Usinas de energia de combustível alternativo na Rússia

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Nos últimos anos, usinas de energia autônomas com motores a pistão a gás tornaram-se cada vez mais populares na Rússia e no exterior. Essas unidades são fáceis de manter e consomem menos combustível do que as unidades a diesel tradicionais. Além disso, com base em um motor a pistão a gás, é possível montar uma estação combinada que gera simultaneamente calor e eletricidade.

Conversamos com os desenvolvedores da Transmashholding, o parceiro geral do festival Polytech 360, sobre como uma unidade de pistão a gás difere de um motor a gasolina ou diesel e se pode ser instalada em um carro comum. Nossas perguntas foram respondidas por Alexander Terekhin, chefe do departamento de desenvolvimento de motores diesel da Transmashholding JSC, e Igor Ovchinnikov, gerente de projeto para o desenvolvimento de engenharia diesel da Transmashholding JSC.

Em essência, os motores a pistão a gás são motores convencionais de combustão interna que usam gás para operar. As primeiras dessas instalações surgiram no final do século 19 e eram usadas principalmente em fábricas para acionar vários equipamentos de produção. Mais tarde, eles foram substituídos principalmente por motores elétricos. Eles também não são amplamente utilizados no transporte. Mas, nos últimos anos, a popularidade dos motores a pistão a gás começou a crescer. As razões são várias, mas a principal é a subida dos preços dos combustíveis de hidrocarbonetos líquidos (gasolina, gasóleo). Hoje, os motores a pistão a gás são usados em geradores de energia, geradores de calor, bombas, compressores e unidades de refrigeração.

N + 1: Em quais fábricas são usados motores a pistão a gás e por quê?

Os motores a pistão a gás são usados em usinas de quase todas as aplicações: motores-geradores estacionários e usinas de energia, locomotivas, automóveis, transporte e tecnologia (para tratores, equipamentos de pedreira) e outros.

As reservas de gás natural em nosso país e no mundo excedem significativamente as reservas de hidrocarbonetos líquidos de todos os tipos. Naturalmente, o custo do combustível a gás é significativamente menor do que o do combustível de hidrocarboneto líquido. Em nosso país, muitas gerações poderão usar esse tipo de combustível.

Em que funcionam esses motores?

Eles usam dois tipos de combustível de gás. Em primeiro lugar, é o gás natural (contém a maior parte do metano), que queimamos, em particular, nas nossas cozinhas. E, em segundo lugar, o gás de petróleo obtido do refino de petróleo (contém a maior parte do propano e do butano). É este último no estado liquefeito que é principalmente utilizado como combustível para automóveis ou em cilindros para chalés de veraneio a gás.

A maioria dos motores industriais, de caminhões e ônibus usam gás natural comprimido ou liquefeito. Recentemente, surgiram propostas de conversão de automóveis de passageiros para o uso de gás natural.

Como esse motor difere de um motor de combustão interna?

Um motor a pistão a gás é o mesmo motor de combustão interna, mas com algumas características de design relacionadas ao uso de um tipo diferente de combustível.

Em primeiro lugar, um sistema de armazenamento de gás e um equipamento de gás devem ser montados no produto final (carro, locomotiva a diesel, etc.) para alterar os parâmetros do gás (pressão, temperatura) e fornecê-lo ao motor.

As mudanças no próprio motor podem ser divididas em duas partes. Os que pertencem ao primeiro deles são de natureza construtiva e referem-se a mudanças na taxa de compressão, o design das peças do grupo cilindro-pistão, alimentação de ar e configurações do turbocompressor e outros elementos. Estes últimos estão conectados ao equipamento do motor com dispositivos para fornecer gás ao coletor de admissão ou à câmara de combustão.

É possível colocar um motor a pistão a gás em um carro normal?

Lata. Muitos montam e andam com sucesso. Essas soluções são utilizadas em automóveis, tratores, locomotivas, pequenos navios comerciais de porte bruto e outros veículos.

Transmashholding e motores a gás

Em 2013, uma locomotiva a diesel de manobra TEM19 foi produzida na fábrica da Transmashholding em Bryansk. Esta é a primeira locomotiva a diesel do mundo cujo motor a pistão funciona com gás natural, cujo abastecimento autônomo é armazenado na forma líquida em um recipiente criogênico.

Atualmente, a TMH iniciou um projeto para criar uma nova locomotiva a diesel com manobra de gás TEM29 de maior potência. Seu projeto será baseado no princípio da modularidade dos equipamentos principais. Visa reduzir o custo dos recursos envolvidos na realização de manutenções e reparações durante a operação devido à utilização de reparações agregadas.

Em sua empresa em Kolomna, a TMH está implementando uma série de projetos usando combustíveis alternativos, dominando a produção de um tipo fundamentalmente novo de produto - motores a gás projetados para gerar eletricidade e calor em usinas de energia para fins básicos, de backup e de emergência.

Atualmente, um motor-gerador a gás 9GMG para a locomotiva a diesel de manobra TEM29 está em construção na planta de Kolomna.

Os motores, criados na planta TMH Kolomna, usarão óleo diesel, combustível natural ou gás de petróleo associado, bem como petróleo bruto na faixa de potência de 1.000 a 3.500 quilowatts como combustível principal.

A TMH também pretende desenvolver modificações a gás de novos motores diesel criados durante a implementação do subprograma de desenvolvimento de motores diesel do Programa Federal de Metas "Base Tecnológica Nacional".

Por que esses motores não são usados universalmente?

Acontece historicamente que diferentes tipos de combustíveis de hidrocarbonetos líquidos são usados principalmente como combustível para motores. Uma ampla infraestrutura foi criada para eles. Nesse sentido, para expandir o uso do gás, é necessária a ampliação da infraestrutura associada à sua entrega no local de reabastecimento e, em última instância, no local de combustão. Isso agora está sendo perseguido ativamente.

No momento, o mais promissor para a operação de locomotivas movidas a combustível de motor a gás é a faixa norte não eletrificada da ferrovia de Sverdlovsk. Esta região tem todas as condições necessárias: um perfil plano, grandes volumes de carga, disponibilidade de gás natural barato, bem como instalações de produção, a partir das quais se pode iniciar a produção de gás natural liquefeito.

De uma forma geral, a utilização do gás como carburante em todos os tipos de transporte e a criação de transportes domésticos de gás e equipamentos fixos são hoje de grande importância para a renovação do material circulante, que deve cumprir as normas internacionais de segurança, ambiente e fiabilidade.

Por que eles são freqüentemente usados em pequenas centrais elétricas?

É lucrativo e econômico. O consumo de combustível e os custos operacionais são questões importantes para o proprietário da planta. Uma unidade de pistão a gás tem um consumo específico de combustível por quilowatt por hora produzido em qualquer modo de carga inferior ao de uma unidade de turbina a gás. Isso se deve ao fato de que a eficiência das máquinas a pistão é de 36-45%, enquanto para turbinas é de apenas 25-34%.

A principal vantagem dos motores a pistão a gás em relação aos motores a diesel é o combustível mais barato. Mesmo quando uma mistura de gás propano-butano é usada como combustível de reserva, o custo de uma unidade de energia elétrica produzida em uma planta de pistão a gás é 1,3 vezes menor do que em uma planta a diesel.

A operação e manutenção de uma unidade de pistão a gás, ao contrário de uma unidade de turbina a gás, não requer pessoal de engenharia altamente qualificado. A manutenção de rotina, reparos intermediários e de revisão de um motor a pistão a gás podem ser realizados no local de operação, sem mover a unidade para o local do fabricante ou empresa especializada.

Qual é a razão para a popularidade crescente das unidades de pistão a gás nos últimos anos, apesar do fato de que a própria tecnologia existe há muito tempo?

A análise do mercado consumidor de energia elétrica e térmica revelou que cerca de 30 por cento dos consumidores não precisam de dezenas e centenas de megawatts de energia e, portanto, de fornecimento centralizado obrigatório, cujas perdas totais durante o transporte através das redes até o consumidor são até 25-30 por cento.

Além disso, os usuários não estão satisfeitos com o alto custo de conexão a redes centralizadas e, em geral, a liberalização do mercado de energia na Rússia levou a uma crise na operação de grandes sistemas centralizados de abastecimento de energia.

As tecnologias de pistão a gás são adequadas para geração de energia em pequena escala, implementam de forma muito eficaz o conceito de geração de energia "econômica" com perdas mínimas de calor e eletricidade gerados. Fontes autônomas locais descentralizadas de produção combinada de eletricidade e calor baseadas em usinas a pistão a gás possuem alta eficiência, são totalmente independentes das redes regionais de energia e, conseqüentemente, pelo crescimento das tarifas, são confiáveis, não demandam custos para a construção do abastecimento e redes de distribuição.

Os motores a pistão a gás podem ser combinados em série. Qual é a vantagem de tal consolidação em comparação com o uso separado das instalações?

Não só os motores a pistão a gás, mas também os diesel podem ser combinados em "baterias". Tudo depende dos recursos e requisitos da usina estacionária. Em particular, muitas vezes os módulos individuais podem ser entregues ao local de instalação e operação apenas por helicóptero. Mas existem usinas de energia especiais, cujo principal requisito é a potência máxima possível em uma unidade.