Сколько газа потребляет генератор? Руководство по расходу топлива

Количество газа, используемого генератором, зависит главным образом от его выходной мощности, процента нагрузки, эффективности двигателя, теплоты сгорания природного газа и условий эксплуатации . Генератор большего размера потребляет больше природного газа в час, но расход топлива на кВтч может значительно различаться в зависимости от объема двигателя и уровня нагрузки.

Для промышленных проектов наиболее точным методом является использование данных производителя двигателя о расходе топлива при ожидаемой рабочей нагрузке, а не оценка потребления газа только по кВт генератора.

DIYPOWER предлагает промышленные генераторы природного газа для резервного, основного, непрерывного и распределенного энергоснабжения. В этом руководстве объясняется, как оценить расход топлива генератора природного газа, рассчитать почасовое использование газа, понять потребление при частичной нагрузке и оценить эксплуатационные расходы..

Сколько природного газа потребляет генератор?

Потребление природного газа обычно выражается в:

• м³/ч — кубические метры в час

• фут³/ч — кубический фут в час

• SCFH — стандартные кубические футы в час

• MMBtu/h — миллион британских тепловых единиц в час.

Фактический расход зависит как от мощности генератора, так и от эффективности двигателя.

Упрощенные отношения:

Потребление природного газа = Требуемая топливная энергия ÷ Теплотворная способность природного газа

Требуемую топливную энергию можно оценить по формуле:

Потребление топливной энергии = электрическая мощность ÷ электрический КПД

Например, генератор мощностью 1000 кВт, работающий с электрическим КПД 40%, требует примерно:

1000 кВт ÷ 0,40 = 2500 кВт потребляемой топливной энергии

Эту потребность в топливе и энергии можно затем преобразовать в м³/ч или фут³/ч, используя фактическую теплоту сгорания подаваемого природного газа.

Однако это следует рассматривать как инженерную оценку , а не замену официальных данных производителя двигателя о расходе топлива.

Потребление топлива генератором природного газа в зависимости от размера генератора

Размер генератора оказывает большое влияние на часовое потребление природного газа.

Генератор мощностью 100 кВт, очевидно, требует меньше топлива в час, чем генератор мощностью 1000 или 2000 кВт. Однако более крупные промышленные двигатели могут достигать более высокого электрического КПД, а это означает, что зависимость между мощностью генератора и расходом топлива не является совершенно линейной.

Данные ТЭЦ с поршневыми двигателями Агентства по охране окружающей среды США ясно иллюстрируют это:

Эти цифры представляют собой репрезентативные данные двигателя ТЭЦ, а не спецификации продукта DIYPOWER , поэтому их следует использовать для понимания взаимосвязи между размером генератора, расходом топлива и эффективностью, а не как гарантированные показатели потребления для конкретного генератора.

Данные EPA показывают, что электрическая эффективность обычно повышается по мере увеличения размеров поршневых двигателей, работающих на природном газе.

Для реального проекта сравните таблицу расхода топлива, поставляемую с конкретным генератором природного газа DIYPOWER, который вы оцениваете.

Как рассчитать расход топлива генератора природного газа

Есть два практических способа оценить потребление генераторного газа.

Метод 1. Используйте данные производителя о расходе топлива.

Это предпочтительный метод.

Производители генераторов или двигателей обычно предоставляют данные о расходе топлива при различных рабочих нагрузках, например:

Для промышленных проектов эти данные более надежны, чем использование обычного онлайн-калькулятора топлива, поскольку они отражают фактическую конструкцию двигателя.

Метод 2: оценка потребления по эффективности

Если подробные данные производителя еще недоступны, расход топлива можно оценить по мощности генератора и электрическому КПД.

Основной расчет таков:

Потребляемая энергия топлива (кВт) = электрическая мощность (кВт) ÷ электрический КПД

Затем:

Объем газа = потребность в топливной энергии ÷ теплотворная способность газа

Пример: генератор природного газа мощностью 1000 кВт.

Предполагать:

• Электрическая мощность = 1000 кВт

• Электрический КПД = 40%

Затем:

1000 ÷ 0,40 = потребляемая мощность 2500 кВт

Потому что:

1 кВт = 3412 БТЕ/ч

приблизительный расход топлива и энергии составляет:

2500 × 3412 = 8 530 000 БТЕ/ч

или:

8,53 млн БТЕ/ч

Если природный газ содержит примерно 1036 БТЕ на кубический фут:

8 530 000 ÷ 1 036 ≈ 8 234 фут³/ч

Это примерно:

8 234 кубических футов в час

Опять же, это упрощенный пример. Фактическое потребление генератора может отличаться в зависимости от эффективности двигателя, состава газа, вспомогательных нагрузок, условий окружающей среды и конструкции производителя.

Управление энергетической информации США сообщает, что в 2025 году поставка природного газа потребителям в США в среднем составляла примерно 1036 БТЕ/фут³ , но фактическая теплотворная способность зависит от местоположения и поставок.

Текущие данные о теплосодержании природного газа в США см. в « Данных о теплосодержании природного газа» Управления энергетической информации США..

Потребление природного газа при нагрузке 25%, 50%, 75% и 100%.

Нагрузка генератора является одним из наиболее важных факторов, влияющих на расход топлива.

Логично предположить, что:

50% нагрузки = ровно 50% потребления газа при полной нагрузке

но настоящие двигатели обычно так себя не ведут.

Генератору по-прежнему нужна энергия для преодоления:

• Внутреннее трение двигателя

• Нагрузки системы охлаждения

• Pumps

• Фанаты

• Потери генератора

• Нагрузки системы управления

• Другие вспомогательные требования

Таким образом, по мере снижения нагрузки генератора расход топлива на выработанный кВтч может увеличиться.

Данные EPA для поршневых двигателей, работающих на природном газе, показывают, что тепловая мощность увеличивается, а эффективность снижается по мере снижения нагрузки . Для типичного двигателя, работающего на обедненном природном газе, эффективность при нагрузке 50% примерно на 8–10% ниже, чем при полной нагрузке.

Это означает, что промышленные покупатели должны сравнивать потребление в нескольких точках нагрузки.

Почему важно потребление при частичной нагрузке

Рассмотрим два генератора:

Генератор А: 1000 кВт, работающий в диапазоне предполагаемых нагрузок.

Генератор Б: 2000 кВт, работающий непрерывно при нагрузке всего 25–30%.

Несмотря на то, что генератор B обеспечивает гораздо большую резервную мощность, он может не обеспечить наилучшее использование топлива для фактического режима работы.

Вот почему при выборе генератора следует учитывать:

• Минимальная нагрузка

• Средняя нагрузка

• Пиковая нагрузка

• Запуск двигателя

• Изменение нагрузки

• Будущее расширение

вместо того, чтобы выбирать максимально возможный генератор.

Что влияет на расход топлива генератора природного газа?

1. Нагрузка генератора

Более высокая электрическая мощность требует больше топлива в час.

Однако работа с низкой нагрузкой может увеличить расход топлива на кВтч, поскольку эффективность двигателя обычно падает с уменьшением нагрузки.

2. Эффективность двигателя

Два генератора, производящие одинаковую электрическую мощность, могут потреблять разное количество газа.

КПД двигателя зависит от таких факторов, как:

• Конструкция двигателя

• Степень сжатия

• Обедненное или стехиометрическое сжигание

• Турбонаддув

• Воздушно-топливный контроль

• Скорость двигателя

• Размер генератора

Технические данные Агентства по охране окружающей среды показывают, что электрический КПД двигателей, работающих на природном газе, варьируется от примерно 30% низкой мощности для двигателей меньшего размера до более 46% низкой мощности для больших высокопроизводительных двигателей, работающих на обедненной смеси.

Для более глубокого объяснения прочтите « Насколько эффективен генератор природного газа?»..

3. Теплотворная способность природного газа

Не каждый кубический метр или кубический фут природного газа содержит одинаковое количество энергии.

Состав природного газа варьируется в зависимости от источника и региона.

Топливо может содержать различные пропорции:

• Метан

• Этан

• Пропан

• Азот

• Углекислый газ

• Другие газы

Более высокая теплотворная способность означает, что из данного объема топлива можно получить больше энергии.

Данные EIA подтверждают, что теплосодержание поставляемого природного газа варьируется в зависимости от местоположения и времени.

4. Давление газа

Крупные промышленные генераторы природного газа требуют достаточного расхода и давления газа.

Если давление на входе упадет ниже требований производителя двигателя, генератор может оказаться неспособным достичь номинальной мощности или поддерживать стабильную работу.

Поэтому при проектировании газовой системы следует учитывать:

• Минимальное входное давление

• Максимально необходимый поток

• Мощность регулятора

• Диаметр трубопровода

• Падение давления

• Расстояние от источника питания

• Другое газопотребляющее оборудование

5. Температура окружающей среды и высота над уровнем моря.

Большая высота снижает плотность воздуха.

Высокая температура окружающей среды также может повлиять на работу двигателя и системы охлаждения.

В зависимости от двигателя и условий на площадке может потребоваться снижение мощности генератора.

Генератор, производящий меньше доступной мощности в сложных условиях на объекте, может изменить соотношение между расходом топлива и полезной электрической мощностью.

6. Условия технического обслуживания

Плохое обслуживание может повлиять на сгорание и общую производительность генератора.

К важным областям технического обслуживания относятся:

• Воздушные фильтры

• Свечи зажигания

• Система зажигания

• Смазка

• Система охлаждения

• Регуляторы газа

• Датчики

• Зазоры клапанов

• Система контроля топлива

Следуйте графику технического обслуживания производителя двигателя, а не используйте один универсальный интервал обслуживания.

Сколько стоит эксплуатация генератора природного газа?

Как только становится известно почасовое потребление газа, оценить эксплуатационные расходы становится относительно просто.

Использовать:

Почасовая стоимость топлива = Часовое потребление природного газа × Цена доставленного природного газа

Например:

Если генератор потребляет:

Х м³/ч

и стоимость природного газа:

Y на м³

затем:

Часовая стоимость топлива = X × Y

Тогда можно оценить годовую стоимость топлива:

Годовая стоимость топлива = Часовая стоимость топлива × Годовые часы работы

Рассчитать стоимость за кВтч

Для промышленных покупателей стоимость выработанного кВтч зачастую более полезна, чем почасовая стоимость топлива.

Использовать:

Стоимость топлива за кВтч = почасовая стоимость топлива ÷ электрическая мощность

Например, высокопроизводительный генератор может потреблять значительно больше газа в час, но при этом обеспечивать конкурентоспособную стоимость топлива на выработанный кВтч благодаря более высокому электрическому КПД.

Что должно быть включено в общие эксплуатационные расходы?

Топливо – это только один компонент.

Учитывать:

• Природный газ

• Моторное масло

• Фильтры

• Свечи зажигания

• Плановое обслуживание

• Запасные части

• Система охлаждения

• Капитальный ремонт

• Вспомогательное электричество

• Время простоя

• Сервисный труд

Для проектов с высокой продолжительностью основного или непрерывного энергоснабжения общая стоимость жизненного цикла более значима, чем цена только на топливо.

Природный газ и расход топлива дизельного генератора

Природный газ и дизельное топливо нельзя сравнивать, просто задав вопрос, какой генератор «потребляет меньше топлива».

Топливо бывает разное:

• Плотность энергии

• Единицы измерения

• Требования к хранению

• Двигательные технологии

• Цены

• Системы снабжения

Дизель-генератор может измеряться в:

л/ч или галлон/ч

в то время как генератор природного газа может измеряться в:

м³/ч, фут³/ч или MMBtu/ч

Лучшее сравнение:

Стоимость топлива за кВтч произведенной электроэнергии

Подробное сравнение топлива см. в руководстве DIYPOWER по дизельным и газовым генераторам..

Потребление топлива генератором природного газа и ТЭЦ

Для объектов, требующих как электроэнергии, так и полезного тепла, потребление топлива не следует оценивать только по выработке электроэнергии.

Обычный генератор отводит значительное количество тепла за счет:

• Выхлоп

• Вода в рубашке двигателя

• Система смазки

• Интеркулер

Система комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) может восстанавливать часть этой энергии для:

• Технологическая горячая вода

• Пар

• Промышленная сушка

• Отопление помещений

• Питательная вода котла

• Другие термические процессы

Агентство по охране окружающей среды определяет общую эффективность ТЭЦ как полезную электрическую мощность плюс полезную тепловую мощность, разделенную на общее количество потребляемой топливной энергии. Агентство по охране окружающей среды сообщает, что системы ТЭЦ обычно достигают общей эффективности около 60–80% , в зависимости от технологии и конструкции системы.

Агентство по охране окружающей среды США — Методы расчета эффективности ТЭЦ

Для завода, которому одновременно требуется электроэнергия и технологическое тепло, потребление газа на кВтч электроэнергии само по себе не отражает полную стоимость потребляемого топлива, поскольку некоторая энергия топлива также преобразуется в полезную тепловую мощность.

Как снизить расход топлива генератора природного газа

Выберите правильный размер генератора

Избегайте ненужного превышения размера.

Генератор следует выбирать по:

• Базовая нагрузка

• Средняя нагрузка

• Пиковая нагрузка

• Запуск двигателя

• Загрузка шагов

• Будущее расширение

Если нагрузка существенно меняется, несколько генераторных установок меньшего размера иногда могут обеспечить большую эксплуатационную гибкость, чем один агрегат большего размера.

Агентство по охране окружающей среды отмечает, что несколько двигателей могут быть предпочтительнее там, где регулярно происходит значительное снижение нагрузки, поскольку это позволяет избежать некоторых проблем с эффективностью при частичной нагрузке.

Работайте в пределах предполагаемого диапазона нагрузок

Не думайте, что генератор должен всегда работать ровно на один процент от номинальной нагрузки.

Вместо этого сравните кривые эффективности и расхода топлива производителя и эксплуатируйте систему в диапазоне, рекомендованном для конкретного двигателя.

Поддерживайте двигатель правильно

Соблюдайте требования производителя для:

• Фильтры

• Смазочные материалы

• Компоненты зажигания

• Охлаждение

• Регулирование газа

• Датчики

Мониторинг потребления газа

Для промышленных установок, работающих в течение длительного времени, рассмотрите возможность мониторинга:

Расход газа + кВт генератора + часы работы

Это позволяет устройству рассчитать:

Фактический расход газа на кВтч

и выявлять изменения в операционной деятельности с течением времени.

Оценить ТЭЦ

Если существует полезная потребность в тепле, рекуперация тепла может существенно улучшить общее использование топлива.

EPA сообщает, что типичная общая эффективность системы ТЭЦ составляет 60–80%, в то время как в другом обзоре EPA указывается, что типичная производительность ТЭЦ составляет около 65–80%, а в некоторых системах она выше в зависимости от технологии и конструкции.

Как оценить потребности в поставке газа для промышленного генератора

Расход топлива также имеет решающее значение при проектировании системы газоснабжения.

Для промышленных установок не следует определять размер газопровода только от генератора мощностью.

Шаг 1. Определите максимальную потребность в газе

Получите данные производителя о потреблении газа при полной нагрузке.

Для нескольких генераторов:

Общая максимальная потребность в газе = сумма максимальной потребности в газе генератора.

Затем учитывают любое другое газовое оборудование объекта, работающее одновременно.

Шаг 2. Подтвердите необходимое давление на входе

Производитель двигателя должен указать допустимый диапазон давления газа.

Недостаточное давление может повлиять на:

• Запуск двигателя

• Максимальная мощность

• Стабильность горения

• Переходные характеристики

Шаг 3. Проверьте пропускную способность газовой трубы

Газопровод должен учитывать:

• Требуемый поток

• Диаметр трубы

• Длина трубы

• Фитинги

• Падение давления

• Давление питания

• Мощность регулятора

Шаг 4. Учитывайте пиковый спрос на объекты

Завод уже может использовать природный газ для:

• Котлы

• Печи

• Сушилки

• Духовки

• Технологический нагрев

Генератор может увеличить потребность в газе во время работы.

Инженер газовой компании или объекта должен подтвердить, что система снабжения может поддерживать одновременный пиковый спрос.

Шаг 5: Запланируйте несколько генераторов

Для электростанции, работающей на природном газе , топливная система может потребоваться для поддержки одновременной работы нескольких генераторных установок.

Поэтому газовые коллекторы, регуляторы, измерительные, запорные клапаны и системы контроля давления должны быть спроектированы вокруг всей электростанции.

Пример: планирование топлива для крупного промышленного газогенератора

Крупные проекты по производству промышленных генераторов делают особенно важным точное планирование топлива.

Например, высоковольтный генератор природного газа JiChai мощностью 2000 кВт от DIYPOWER предназначен для крупных промышленных энергетических установок.

Для генератора этого класса покупатели должны оценить:

• Расход газа при полной нагрузке

• 75% потребление нагрузки

• 50% потребление нагрузки

• Минимальное давление газа

• Максимальный расход газа

• Теплотворная способность природного газа

• Пропускная способность трубопровода

• КПД генератора

• Годовые часы работы

• Местная цена на газ

• Потенциал ТЭЦ

Небольшая процентная разница в эффективности может привести к значительной ежегодной разнице в стоимости топлива, когда генератор мощностью в несколько мегаватт работает тысячи часов в год.

Контрольный список планирования топлива для промышленного генератора природного газа

Прежде чем выбрать генератор природного газа, подтвердите:

Дополнительную информацию о процессе работы генератора можно найти в статье « Как работает генератор природного газа?»..

Подробнее об эффективности и скорости нагрева см. в разделе « Насколько эффективен генератор природного газа?»..

Решения DIYPOWER для генераторов природного газа

DIYPOWER предлагает решения для генераторов природного газа для промышленного резервного, основного, непрерывного, ТЭЦ и распределенного энергоснабжения.

При оценке расхода топлива генератора DIYPOWER рекомендует учитывать полный рабочий профиль, а не сравнивать только номинальную мощность.

Важная информация о проекте включает в себя:

• Требуемая кВт/кВА

• Напряжение и частота

• Режим ожидания, основной или непрерывный режим

• Средняя нагрузка

• Пиковая нагрузка

• Годовые часы работы

• Состав газа

• Давление газа

• Теплотворная способность газа

• Высота и температура места установки

• Требования к параллельной работе

• Требования ТЭЦ

Изучите генераторы природного газа DIYPOWER для индивидуальных генераторных решений или электростанции на природном газе DIYPOWER для крупных проектов промышленного производства.

Часто задаваемые вопросы

Сколько природного газа потребляет генератор в час?

Это зависит от мощности генератора, нагрузки, КПД двигателя и теплоты сгорания газа. Данные производителя о расходе топлива при фактической рабочей нагрузке дают наиболее точный ответ.

Сколько природного газа потребляет генератор мощностью 1000 кВт?

Универсального показателя потребления для каждого генератора мощностью 1000 кВт не существует.

В качестве упрощенного примера, генератор мощностью 1000 кВт, работающий с электрическим КПД 40%, требует примерно 8,53 млн МБТЕ/ч топлива. При 1036 БТЕ/фут3 это соответствует примерно 8234 фут3/ч.

Фактический расход следует сверять с данными конкретного производителя двигателя.

Использует ли генератор меньше газа при нагрузке 50%?

Да, общее почасовое потребление газа обычно снижается по мере снижения электрической нагрузки.

Однако расход не обязательно падает пропорционально, поскольку эффективность двигателя может снизиться при частичной нагрузке. Данные EPA показывают, что типичный двигатель, работающий на обедненной газовой смеси, может быть примерно на 8–10% менее эффективным при нагрузке 50%, чем при полной нагрузке.

Что такое СКФХ?

SCFH означает стандартные кубические футы в час . Он обычно используется для выражения расхода газообразного топлива при стандартизированных условиях температуры и давления.

Как рассчитать стоимость генераторного газа в час?

Использовать:

Почасовая стоимость топлива = Расход газа в час × Местная цена на газ

Убедитесь, что единицы измерения совпадают, например, м³/ч и цена за м³.

Как рассчитать стоимость природного газа за киловатт-час?

Использовать:

Стоимость топлива за кВтч = почасовая стоимость природного газа ÷ электрическая мощность генератора

Часто это лучший показатель для сравнения различных генераторов.

Использует ли более крупный генератор природного газа больше газа?

Генератор большего размера обычно потребляет больше газа в час при производстве большей мощности.

Однако более крупные двигатели, работающие на природном газе, могут обеспечить более высокий электрический КПД, поэтому расход топлива на выработанный кВтч может быть ниже, чем у некоторых двигателей меньшего размера.

Влияет ли теплотворная способность природного газа на потребление генератора?

Да.

Если газ содержит меньше энергии на кубический метр или кубический фут, для доставки того же количества топлива и энергии может потребоваться больший объем газа.

Может ли слишком мощный генератор тратить природный газ?

Генератор увеличенной мощности, который работает при низкой нагрузке в течение длительного времени, может иметь меньший расход топлива на кВтч, чем генератор правильной мощности.

Является ли природный газ дешевле дизельного топлива для генераторов?

Это зависит от местных цен на топливо, эффективности двигателя, часов работы, инфраструктуры, технического обслуживания и профиля нагрузки генератора.

Сравните общие эксплуатационные затраты на кВтч, а не только цену топлива.

Может ли ТЭЦ снизить потребление природного газа?

ТЭЦ не обязательно снижает количество газа, необходимого для производства заданного количества генераторной электроэнергии. Вместо этого он восстанавливает тепло, которое в противном случае было бы потрачено впустую, и использует его для полезных тепловых целей.

Это может значительно улучшить общее использование топлива . Агентство по охране окружающей среды сообщает, что типичная общая эффективность системы ТЭЦ составляет около 60–80%.

Заключение

Количество природного газа, используемого генератором, зависит от мощности генератора, эффективности двигателя, процента нагрузки, теплотворной способности газа, условий на месте и конструкции двигателя..

Для промышленных проектов избегайте оценки расхода топлива только на основе кВт генератора. Сравните данные производителя при нагрузке 25%, 50%, 75% и 100% , подтвердите фактическую теплотворную способность газа и давление, доступные на объекте, и рассчитайте как почасовую стоимость топлива, так и стоимость выработанного кВтч..

При работе с большим количеством часов правильное определение размера генератора становится особенно важным, поскольку работа с частичной нагрузкой может снизить эффективность и увеличить расход топлива на кВтч.

DIYPOWER предлагает решения для промышленных генераторов природного газа и электростанций для различных требований к резервному, основному, непрерывному и распределенному производству электроэнергии. Точная информация о нагрузке, подаче газа и часах работы может помочь подобрать генератор в соответствии с реальными потребностями проекта в топливе и мощности.