Centrali elettriche a combustibili alternativi in Russia

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Negli ultimi anni, le centrali elettriche autonome con motori a pistoni a gas sono diventate sempre più popolari in Russia e all'estero. Queste unità sono di facile manutenzione e consumano meno carburante rispetto alle tradizionali unità diesel. Inoltre, sulla base di un motore a pistoni a gas, è possibile assemblare una stazione combinata che genera contemporaneamente calore ed elettricità.

Abbiamo parlato con gli sviluppatori di Transmashholding, il partner generale del festival Polytech 360, di come un'unità a pistoni a gas differisce da un motore a benzina o diesel e se può essere installata su un'auto normale. Alle nostre domande hanno risposto Alexander Terekhin, capo del dipartimento di sviluppo del motore diesel di Transmashholding JSC, e Igor Ovchinnikov, project manager per lo sviluppo dell'ingegneria diesel di Transmashholding JSC.

In sostanza, i motori a pistoni a gas sono motori a combustione interna convenzionali che utilizzano il gas per funzionare. Le prime installazioni di questo tipo sono apparse alla fine del XIX secolo e venivano utilizzate principalmente nelle fabbriche per azionare varie apparecchiature di produzione. Successivamente, furono principalmente sostituiti da motori elettrici. Inoltre non sono ampiamente utilizzati nei trasporti. Ma negli ultimi anni, la popolarità dei motori a pistoni a gas ha iniziato a crescere. Ci sono diverse ragioni per questo, ma la principale è l'aumento dei prezzi degli idrocarburi liquidi (benzina, diesel). Oggi i motori a pistoni a gas sono utilizzati in generatori di corrente, generatori di calore, pompe, compressori e unità di refrigerazione.

N + 1: In quali stabilimenti vengono utilizzati i motori a pistoni a gas e perché?

I motori a pistoni a gas sono utilizzati nelle centrali elettriche di quasi tutte le applicazioni: motori-generatori stazionari e centrali elettriche, locomotive, automobili, trasporti e tecnologiche (per trattori, attrezzature da cava) e altre.

Le riserve di gas naturale nel nostro Paese e nel mondo superano notevolmente le riserve di idrocarburi liquidi di ogni tipo. Naturalmente, il costo del carburante a gas è notevolmente inferiore a quello del carburante a idrocarburi liquidi. Nel nostro Paese molte generazioni potranno utilizzare questo tipo di carburante.

Su cosa funzionano questi motori?

Usano due tipi di combustibile gassoso. Innanzitutto è il gas naturale (contiene la maggior parte del metano), che bruciamo, in particolare, nelle nostre cucine. E, in secondo luogo, il gas di petrolio ottenuto dalla raffinazione del petrolio (contiene la maggior parte del propano e del butano). È quest'ultimo allo stato liquefatto che viene utilizzato principalmente come carburante per auto o in bombole per cottage estivi a gas.

La maggior parte dei motori industriali, di camion e autobus utilizza gas naturale compresso o liquefatto. Recentemente sono state avanzate proposte per la conversione delle autovetture a gas naturale.

In che modo un motore del genere differisce da un motore a combustione interna?

Un motore a pistoni a gas è lo stesso motore a combustione interna, ma con alcune caratteristiche progettuali legate all'uso di un diverso tipo di carburante.

Innanzitutto, sul prodotto finale (auto, locomotiva diesel, ecc.) è necessario montare un sistema di stoccaggio del gas e un'attrezzatura a gas per modificare i parametri del gas (pressione, temperatura) e fornirlo al motore.

Le modifiche al motore stesso possono essere divise in due parti. Quelli che appartengono al primo sono di natura costruttiva e riguardano i cambiamenti nel rapporto di compressione, il design di parti del gruppo cilindro-pistone, l'alimentazione dell'aria e le impostazioni del turbocompressore e altri elementi. Questi ultimi sono collegati all'attrezzatura del motore con dispositivi per l'alimentazione del gas al collettore di aspirazione o alla camera di combustione.

È possibile montare un motore a pistoni a gas su un'auto normale?

Può. Molti indossano e cavalcano con successo. Tali soluzioni sono utilizzate in automobili, trattori, locomotive, piccole navi commerciali a portata lorda e altri veicoli.

Transmashholding e motori a gas

Nel 2013, una locomotiva diesel da manovra TEM19 è stata prodotta nello stabilimento Transmashholding a Bryansk. Questa è la prima locomotiva diesel al mondo il cui motore a pistoni funziona a gas naturale, la cui alimentazione autonoma è immagazzinata in forma liquida in un contenitore criogenico.

Allo stato attuale, TMH ha avviato un progetto per creare una nuova locomotiva diesel da manovra a gas TEM29 di maggiore potenza. Il suo design sarà basato sul principio della modularità delle apparecchiature principali. Ha lo scopo di ridurre il costo delle risorse coinvolte nell'esecuzione della manutenzione e delle riparazioni durante il funzionamento a causa dell'uso di riparazioni aggregate.

Nella sua azienda a Kolomna, TMH sta implementando una serie di progetti che utilizzano combustibili alternativi, controllando la produzione di un tipo di prodotto fondamentalmente nuovo: motori a gas progettati per generare elettricità e calore nelle centrali elettriche per scopi di base, di backup e di emergenza.

Attualmente, nello stabilimento di Kolomna è in costruzione un motore-generatore a gas 9GMG per la locomotiva diesel da manovra TEM29.

I motori, creati nello stabilimento TMH di Kolomna, utilizzeranno come combustibile principale gasolio, combustibile naturale o gas di petrolio associato, nonché petrolio greggio nella gamma di potenza da 1000 a 3500 kilowatt.

TMH intende anche sviluppare modifiche a gas di nuovi motori diesel creati durante l'implementazione del sottoprogramma di sviluppo del motore diesel del programma federale Target "National Technological Base".

Perché questi motori non sono usati universalmente?

Storicamente è successo che diversi tipi di idrocarburi liquidi vengono utilizzati principalmente come carburante per motori. Per loro è stata creata un'ampia infrastruttura. Di conseguenza, per espandere l'uso del gas, è necessario espandere l'infrastruttura associata alla sua consegna al luogo di rifornimento e, in definitiva, al luogo di combustione. Questo è ora attivamente perseguito.

Al momento, il più promettente per il funzionamento di locomotive funzionanti con carburante per motori a gas è la gamma settentrionale non elettrificata della ferrovia di Sverdlovsk. Questa regione ha tutte le condizioni necessarie: un profilo piatto, grandi volumi di carico, disponibilità di gas naturale a basso costo, nonché impianti di produzione, sulla base dei quali può essere avviata la produzione di gas naturale liquefatto.

In generale, l'utilizzo del gas come carburante per motori in tutti i tipi di trasporto e la realizzazione di mezzi domestici di trasporto gas e stazionari rivestono oggi una grande importanza per il rinnovo del materiale rotabile, che deve soddisfare gli standard internazionali di sicurezza, ambiente e affidabilità.

Perché vengono spesso utilizzati nelle piccole centrali elettriche?

È redditizio ed economico. Il consumo di carburante ei costi operativi sono questioni importanti per il proprietario dell'impianto. Un'unità a pistoni a gas ha un consumo specifico di carburante per kilowatt all'ora prodotto in qualsiasi modalità di carico inferiore a quello di un'unità a turbina a gas. Ciò è dovuto al fatto che l'efficienza delle macchine a pistoni è del 36-45%, mentre per le turbine è solo del 25-34%.

Il vantaggio principale dei motori a pistoni a gas rispetto ai motori diesel è il carburante più economico. Anche quando come combustibile di riserva viene utilizzata una miscela di gas propano-butano, il costo di un'unità di energia elettrica prodotta su un impianto a pistoni a gas è 1, 3 volte inferiore rispetto a un impianto diesel.

Il funzionamento e la manutenzione di un'unità a pistoni a gas, a differenza di un'unità a turbina a gas, non richiede personale tecnico altamente qualificato. La manutenzione ordinaria, le riparazioni intermedie e di revisione di un motore a pistoni a gas possono essere eseguite nel luogo di funzionamento senza spostare l'unità presso il sito del produttore o un'impresa specializzata.

Qual è la ragione della crescente popolarità delle unità a pistoni a gas negli ultimi anni, nonostante il fatto che la tecnologia stessa esista da molto tempo?

L'analisi del mercato dei consumatori per l'energia elettrica e termica ha rivelato che circa il 30 percento dei consumatori non ha bisogno di decine e centinaia di megawatt di potenza e, quindi, di un'alimentazione centralizzata obbligatoria, le cui perdite totali durante il trasporto attraverso le reti al consumatore sono fino al 25-30 per cento.

Inoltre, gli utenti non sono soddisfatti degli elevati costi di connessione alle reti centralizzate e, in generale, la liberalizzazione del mercato dell'energia in Russia ha portato a una crisi nel funzionamento dei grandi sistemi di approvvigionamento energetico centralizzato.

Le tecnologie del pistone a gas sono adatte per la generazione di energia su piccola scala, implementano in modo molto efficace il concetto di generazione di energia "economica" con perdite minime di calore ed elettricità generati. Le fonti locali autonome decentralizzate di produzione combinata di energia elettrica e calore basate su impianti a pistoni a gas hanno un'elevata efficienza, sono completamente indipendenti dalle reti elettriche regionali e, di conseguenza, dall'aumento delle tariffe, sono affidabili, non richiedono costi per la costruzione della fornitura e reti di distribuzione.

I motori a pistoni a gas possono essere combinati in serie. Qual è il vantaggio di tale consolidamento rispetto all'utilizzo separato degli impianti?

Non solo i motori a pistoni a gas, ma anche quelli diesel possono essere combinati in "batterie". Tutto dipende dalle caratteristiche e dai requisiti della centrale elettrica stazionaria. In particolare, molto spesso i singoli moduli possono essere consegnati nel luogo di installazione e funzionamento solo in elicottero. Ma ci sono centrali elettriche speciali, il cui requisito principale è la massima potenza possibile in un'unità.