Газопоршневые установки в добыче и переработке: экономика, применение, особенности эксплуатации
Нефтегазовая и горнодобывающая промышленность исторически были основными потребителями дизельных генераторных установок для объектов вне централизованных сетей. Сдвиг в сторону газопоршневых агрегатов (ГПУ) начался по нескольким причинам: рост стоимости дизельного топлива и логистических затрат на его доставку в отдалённые районы, наличие на ряде месторождений попутного нефтяного газа (ПНГ), который сжигался в факелах вместо полезного использования, и ужесточение требований по утилизации ПНГ со стороны регулятора.
Утилизация попутного газа для выработки электроэнергии на месторождении — это двойная выгода: закрывается требование по снижению объёмов сжигания в факелах и одновременно появляется дешёвый источник электричества для нужд объекта. Стоимость выработки 1 кВт·ч на ГПУ при использовании ПНГ значительно ниже, чем при дизельной генерации с учётом стоимости топлива и его транспортировки.
Технические особенности газопоршневых установок
В отличие от газовых турбин, газопоршневые установки эффективны при частичной нагрузке (КПД сохраняется на уровне 85–95% от номинала при нагрузке 50–100%). Это принципиально важно для объектов с переменным потреблением — буровые установки, вахтовые посёлки, горнодобывающие предприятия с нестабильным графиком нагрузки. Газопоршневые электростанции мощностью от 200 кВт до нескольких МВт — оптимальный выбор для таких объектов при наличии стабильной газовой базы.
Ресурс современных ГПУ до первого капитального ремонта — 40 000–60 000 моточасов (при условии качественного газа и надлежащего обслуживания). Это в 1,5–2 раза больше, чем у дизельных аналогов. Межсервисный интервал — 1000–2000 моточасов, что сопоставимо с ДЭС.
Когенерация: электричество плюс тепло
Важное преимущество газопоршневых установок — возможность когенерации: одновременной выработки электрической и тепловой энергии. КПД когенерационного агрегата (суммарный по электрической и тепловой составляющим) достигает 80–88%. Для объектов с потребностью в тепле — отопление производственных и административных зданий, подогрев технологических сред — это существенная экономия по сравнению с раздельной генерацией.
На горнодобывающих предприятиях Севера и Сибири тепловая составляющая когенерации используется для обогрева производственных помещений, технологического оборудования и вахтовых посёлков. В ряде случаев отработанное тепло двигателя полностью покрывает потребность в отоплении при температурах до −30°C.
Требования к качеству газа
Попутный нефтяной газ — неоднородное сырьё: состав существенно варьируется в зависимости от месторождения и может содержать сероводород, тяжёлые углеводороды (С3+), механические примеси и влагу. Перед подачей в ГПУ газ необходимо подготовить: осушить, очистить от механических примесей, при необходимости — сепарировать тяжёлые фракции и убрать сероводород до допустимых концентраций.
Несоблюдение требований к качеству газа — главная причина преждевременного износа двигателей и выхода форсунок из строя. Система подготовки газа должна быть включена в технический проект на этапе проектирования, а не добавляться постфактум при проблемах с оборудованием.
Применение в горнодобывающей промышленности
Угольные шахты и разрезы, горно-обогатительные комбинаты и карьеры формируют специфический запрос: большие мощности (от 500 кВт до нескольких МВт), непрерывная работа, высокая запылённость, нередко взрывоопасная атмосфера (метан в угольных шахтах). Для таких объектов ГПУ выпускаются в специальном исполнении с повышенной степенью защиты двигателя от абразивных частиц и системой контроля метана.
На открытых горных разработках (карьеры) часть техники переводится на природный газ или СПГ — это снижает выбросы и стоимость топлива при наличии соответствующей инфраструктуры. Газопоршневые приводы для горной техники — перспективное направление, которое активно развивается крупнейшими игроками отрасли.
