Стабильная и бесперебойная работа автономных источников питания – предмет особой заботы потенциальных покупателей. При выборе мощности заказчиков интересует один и тот же круг вопросов.
-
Что лучше купить – дизельную электростанцию 150 кВт, 200 или, может, 500? Хватит ли ресурсов маломощного агрегата на выработку потребного количества энергии? Не окажутся ли характеристики избыточными, что повлечет ненужные расходы?
-
Существует ли разница в расчетах, если оборудование будет вырабатывать электроэнергию постоянно или рассматривается только в качестве резервного источника?
-
Будет ли генератор работать в оптимальном режиме, не выйдет ли из строя раньше времени?
Недогрузка или перегрузка оборудования влечет за собой эксплуатационные проблемы. Понимание общих принципов расчета позволит избежать грубых ошибок при покупке.
Дизель-генератор – основной агрегат дизельной генераторной установки (ДГУ, она же дизельная электростанция). Применительно к мощности понятия генератора и станции взаимозаменяемы.
Расчет потребности в электроэнергии
Мощности дизельной электростанции должно хватать на снабжение электричеством всех приборов, устройств и оборудования. Совокупную потребность определяют суммированием мощностей потребителей электроэнергии.
Различают полную мощность, которая потребляется, и активную, которая преобразуется в полезную нагрузку. При постановке расчетной задачи учитывается полная, в противном случае мощность станции может оказаться недостаточной.
Полная мощность S и активная P связаны следующим соотношением:
S=Pcos
где cos – коэффициент мощности (указывается изготовителем).
Следующий шаг – определение потребляемой электроэнергии с учетом пускового тока. В момент запуска потребителей с индуктивной или емкостной нагрузкой ток может возрасти в несколько раз, в равной степени увеличивается мощность.
Пусковые токи возникают кратковременно, после возврата к нормальному уровню освободившаяся нагрузка становится доступна для других потребителей.
Пример
Активная мощность дрели 1.2 кВт, cos =0.85. Полное энергопотребление составит 1.2/0.85 ≈ 1.4 кВт.
Коэффициент пускового тока равен 3. В момент запуска дрель потребляет 1.4 × 3 = 4.2 кВт.
Определение мощности генератора
После подсчета потребляемой электроэнергии остается выбрать электростанцию, которая справится с нагрузкой. Решение принимают с учетом того, будет ли ДГУ использоваться как основной либо как резервный источник питания.
Выработка электроэнергии на пределе возможностей допускается в ограниченный промежуток времени, иначе оборудование сильно изнашивается и раньше времени выходит из строя. Если установка работает непрерывно, должен быть некоторый запас по мощности.
Классификация номинальной выходной мощности:
-
Основная (Prime Rated Power, PRP). Максимальная нагрузка, которую электростанция может развивать при непрерывной работе в постоянном режиме. Средняя выработанная мощность за 24 часа подряд не должна превышать 70% от номинальной. Допускается часовая перегрузка на 10% каждые 12 часов работы.
-
Резервная (Limited Time Power, LTP). Максимальная нагрузка, которую установка может выдавать не более 500 часов в год, из них не больше 300 часов подряд с перерывами на техобслуживание.
При выборе оборудования ориентируются на показатели номинальной мощности, заявленные производителем. Полная мощность указывается в кВ∙А, активная – в кВт. Если указана только полная, ее требуется перевести в активную через cos , поскольку именно активная доходит до потребителей. При отсутствии данных значение cos принимают равным 0.8.
Пример
Загородный дом постоянно подключен к автономному источнику питания, средняя потребляемая нагрузка в течение суток – 12 кВт. Основная мощность PRP составит 12/0.7 ≈ 17 кВт. Активная мощность дизельного генератора для жилого дома должна превышать 17 кВт, полная мощность при cos = 0.8 – более 21 кВ∙А.
Покупать электростанцию с большим запасом не стоит, причем не только из-за высокой цены. При слишком маленькой нагрузке быстро образуется нагар на свечах и выпускном тракте двигателя, сильно увеличивается удельный расход топлива. Минимальная эксплуатационная мощность составляет не менее 25–30% от номинальной.
В отдельных случаях соблюсти нужный диапазон эксплуатационной нагрузки не получится. Например, оборудование для котельной летом загружено лишь незначительно. Нагрузка ниже 25% неприемлема. Какое решение следует принять в этой ситуации?
Здесь подойдет вариант с заменой единичной дизельной электростанции большой мощности энергокомплексом из нескольких менее мощных установок. Энергокомплекс подстраивается под текущую нагрузку. Летом в работе может остаться один агрегат, зимой добавляются дополнительные.
Помимо потребляемой нагрузки, при расчетах приходится учитывать следующие факторы:
-
Последовательность запуска потребителей с пусковыми токами.
-
Допустимый коэффициент краткосрочной перегрузки генератора при пусковых токах.
-
Расписание нагрузки потребителей.
-
Экстремальные температуры эксплуатации.
-
Высота над уровнем моря более 1000 м.
Приведенными алгоритмами расчета можно пользоваться в достаточно простых случаях. Если предстоит подключать много разнородных потребителей с несовпадающим расписанием нагрузки, лучше обратиться в специализированные организации для разработки проекта.