрерывной работы и время наработки на отказ (моторесурс).
Бензогенераторы используют в качестве топлива бензин А-92 (95). Агрегаты подобного типа прочно заняли нишу источников резервного питания на период работы, не превышающий 7 – 8 часов, в диапазоне мощностей до 12 – 15 кВА. Для обеспечения работы бензогенератора используются двух или четырехтактные двигатели.
Двухтактные двигатели используются в установках мощностью до 0,8 кВА. Расположение клапанов в таких двигателях может быть как боковым, так и верхним, в последнем случае достигается увеличение производительности примерно на 30%. Другой особенностью работы одноцилиндровых двухтактных двигателей является смешивание в определенной пропорции бензина со специально предназначенным маслом. Блок цилиндра может изготавливаться из алюминия, что обеспечивает невысокую стоимость электрогенератора, но их наработка на отказ не превышает 500 часов. Устанавливаются подобные блоки на предназначенные для непродолжительной работы бытовые агрегаты. Блок с чугунной гильзой цилиндров имеет моторесурс порядка 1500 часов.
На установках мощностью 1,0 – 15 кВА применяются одно или двух цилиндровые верхнеклапанные четырехтактные двигатели. По сравнению с двухтактными при прочих равных параметрах они отличаются меньшим шумом, большим моторесурсом и более равномерным ходом. Одноцилиндровые четырехтактные бензиновые моторы являются самыми надежными в своем классе и имеют наработку на отказ 2500 – 4000 часов. На бензиновых миниэлектростанциях мощностью 9 – 15 кВА как правило устанавливают V-образные двухцилиндровые четырехтактные двигатели, которые при непрерывной работе до 8 часов ежедневно имеют наработку на отказ до 5000 моточасов. Бензиновые двигатели являются высокооборотными – частота вращения 3000 об/мин соответствует 50 об/сук и обеспечивает переменный ток частотой 50 Гц. С этими двигателями используются синхронные или асинхронные двухполюсные альтернаторы.
Преимущества бензогенераторов: 1. гарантированный запуск при температуре окружающей среды до – 15⁰С;
2. относительно низкий уровень шума: 55 – 72 дБ;
3. компактность и простота обслуживания;
4. стоимость агрегата ниже, по сравнению с дизельными или газовыми аналогами.
Недостатки:
1. высокая, по сравнению с другими типами электрогенераторов, стоимость бензина обуславливает высокую стоимость вырабатываемой электроэнергии;
2. бензин обладает меньшим относительно дизтоплива и сжиженного газа сроком хранения и требует при этом соблюдения специальных условий.
Мировыми лидерами в производстве бензиновых двигателей для электростанций являются компании: Briggs&Stratton (США), Honda (Япония), Kubota (Япония), Mitsubishi (Япония), Robin (Япония), Suzuki (Япония), Yamaha (Япония), Lombardini (Италия), Tecumseh (Италия).
Дизельгенераторы используют для работы дизельное топливо. Область их применения – источники резервного питания на период работы более 7-10 часов или источники основного электроснабжения при потребляемой мощности 12 – 3000 кВА. Маломощные дизельные электростанции имеют воздушное охлаждение и комплектуются высокооборотным двигателем (3000 об/мин) с низким моторесурсом – 500 часов. По сравнению с бензиновыми аналогами подобные агрегаты потребляют больше топлива, имеют более высокий уровень шума и существенно тяжелее, поскольку для сжигания дизтоплива необходимо обеспечивать высокое давление в камере сгорания, что делает блок цилиндра более массивным. Поскольку дизельное топливо нелетучее и в дизельных двигателях не используется система зажигания, вероятность их возгорания намного меньше, чем у бензиновых, поэтому дизельные генераторы используют при ликвидации аварий, требующих соблюдения особых мер безопасности или для электроснабжения стройплощадок.
Предназначенные для длительной непрерывной работы мощные дизельные миниэлектростанции снабжаются низкооборотными двигателями – 1500 об/мин или 750 об/мин, что позволяет использовать, соответственно, четырех или восьмиполюсные альтернаторы. Такие установки снабжаются системой жидкостного охлаждения, имеют оптимальный расход топлива и большой моторесурс: 15000 – 40000 часов наработки на отказ (1 год = 365х24 = 8760 часов).
При эксплуатации дизельного генератора следует иметь в виду, что он не «любит» работать на холостых оборотах и малых частичных нагрузках, поэтому для снижения вредных последствий для его «здоровья» следует на каждые 100 часов обеспечивать 2 часа работы под 100 % нагрузкой. Другой важной особенностью эксплуатации дизельных миниэлектростанций является изменение физических свойств топлива при понижении его температуры, что обусловлено это присутствием в дизельном топливе высокомолекулярных углеводов (парафинов). При охлаждении вязкость топлива возрастает вплоть до кристаллизации парафинов. Летние сорта дизтоплива становятся вязкими уже при температуре + 3 ⁰С, что следует учитывать в периоды резкой смены погоды.
Преимущества дизельгенераторов:
1. большой моторесурс и высокая надежность;
2. низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии;
3. быстрая окупаемость при более высокой, чем бензиновые аналоги, стоимости;
4. более низкие требования к безопасности при хранении топлива, по сравнению с газом и бензином.
Недостатки:
1. гарантированный запуск при температуре окружающей среды только до – 5⁰С;
2. высокий уровень шума: 80 – 110 дБ (железнодорожный состав – 90 дБ, сирена – 100 дБ, старт реактивного самолета – 120дБ);
3. при установке вне отапливаемого помещения зимой необходим подогрев топлива и охлаждающей жидкости;
4. более требовательны к культуре эксплуатации.
Мировыми лидерами в производстве дизельных двигателей для электростанций являются компании: Honda (Япония), Kubota (Япония), Robin (Япония), Yamaha (Япония), Yanmar (Япония), Lombardini (Италия), Acme (Италия), Iveco (Италия), Hatz (Германия), Perkins (Великобритания), Scania (Швеция).
Газовые генераторы могут использовать для работы газ различного происхождения: природный, попутный нефтяной, сжиженный, биогаз, шахтный, генераторный газ и т.д. На нашем рынке представлены газовые портативные генераторы или стационарные миниэлектростанции, которые работают на сжиженной пропанобутановой смеси - LPG (Liquefied Petroleum Gas) или на природном газе, который называю также «магистральным» или «сетевым» - NG (Natural Gas). Применяются установки этого типа в качестве источников резервного питания на период работы 5 – 10 часов или основного электроснабжения.
Газовые генераторы мощностью до 6 кВА снабжаются высокооборотным (3000 об/мин) газопоршневым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, что ограничивает время его непрерывной работы. Если для работы подобного агрегата используется поставляемая в бытовых газовых баллонах пропанобутановая смесь, особой экономии в производстве электроэнергии по сравнению с бензогенератором не будет, несмотря на более низкую цену топлива. При подключении к газопроводу стоимость 1 кВт/час будет меньше в 2 раза, чем у дизельгенератора, и почти в 3 раза, чем у бензогенератора при прочих равных характеристиках. Производятся модели, которые работают на обоих типах газового топлива, переход между которыми осуществляется установкой переключателя в соответствующее положение LPG или NG. Но здесь есть один подводный камень. Двигатели для газовых генераторов с воздушным охлаждением являются вариантом бензинового (реже дизельного) мотора, у которого модифицирована система впрыска и карбюрации топлива (в этом можно убедиться по указанной в технических характеристиках модели двигателя). Средний моторесурс бензиновых аналогов составляет 1500 – 2000 часов, и очень сомнительно, что использование газового топлива увеличит его до рекламируемых 4000 – 5000 часов, поэтому экономия на затратах за период эксплуатации будет несущественной.
Мощные (до 3000 кВА) газовые миниэлектростанции ведущих производителей предназначенные для длительной непрерывной работы и снабжаются специально разработанными низкооборотными (1500 об/мин) газопоршневыми двигателями (четырехтактные рядные до 8 цилиндров, V-образные – до 16 цилиндров) с жидкостным охлаждением или газотурбинными установками. Моторесурс подобных агрегатов может достигать 60000 часов наработки на отказ. При работе газопоршневой установки кроме электроэнергии вырабатывается значительное количество тепловой энергии (процесс когенерации), которую можно использовать для обогрева помещений или горячего водоснабжения, что превращает такую установку в мини-ТЭС. Установки, в которых для нужд потребителей используются оба вида выделяемой полезной энергии, называются когенерационными. Системы синхронизации параллельной работы нескольких газопоршневых миниэлектростанций позволяют создавать когенерационные установки общей мощностью в 10 МВт, что может быть использовано для жизнеобеспечения небольшого поселка.
Преимущества газовых генераторов:
1. высокая надежность и стабильность работы;
2. относительно низкий уровень шума (до 75 дБ);
3. более высокая экологичность выхлопа (выбросы содержат меньшее количество сажи и высокомолекулярных токсичных соединений);
4. возможность использования в качестве когенерационной установки;
5. при определенных условиях эксплуатации низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии;
Недостатки:
1. газ более взрывоопасное топливо, чем бензин и дизтопливо, и требует особых условий хранения и транспортировки;
2. подключение к магистральному газоснабжению требует составления проектной документации и получения специального разрешения, что по стоимости может превышать цену самой установки.
3. помещение, в котором располагается газовая миниэлектростанция, должно быть обязательно оборудовано принудительной проточно-вытяжной вентиляцией и датчиком утечки газа;
4. при температуре окружающей среды ниже нуля баллон с сжиженным газом необходимо размещать в отапливаемом помещении.
Мировыми лидерами в производстве двигателей для газовых электростанций являются компании:, Yanmar (Япония), General Motors (США), Kohler (США), Generac (США), Cummins (США), MDE (Германия), FG Wilson (Великобритания), Jenbacher AG (Австрия).
В современных миниэлектростанциях используют самовозбуждаемые безщеточные альтернаторы двух типов: синхронные и асинхронные. Как известно из уроков физики, для возбуждения электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках статора (неподвижная часть альтернатора) необходимо переменное магнитное поле, источником которого служит вращающийся намагниченный ротор (якорь). В отличие от асинхронного генератора, у синхронного на якоре расположены обмотки (катушки индуктивности), подача электрического тока на которые изменяет величину напряженности магнитного поля, что позволяет регулировать напряжение на выходе статорных обмоток. Конструкция асинхронного генератора гораздо проще - его ротор напоминает обычный маховик, а для возбуждения ЭДС используется остаточная намагниченность якоря. Корпус асинхронного генератора полностью закрыт, поэтому степень их защиты IP54 (где 5 означает полную защиту от касания вспомогательными средствами любого типа и проникновения пыли, а 4 – защиту от распространяющейся со всех сторон водяной пыли). Синхронному альтернатору необходимо охлаждение обмоток ротора, которое осуществляется струей проточного воздуха, поэтому степень их защиты в основном IP23 (2 – защита от касания пальцами и от проникновения твердых посторонних частиц диаметром более 12 мм, 3 – защита от падающих под углом до 60 градусов от вертикали струй воды), а на портативных маломощных миниэлектростанциях даже IP21 (1 – защита от вертикально падающих струй воды). Но в последнее время практически у всех ведущих производителей появились модели синхронных генераторов, степень защиты которых соответствует IP54.
Асинхронные альтернаторы более устойчивы к короткому замыканию, но при использовании индуктивных нагрузок им необходимо обеспечивать запас мощности в 3 – 4 раза, точность подержания значения выходного напряжение составляет 10%, что не применимо для питания чувствительной электронной аппаратуры. Для улучшения их параметров применяют AVR (автоматический регулятор напряжения) и систему стартового усиления (снижает величину необходимого запаса мощности до 1,5 – 2 раз). Реактивная нагрузка подключаемых потребителей может составлять 30% от номинала, а у трехфазных моделей допустим «перекос фаз» 60-70% («перекос фаз» - это неравномерность распределения нагрузки, то есть разница суммарных мощностей подключенных к каждой из трех разных фаз «однофазных» потребителей).
Синхронные генераторы способны в кратковременном интервале (не более секунды) выдавать ток в 3 – 4 раза больше номинального, что позволяет использовать их для питания потребителей с высокими стартовыми нагрузками без обеспечения запаса мощности. Колебание выходного напряжения у альтернаторов этого типа не превышает 5%, что позволяет без проблем подключать чувствительную к перепадам напряжения электронную технику. Реактивная нагрузка подключаемых потребителей может составлять 65% от номинала, а у трехфазных моделей допустим «перекос фаз» не более 33% (для моделей с IP54 – до 60%).
Мировыми лидерами в производстве альтернаторов для миниэлектростанций являются компании: Generac (США), Leroy Sorner (Франция), Mecc Alte (Италия), Sincro (Италия), Soga (Италия), Stanford (Великобритания), Yamaha (Япония), Sawafuji (Япония), Metallwarenfabrik Gemmingen (Германия).

оптимальный подбор и установка электрогенераторов в Украине: electro-servis.kiev.ua