Máy phát điện chạy bằng khí đốt tự nhiên và động cơ diesel cho sản xuất: Chi phí thực, tải trọng và độ tin cậy

Đối với một nhà máy sản xuất, câu hỏi thực sự không phải là loại nhiên liệu nào nghe hay hơn trong tờ giới thiệu sản phẩm. Câu hỏi đặt ra là máy phát điện nào sẽ duy trì hoạt động sản xuất khi lưới điện gặp sự cố, khi một quy trình cần nguồn điện liên tục hoặc khi mất điện kéo dài nhiều giờ. Trong hầu hết các trường hợp, câu trả lời phụ thuộc vào ba biến số: tần suất máy phát điện chạy, tốc độ thay đổi tải và nguồn cung cấp nhiên liệu nào có sẵn trên trang web. Một bộ máy phát điện diesel thường là sự lựa chọn an toàn hơn cho việc dự phòng ở chế độ chờ và tải thay đổi. Bộ máy phát điện khí tự nhiên có thể là lựa chọn tốt hơn để tạo ra tải nền liên tục khi có sẵn đường dẫn khí đốt tiện ích và lượng khí thải phát ra là một phần của giấy phép tại địa điểm.

Bài viết này được viết dành cho các kỹ sư nhà máy, người quản lý cơ sở và người mua dự án, những người cần so sánh hai lựa chọn này với các điều kiện sản xuất trong thế giới thực. Mục tiêu không phải là trao vương miện cho người chiến thắng chung cuộc. Mục tiêu là cung cấp cho bạn một khung quyết định giúp giảm rủi ro mua sắm, tránh sự thiếu hụt nhiên liệu tốn kém và giúp bạn tự tin nói chuyện với nhà cung cấp máy phát điện. Nhiều cơ sở sản xuất cuối cùng đã chọn động cơ diesel vì nó dễ dàng biện minh cho nguồn điện khẩn cấp hơn. Nhưng nếu dây chuyền sản xuất của bạn hoạt động 24 giờ một ngày và nguồn cung cấp khí đốt của bạn đáng tin cậy thì khí đốt tự nhiên có thể tạo ra chi phí trên mỗi kilowatt giờ thấp hơn trong suốt vòng đời của tài sản. Sự lựa chọn không phải là về sở thích nhiên liệu; đó là việc kết hợp máy phát điện với hồ sơ sản xuất của bạn, các hạn chế về địa điểm và ngân sách bảo trì dài hạn.

Quyết định bắt đầu từ hồ sơ tải trọng của bạn, không phải nhãn nhiên liệu

Tải trọng sản xuất không đồng đều. Một xưởng dập kim loại có thể có một số máy ép lớn khởi động và dừng theo chu kỳ. Một nhà máy chế biến thực phẩm có thể chạy hệ thống lạnh, máy bơm và băng tải đều đặn trong nhiều giờ. Một nhà máy hóa chất có thể có những động cơ quan trọng không bao giờ bị mất điện, thậm chí chỉ trong một vài chu kỳ. Máy phát điện diesel và khí tự nhiên hoạt động khác nhau trên các kiểu tải này.

Động cơ diesel được thiết lập trong các ứng dụng xảy ra tình trạng tải khối mạnh. Khi khởi động động cơ lớn, máy phát điện phải duy trì điện áp và tần số trong giới hạn chấp nhận được. Các tổ máy phát điện diesel thường có khả năng chấp nhận phần trăm tải định mức cao trong một bước. Đối với các ứng dụng công nghiệp, máy phát điện diesel có thể xử lý các thay đổi tải đột ngột với mức sụt áp ít hơn và phục hồi tần số nhanh hơn. Thiết kế cơ khí của động cơ diesel và hệ thống không khí tăng áp của nó mang lại phản ứng trực tiếp hơn trước nhu cầu mô-men xoắn tăng đột ngột.

Máy phát điện khí tự nhiên, đặc biệt là động cơ khí đốt công nghiệp đốt nạc, thường có khả năng chấp nhận tải khối ít hơn. Động cơ xăng có thể yêu cầu trình tự nạp theo giai đoạn để cho phép điều chỉnh tỷ lệ không khí-nhiên liệu. Nếu quy trình sản xuất của bạn có động cơ cảm ứng lớn khởi động đồng thời thì máy tạo khí có thể cần phải có kích thước quá lớn hoặc kết hợp với nghiên cứu khởi động động cơ. Điều đó làm thay đổi chi phí vốn và có thể làm giảm khả năng tiết kiệm nhiên liệu.

Đây là lý do tại sao hồ sơ tải trọng phải được đặt trước tính kinh tế nhiên liệu. Nếu bạn có tải nền ổn định và lâu dài, khí đốt tự nhiên có thể mang lại hiệu quả tuyệt vời và chi phí vận hành thấp hơn. Nếu bạn có một máy phát điện dự phòng có thể chạy từ 50 đến 100 giờ mỗi năm để dự phòng khẩn cấp thì động cơ diesel vẫn là lựa chọn thiết thực hơn, chi phí thấp hơn. Máy phát điện phải phù hợp với tải thực tế mọi lúc và việc lựa chọn nhiên liệu chỉ là một phần của quy trình đối sánh đó.

Máy phát điện Diesel làm gì tốt trong môi trường sản xuất

Máy phát điện diesel có lịch sử lâu đời trong lĩnh vực năng lượng công nghiệp. Nguyên lý rất đơn giản: nhiên liệu diesel có mật độ năng lượng cao, dễ dàng lưu trữ tại chỗ và mang lại khả năng tăng tốc mạnh mẽ từ không tải đến đầy tải. Đối với sản xuất, đây không chỉ là những chi tiết kỹ thuật; chúng ảnh hưởng trực tiếp đến việc liệu nhà máy có thể phục hồi sau khi ngừng hoạt động tiện ích mà không làm mất sản phẩm, làm hỏng thiết bị hay trì hoãn vận chuyển hay không.

Một trong những lợi thế quan trọng nhất của động cơ diesel là khả năng độc lập về nhiên liệu. Máy phát điện diesel chỉ cần bình nhiên liệu, bơm chuyển và hợp đồng cung cấp. Nhiên liệu có thể được vận chuyển bằng xe tải và được chứa trong một thùng chứa kín. Không có sự phụ thuộc vào đường ống có thể có hoặc không có ở ranh giới địa điểm. Điều này làm cho động cơ diesel trở nên hấp dẫn đối với các nhà máy biệt lập, địa điểm thứ cấp và các nhà máy hiện có, nơi không có đường ống dẫn khí đốt tự nhiên hoặc nơi nguồn cung cấp khí đốt không được đảm bảo.

Bộ động cơ diesel cũng dễ dàng tìm thấy hơn ở nhiều mức công suất khác nhau. Từ thiết bị dự phòng 100 kVA đến khối dự phòng nhiều megawatt, các nhà sản xuất cung cấp các gói động cơ diesel hoàn chỉnh với bảng điều khiển, thiết bị đóng cắt và hệ thống đồng bộ hóa. Đối với một nhà máy sản xuất muốn có một giải pháp đã được chứng minh với thời gian thực hiện ngắn, động cơ diesel thường là giải pháp ít gặp trở ngại nhất.

Hiệu suất sử dụng nhiên liệu của động cơ diesel nhìn chung cũng cao hơn động cơ chạy bằng khí tự nhiên ở công suất tương đương. Động cơ diesel có thể hoạt động với mức tiêu thụ nhiên liệu dành riêng cho phanh thấp hơn trên phạm vi tải rộng hơn. Điều này có nghĩa là ngay cả khi nhiên liệu diesel có giá trên mỗi MMBtu cao hơn khí đốt tự nhiên thì máy phát điện diesel có thể tiêu thụ ít Btu hơn trên mỗi kilowatt giờ. Do đó, chi phí vận hành ròng không chỉ được xác định bởi giá nhiên liệu; nó được xác định bằng tích của giá nhiên liệu và mức tiêu thụ nhiên liệu trên mỗi kWh.

Đối với các nhà máy đã có kho chứa dầu diesel cho các phương tiện vận tải hoặc thiết bị di động, việc bổ sung một máy phát điện diesel sẽ tạo ra một hệ thống nhiên liệu chung. Điều đó làm giảm sự phức tạp trong việc mua sắm và đảm bảo rằng nhiên liệu đã được quản lý cho các tài sản khác. Khi máy phát điện phải tuân theo các quy định về phòng cháy của tiểu bang hoặc địa phương, thiết kế, ngăn chặn và thông gió của thùng chứa dầu diesel đều quen thuộc với hầu hết các công ty kỹ thuật và thanh tra.

Thiết bị diesel cũng linh hoạt cho việc mở rộng tạm thời. Ban đầu, nhà máy có thể chỉ định một thiết bị diesel khung mở và sau đó bổ sung thêm một thùng chứa giảm âm nếu tiếng ồn trở thành vấn đề đáng lo ngại. Bởi vì thị trường sản phẩm diesel tiêu chuẩn đã phát triển nên các sửa đổi tùy chỉnh như đầu ra điện áp cao, song song và giám sát từ xa luôn sẵn có. Một nhà sản xuất có thể đưa ra một Danh mục tổ máy phát điện diesel trải dài từ các thiết bị dự phòng nhỏ đến các hệ thống dự phòng lớn, giúp nhà máy trở thành một nhà cung cấp cho nhiều nhu cầu điện năng.

Bộ máy phát điện Diesel của Jianghao với dải công suất rộng Jianghao cung cấp máy phát điện diesel từ 3kW đến 3000kW với nhiều cấu hình khác nhau, bao gồm cả loại im lặng và loại thùng chứa, sử dụng động cơ đáng tin cậy, phù hợp với nhu cầu năng lượng di động và dự phòng công nghiệp. Xem sản phẩm →

Sự đánh đổi thực tế là quá trình đốt cháy diesel tạo ra các hạt vật chất và oxit nitơ. Ở những khu vực chưa đạt tiêu chuẩn, máy phát điện diesel có thể yêu cầu thiết bị xử lý sau hoặc có thể bị hạn chế sử dụng trong trường hợp khẩn cấp. Đó là vấn đề không hề nhỏ đối với những nhà máy phải gia hạn giấy phép hàng không hoặc nằm gần ranh giới dân cư. Nhưng từ góc độ độ tin cậy thuần túy và khả năng đáp ứng tải, động cơ diesel vẫn là lựa chọn công nghiệp mặc định.

Khi nào khí đốt tự nhiên nên có trong danh sách rút gọn của bạn

Máy tạo khí tự nhiên không còn là một giải pháp thay thế kỳ lạ nữa. Chúng phổ biến trong các ngành công nghiệp nơi khí đốt đã được sử dụng cho nồi hơi, lò nung, máy sấy hoặc gia nhiệt quy trình. Nếu một nhà máy có đường dẫn khí đốt tiện ích và địa điểm cho phép máy phát điện tiêu thụ khí đốt liên tục thì bộ khí đốt tự nhiên có thể giảm chi phí vận hành và cải thiện đặc tính môi trường của cơ sở.

Lợi ích lớn nhất của khí đốt tự nhiên là nguồn nhiên liệu sẵn có. Kết nối đường ống giúp loại bỏ nhu cầu lưu trữ nhiên liệu tại chỗ, giúp giảm nguy cơ ô nhiễm nhiên liệu, thấm nước và trộm cắp động cơ diesel. Việc cung cấp nhiên liệu được tự động hóa sau khi đồng hồ xăng được lắp đặt. Điều này quan trọng đối với một nhà máy muốn tránh gánh nặng vận hành trong việc quản lý tồn kho nhiên liệu. Điều này cũng quan trọng khi một nhà máy hoạt động nhiều giờ mỗi ngày, vì một thùng dầu diesel nhỏ có thể cạn kiệt nhanh chóng khi mất điện lưới kéo dài.

Khí tự nhiên cũng mang lại quá trình đốt cháy sạch hơn về mặt hạt. Không có bồ hóng, không có khí thải diesel màu đen và không có cặn nhiên liệu trên thiết bị. Đối với một cơ sở sản xuất gần khu dân cư hoặc trong khu vực có giới hạn hạt nghiêm ngặt, lợi ích về mặt hình ảnh và quy định có thể rất đáng kể. Thiết bị khí đốt tự nhiên có thể được lắp đặt trong một gói kín với yêu cầu về giấy phép không khí thấp hơn, nhưng bạn vẫn phải tính đến lượng khí thải NOx và độ trượt khí mê-tan tùy thuộc vào thiết kế động cơ và các quy định của địa phương.

Trong môi trường sản xuất liên tục, máy tạo khí tự nhiên có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng chính thay vì nguồn dự phòng. Một số nhà sản xuất sử dụng bộ gas chạy song song với lưới điện và tận dụng giá gas thấp hơn. Đây được gọi là ứng dụng tính phí theo nhu cầu hoặc thế hệ phân tán. Máy phát điện cung cấp một phần tải, giảm nhập khẩu tiện ích và có thể được điều động trong giờ cao điểm. Tính kinh tế có thể hấp dẫn nếu giá khí đốt thấp và tiện ích địa phương cho phép vận hành song song.

Trong một số trường hợp, bộ khí tự nhiên cũng yên tĩnh hơn vì quá trình đốt cháy thường diễn ra suôn sẻ hơn ở trạng thái ổn định. Tuy nhiên, tiếng ồn thường được xác định bởi vỏ bọc hơn là do nhiên liệu. Vỏ bọc giảm âm được thiết kế tốt có thể mang cả động cơ diesel và khí đốt đến mức tiếng ồn tương tự. Nếu cơ sở sản xuất của bạn yêu cầu một giải pháp yên tĩnh khi đổi ca hoặc vận hành ban đêm, hãy cân nhắc giải pháp bộ máy phát điện loại im lặng thay vì chỉ chọn nhiên liệu vì lý do ồn.

Bộ máy phát điện im lặng có vỏ cách âm Bộ máy phát điện loại im lặng của Jianghao có vỏ thép 2 mm chắc chắn với khả năng cách âm nhiều lớp, mang lại mức ồn thấp tới 70-75dB ở khoảng cách 1 mét, lý tưởng cho các môi trường nhạy cảm với tiếng ồn. Xem sản phẩm →

Rủi ro với khí đốt tự nhiên là đường dây tiện ích có thể không có kích thước phù hợp với máy phát điện, đặc biệt nếu dịch vụ khí đốt hiện tại chỉ dành cho máy sưởi nhỏ hơn. Máy phát điện sẽ có nhu cầu khí đốt cao và công ty điện lực cần xác nhận rằng áp suất và lưu lượng là đủ. Nếu áp suất khí hiện có quá thấp, bạn cần có bộ tăng áp khí hoặc cấu hình động cơ xăng khác. Điều đó bổ sung thêm thiết bị và độ phức tạp cho dự án.

Khi quyết định sử dụng khí đốt tự nhiên, phạm vi sản phẩm vẫn còn rộng. Một nhà sản xuất cung cấp bộ máy phát điện khí tự nhiên có thể cung cấp một thiết bị được xếp hạng cho các yêu cầu về điện áp và điều khiển của trang web. Điều quan trọng là chọn động cơ xăng phù hợp với điều kiện tốc độ, bước tải và độ cao của nhà máy của bạn. Động cơ xăng không giống nhau; một số được chế tạo để chịu tải cơ bản liên tục, trong khi một số khác ít chịu được nhiệt độ môi trường cao và dao động tải nhanh.

Bộ máy phát điện khí tự nhiên từ Jianghao cho năng lượng sạch hơn Jianghao sản xuất các bộ máy phát điện khí tự nhiên với nhiều tùy chọn động cơ và dải công suất rộng, cung cấp giải pháp thay thế đáng tin cậy cho động cơ diesel cho các ứng dụng dự phòng khẩn cấp và phụ tải nền liên tục. Xem sản phẩm →

Tổng chi phí: Vốn, nhiên liệu và chi phí vận hành

Chi phí thường là câu hỏi đầu tiên mà người quản lý nhà máy đặt ra. Câu trả lời trung thực là câu nói đơn giản "diesel rẻ" hoặc "xăng rẻ" là không hữu ích. Bạn cần so sánh tổng chi phí sở hữu trong thời gian dự kiến ​​của dự án. Điều đó bao gồm tổ máy phát điện ban đầu, cơ sở hạ tầng nhiên liệu, hệ thống phụ trợ, nhân công lắp đặt, bảo trì hàng năm và nhiên liệu tiêu thụ theo mô hình tải thực tế.

Các tổ máy phát điện diesel thường có giá mua thấp hơn so với các tổ máy sử dụng khí đốt tự nhiên có cùng mức công suất. Động cơ diesel được chế tạo dựa trên chu trình đốt tiêu chuẩn hơn và chuỗi cung ứng hoàn thiện. Động cơ xăng, đặc biệt là động cơ đốt nạc công nghiệp, có nhiều bộ phận hơn như bộ chế hòa khí, bộ chuyển đổi xúc tác, hệ thống đánh lửa và logic điều khiển phát triển hơn. Đó là lý do tại sao các bộ khí đốt tự nhiên thường có giá cao hơn so với báo giá thiết bị ban đầu.

Giá nhiên liệu là nơi khí đốt tự nhiên có thể giành chiến thắng. Khí đốt tự nhiên thường rẻ hơn trên mỗi MMBtu so với dầu diesel, nhưng giá tiêu dùng phụ thuộc vào thuế quan địa phương, phí nhu cầu cao nhất và hàm lượng năng lượng của khí được cung cấp. Nếu một nhà máy đã mua khí đốt theo hợp đồng công nghiệp, chi phí tăng thêm cho máy phát điện có thể thấp hơn so với mua nhiên liệu diesel với giá bơm bán lẻ. Tuy nhiên, gas không phải lúc nào cũng rẻ; vào mùa đông hoặc khi nhu cầu tăng đột biến, giá khí công nghiệp có thể tăng đáng kể.

Tiết kiệm nhiên liệu là nơi động cơ diesel có thể giành chiến thắng. Trong hầu hết các trường hợp, động cơ diesel tạo ra một kilowatt giờ với lượng nhiệt năng đầu vào thấp hơn. Tỷ lệ nhiệt gần đúng cho các tổ máy phát điện diesel công nghiệp lớn thường là 8.500 đến 9.500 Btu mỗi kWh. Các bộ máy phát điện khí đốt tự nhiên đốt tinh gọn có thể ở mức 10.000 đến 12.000 Btu mỗi kWh. Điều này có nghĩa là một đơn vị khí đốt tự nhiên cần nhiều năng lượng nhiên liệu hơn để tạo ra cùng một sản lượng điện. Khi bạn nhân tốc độ nhiệt cao hơn với giá nhiên liệu có khả năng thấp hơn, kết quả sẽ mang tính đặc trưng cho từng địa điểm và đôi khi không mang tính phiến diện như mong đợi.

Để so sánh chi phí nhiên liệu, bạn nên sử dụng giá địa phương của mình chứ không phải giá trung bình toàn quốc. Một phương pháp đơn giản hơn là yêu cầu từng nhà cung cấp máy phát điện ước tính mức tiêu thụ nhiên liệu trong số giờ hoạt động mà bạn dự định chạy. Sau đó nhân với chi phí nhiên liệu được giao thực tế của bạn. Đối với một nhà máy chạy máy phát điện dự phòng 100 giờ mỗi năm, chênh lệch chi phí nhiên liệu thường không đáng kể. Đối với một nhà máy vận hành máy phát khí đốt 6.000 giờ mỗi năm, ngay cả một chênh lệch chi phí nhỏ trên mỗi kWh cũng có thể tạo ra tác động tài chính nghiêm trọng.

Các hạn chế về lưu trữ nhiên liệu và địa điểm: Chi phí tiềm ẩn

Nhiều quyết định mua sắm thất bại vì những hạn chế về địa điểm bị bỏ qua. Một máy phát điện có thể đáp ứng công suất định mức kw nhưng địa điểm không thể hỗ trợ hệ thống nhiên liệu hoặc vỏ bọc. Điều này đặc biệt đúng trong các nhà máy sản xuất cũ, nơi có đường nối tiện ích ở phía sau tòa nhà và quy định về phòng cháy chữa cháy của địa phương yêu cầu khoảng cách giữa bình nhiên liệu và tòa nhà.

Đối với động cơ diesel, bạn cần một bể chứa, khu vực chứa, điểm đổ đầy, hệ thống giám sát mức và có thể là vòng đánh bóng nhiên liệu. Bể phải có kích thước phù hợp với thời gian tự chủ dự kiến. Nếu một nhà máy có tải quy trình tới hạn là 1.000 kW và muốn dự phòng trong 24 giờ thì mức tiêu thụ nhiên liệu khi đầy tải có thể lên tới hàng nghìn lít. Việc lưu trữ lượng dầu diesel lớn như vậy cần có không gian, giấy phép và kế hoạch ngăn chặn sự cố tràn dầu. Quản lý nhiên liệu cũng là một nhiệm vụ bảo trì: dầu diesel có thể phân hủy, hấp thụ nước và tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển nếu không sử dụng trong thời gian dài. Chương trình bảo dưỡng nhiên liệu thường xuyên không phải là tùy chọn đối với các cơ sở quan trọng.

Đối với khí đốt tự nhiên, hạn chế chính về địa điểm là đường ống cung cấp khí đốt. Máy phát điện cần có lưu lượng và áp suất khí xác định tại đường ray phân phối. Nếu đường ống có kích thước nhỏ, máy phát điện có thể bị giảm công suất hoặc bị lỗi khi tải tăng. Trong nhà máy sản xuất, thiết bị xử lý có thể đã tiêu thụ khí đốt, do đó máy phát điện phải được kết nối với đường dẫn khí riêng biệt hoặc một nhánh chuyên dụng có bộ điều chỉnh áp suất thích hợp. Đây là nhiệm vụ kỹ thuật cần được xác định trong giai đoạn thiết kế chứ không phải sau khi máy phát điện đến.

Nếu không có đường ống dẫn khí tiện ích, khí tự nhiên có thể được cung cấp dưới dạng khí tự nhiên nén hoặc khí tự nhiên hóa lỏng. CNG yêu cầu hệ thống lưu trữ áp suất cao và thiết bị hóa hơi, còn LNG yêu cầu lưu trữ đông lạnh. Các tùy chọn này làm tăng thêm chi phí vốn đáng kể và yêu cầu đào tạo người vận hành. Đối với hầu hết các nhà máy, CNG hoặc LNG chỉ có tính cạnh tranh khi số giờ vận hành hàng năm rất cao và hiệu quả môi trường hoặc tiết kiệm giá nhiên liệu cho thấy sự phức tạp.

Diesel cũng có lợi thế ở những điều kiện khắc nghiệt. Một nhà máy ở vị trí xa có thể không có đường ống dẫn khí đốt, nhưng nó có thể sắp xếp việc giao dầu diesel từ một nhà cung cấp đáng tin cậy. Nếu nhà máy ở khu vực có thời tiết lạnh khắc nghiệt, nhiên liệu diesel có thể được xử lý để vận hành ở nhiệt độ thấp. Mặt khác, khí tự nhiên có thể gặp vấn đề với áp suất khí, chất ngưng tụ và sự đóng băng của bộ điều chỉnh trong điều kiện lạnh trừ khi hệ thống được thiết kế cho nó.

Hiệu quả dưới tải sản xuất thực tế

Tải sản xuất thường thấp hơn nhiều so với công suất định mức của máy phát điện. Một máy phát điện 1.000 kW có thể có kích thước để đáp ứng tải cao điểm, nhưng tải trung bình của nhà máy có thể chỉ từ 500 đến 700 kW. Máy phát điện sẽ mất nhiều giờ ở chế độ tải một phần. Hiểu được hiệu quả khi tải một phần quan trọng hơn hiệu quả khi tải đầy trong nhiều ứng dụng.

Động cơ diesel thường có đường cong tiêu thụ nhiên liệu phẳng hơn. Ở mức tải 50 phần trăm, máy phát điện diesel có thể tiêu thụ khoảng 60 đến 70 phần trăm nhiên liệu mà nó sẽ tiêu thụ ở mức tải 100 phần trăm. Điều này có nghĩa là mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể trên mỗi kWh được cung cấp, mặc dù cao hơn một chút so với khi đầy tải nhưng không tăng đáng kể. Do đó, máy phát điện diesel rất thiết thực cho các tải thay đổi và cho các ứng dụng mà máy phát điện đôi khi chạy ở mức tải nhẹ.

Động cơ chạy bằng khí tự nhiên, đặc biệt là một số thiết kế đốt ít, kém hiệu quả hơn khi tải một phần. Khi tải giảm xuống, tỷ lệ không khí-nhiên liệu cần được điều chỉnh và hệ thống điều khiển có thể đốt nhiều nhiên liệu hơn trên mỗi kWh để duy trì quá trình đốt cháy ổn định. Đối với một nhà máy vận hành máy phát khí ở chế độ tải một phần trong thời gian dài, chi phí vận hành có thể cao hơn so với tính toán đầy tải đơn giản.

Đây là lý do tại sao các nghiên cứu về hồ sơ tải trọng lại có giá trị. Một nghiên cứu tốt sẽ ghi lại kW, kVA, hệ số công suất và các sự kiện khởi động động cơ thực tế trong một tuần điển hình. Nó sẽ hiển thị không chỉ tải cao nhất mà còn hiển thị tần suất máy phát điện ở mức tải 30 phần trăm, 60 phần trăm hoặc 90 phần trăm. Dữ liệu đó giúp xác định xem máy phát điện nên là bộ động cơ diesel, bộ khí hay một cặp tổ máy song song nhỏ hơn.

Nếu nhà máy có tải thay đổi lớn, chiến lược chung là đặt kích thước hai tổ máy phát điện trở lên và chạy chúng song song. Khi tải thấp chỉ chạy một bộ; lúc tải cao thì cả 2 bộ đều chạy. Điều này cải thiện hiệu suất khi tải một phần vì mỗi máy phát gần với công suất định mức hơn. Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích cho các máy phát điện khí tự nhiên nơi hiệu suất tải một phần là vấn đề cần quan tâm. Một hệ thống song song là một khoản đầu tư đáng giá khi máy phát điện sẽ phục vụ tải sản xuất dao động.

Phát thải, cấp phép và rủi ro môi trường

Các quy định về môi trường đang trở thành một phần quan trọng hơn trong việc lựa chọn máy phát điện trong sản xuất. Một máy phát điện không đáp ứng các yêu cầu về giấy phép hàng không có thể trì hoãn việc vận hành, bị phạt hoặc buộc phải thiết kế lại sau khi mua. Cấu hình khí thải phụ thuộc vào loại động cơ, cấu hình tải và các tùy chọn xử lý sau khí thải.

Máy phát điện diesel có một tập hợp các đặc tính phát thải nổi tiếng. Chúng tạo ra oxit nitơ và các hạt vật chất. Ở nhiều khu vực, máy phát điện diesel dự phòng khẩn cấp được miễn một số yêu cầu cấp phép nếu chúng chỉ được sử dụng trong những trường hợp mất điện hiếm hoi. Nhưng chúng vẫn phải tuân theo giới hạn vận hành hợp lý và một số cơ sở phải xin giấy phép nếu máy phát điện được sử dụng cho các hoạt động không khẩn cấp. Nếu bạn dự định sử dụng máy phát điện để cạo râu vào thời điểm cao điểm hoặc đáp ứng nhu cầu, bạn có thể cần phải lắp đặt hệ thống xử lý sau hoặc chọn động cơ có lượng khí thải thấp hơn.

Động cơ khí tự nhiên tạo ra ít hạt vật chất hơn đáng kể. Quá trình đốt cháy sạch hơn và không có khói nhìn thấy được. Tuy nhiên, động cơ chạy bằng khí tự nhiên vẫn tạo ra NOx và chúng có thể thải ra khí mê-tan chưa cháy hết. Khí mê-tan là một loại khí nhà kính mạnh và một số cơ quan môi trường đang bắt đầu tính đến hiện tượng trượt khí mê-tan. Tại một địa điểm đang theo dõi lượng phát thải Phạm vi 1 hoặc Phạm vi 2, lượng khí mêtan trượt có thể là một trách nhiệm tiềm ẩn.

Đối với các cơ sở sản xuất ở những khu vực chưa đạt tiêu chuẩn, khí đốt tự nhiên có thể là một lựa chọn hữu ích vì nó tránh được nhu cầu sử dụng các bộ lọc hạt diesel hoặc bộ khử xúc tác có chọn lọc. Tuy nhiên, động cơ khí NOx thấp có thể có nhu cầu bảo trì khác nhau và có thể nhạy cảm hơn với chất lượng nhiên liệu. Đây là sự cân bằng cần được thảo luận với nhà sản xuất và với nhà tư vấn chất lượng không khí tại địa phương trước khi mua máy phát điện.

Một điểm khác cần xem xét là giấy phép tiếng ồn. Bộ khung mở diesel có thể tạo ra 95 đến 105 dB(A) gần ống xả, trong khi bộ giảm thanh và vỏ bọc chất lượng cao có thể giảm mức đó xuống 65 đến 75 dB(A) ở khoảng cách xa. Bộ khí tự nhiên thường được coi là yên tĩnh hơn, nhưng thiết kế vỏ bọc thường là yếu tố chi phối. Nếu nhà máy nằm gần ranh giới khu dân cư, thông số kỹ thuật về tiếng ồn trong đơn đặt hàng chứ không phải loại nhiên liệu sẽ xác định xem bạn có nhận được hệ thống lắp đặt tuân thủ hay không.

Rủi ro bảo trì, tuổi thọ và thời gian ngừng hoạt động

Bảo trì là nơi quyết định của máy phát điện có thể trở nên tốn kém. Chi phí cho một lần ngừng hoạt động ngoài kế hoạch sau khi máy phát điện bị hỏng thường vượt quá mức tiết kiệm nhiên liệu hàng năm của một lựa chọn nhiên liệu rẻ hơn. Vì vậy, việc bảo trì phải được coi là một yếu tố rủi ro chứ không chỉ là chi phí vận hành.

Bảo trì máy phát điện diesel là việc quen thuộc với hầu hết các cơ sở công nghiệp. Các nhiệm vụ bao gồm thay bộ lọc nhiên liệu, thay dầu, kiểm tra chất làm mát, bảo dưỡng ắc quy, kiểm tra kim phun và kiểm tra tải thường xuyên. Một máy phát điện diesel được bảo trì tốt có thể rất đáng tin cậy. Trong các ứng dụng dự phòng, các bộ động cơ diesel thường được kiểm tra tải dưới tải mỗi tháng một lần để xác nhận rằng động cơ đã sẵn sàng cho trường hợp khẩn cấp. Đây là một thực hành tiêu chuẩn cho các cơ sở quan trọng.

Tuổi thọ của tổ máy phát điện diesel thường được đo bằng số giờ hoạt động. Động cơ diesel công nghiệp hạng nặng thường có thể chạy từ 20.000 đến 30.000 giờ trước khi đại tu lớn, tùy thuộc vào tải trọng, tốc độ và chất lượng bảo trì. Một số động cơ đã được biết là có tuổi thọ vượt quá 40.000 giờ trong các ứng dụng được quản lý cẩn thận. Đối với một nhà máy chỉ chạy máy phát điện vài trăm giờ mỗi năm, một bộ máy diesel có thể tồn tại trong nhiều thập kỷ.

Bảo trì máy phát điện khí tự nhiên là khác nhau. Động cơ đốt gas sử dụng bugi đánh lửa, cuộn dây đánh lửa và bộ chế hòa khí hoặc hệ thống phun xăng. Những bộ phận này cần được kiểm tra và thay thế thường xuyên. Bugi đánh lửa có thể cần được thay sau mỗi 1.000 đến 2.000 giờ, tùy thuộc vào động cơ. Tình trạng khe hở van và van xả cũng rất quan trọng đối với động cơ xăng. Khoảng thời gian thay dầu cho động cơ xăng có thể ngắn hơn so với động cơ diesel do đặc tính đốt cháy và khả năng nhiễm bẩn dầu.

Đối với các ứng dụng tải cơ sở liên tục, lịch bảo trì cho máy phát điện khí tự nhiên có thể quản lý được nếu nhà máy có đội bảo trì lành nghề hoặc hợp đồng dịch vụ. Nhưng đối với một nhà máy chỉ có kỹ thuật viên được đào tạo về động cơ diesel, việc chuyển sang sử dụng khí đốt có thể tạo ra khoảng cách về bảo trì. Mạng lưới dịch vụ của nhà sản xuất phải được đánh giá trước khi mua. Nếu nhà sản xuất có thể hỗ trợ địa điểm bằng các phụ tùng thay thế, chẩn đoán từ xa và dịch vụ tại hiện trường thì rủi ro sẽ thấp hơn đáng kể.

Rủi ro ngừng hoạt động cũng liên quan đến nguồn nhiên liệu sẵn có. Máy phát điện diesel có thể chạy hàng giờ sau khi mất điện lưới, nhưng nếu bình nhiên liệu cạn, máy sẽ dừng. Máy phát điện khí tự nhiên có nguồn cung cấp không giới hạn từ đường ống, nhưng nếu cơ sở cung cấp khí đốt gặp sự cố ngừng hoạt động thì máy phát điện sẽ vô dụng. Một số nhà máy sử dụng máy phát điện sử dụng nhiên liệu kép có thể chuyển sang dùng dầu diesel nếu áp suất khí giảm. Hệ thống nhiên liệu kép làm tăng thêm chi phí ban đầu, nhưng chúng có thể có giá trị đối với các cơ sở không thể chấp nhận sự gián đoạn tải quy trình của mình.

Sụt điện áp, đáp ứng nhất thời và định cỡ máy phát điện

Động cơ công nghiệp, máy ép, máy hàn và máy nén tạo ra tải nhất thời. Khi một động cơ lớn khởi động, máy phát điện sẽ bị sụt điện áp trong thời gian ngắn và lệch tần số. Nếu máy phát điện không thể phục hồi nhanh chóng, dây chuyền sản xuất có thể bị ngắt, PLC có thể bị reset và động cơ có thể mất đồng bộ. Do đó, máy phát điện phải có kích thước để xử lý tải khởi động tồi tệ nhất, không chỉ tải ở trạng thái ổn định.

Một tổ máy phát điện diesel nổi tiếng vì mang lại phản ứng nhất thời mạnh mẽ hơn. Động cơ có thể nhanh chóng tăng lượng nhiên liệu cung cấp và tăng áp suất để phù hợp với nhu cầu tải. Điều này giúp bộ điều chỉnh điện áp có thêm thời gian để duy trì đầu ra. Ví dụ: một bộ máy phát điện diesel có thể giữ điện áp trong khoảng 10 phần trăm trong ứng dụng tải khối 100 phần trăm. Động cơ sử dụng khí đốt tự nhiên có thể có độ sụt điện áp ban đầu lớn hơn và cần nhiều thời gian hơn để phục hồi khi tải đột ngột được áp dụng.

Đây không phải là một quy tắc phổ quát, nhưng nó là một mô hình phổ biến. Bảng dữ liệu của nhà sản xuất phải bao gồm dữ liệu hiệu suất nhất thời của ISO 8528. Nếu nhà máy của bạn có trình tự khởi động động cơ, hãy yêu cầu nhà cung cấp nghiên cứu khởi động động cơ. Nghiên cứu sẽ xác định xem liệu máy tạo khí tự nhiên có cần phải có công suất lớn để xử lý dòng điện khởi động hay không. Kích thước quá lớn của máy phát khí có thể loại bỏ lợi thế về chi phí vận hành bằng cách tăng cả vốn đầu tư và tổn thất hiệu suất tải thấp hơn.

Trong sản xuất, chất lượng điện áp cũng là mối quan tâm của máy CNC và các thiết bị điện tử nhạy cảm khác. Máy phát điện tạo ra điện áp sụt giảm sâu hơn có thể gây ra các chuyến đi phiền toái. Một số nhà máy giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng hệ thống UPS cho các biện pháp kiểm soát quan trọng. Những người khác sử dụng máy phát điện có máy phát điện cỡ lớn để giảm hiện tượng sụt áp. Cả hai lựa chọn đều cần được xem xét trong thiết kế hệ thống tổng thể.

Cấu hình tùy chỉnh cho các nhà máy sản xuất

Cơ sở sản xuất hiếm khi đơn giản. Một nhà máy có thể cần một máy phát điện có thể kết nối song song với tiện ích, đầu ra điện áp cao, gói di động cho khu vực phụ trợ hoặc vỏ bọc cách âm nhỏ gọn. Những yêu cầu này không phải lúc nào cũng có sẵn trong các sản phẩm danh mục tiêu chuẩn.

Nếu nhà máy của bạn có hệ thống phân phối điện phức tạp, bạn có thể được hưởng lợi từ việc hợp tác với nhà sản xuất có thể cung cấp thiết kế bộ máy phát điện tùy chỉnh. Một thiết kế tùy chỉnh có thể xác định các đặc tính điện, hệ thống điều khiển, các điểm báo động và sự sắp xếp vật lý trước khi thiết bị được chế tạo. Điều này giúp giảm bớt những bất ngờ khi lắp đặt và đảm bảo máy phát điện có thể được tích hợp với thiết bị đóng cắt hiện có. Nhà sản xuất cũng có thể tư vấn về việc liệu máy phát điện nên là một khối lớn hay một nhóm các khối nhỏ hơn song song.

Đối với các nhà máy có nhu cầu đấu nối vào mạng phân phối trung thế thường phải sử dụng gói bộ máy phát điện cao thế. Gói điện áp cao bao gồm máy biến áp tăng áp, cầu dao điện áp cao, rơle bảo vệ và bộ điều khiển cho phép máy phát điện hoạt động song song với tiện ích hoặc đảo ngược nhà máy. Đây là một lĩnh vực chuyên biệt mà khả năng kỹ thuật của nhà sản xuất quan trọng hơn loại nhiên liệu.

Một yêu cầu phổ biến khác trong sản xuất là khả năng vận hành song song nhiều tổ máy phát điện. Hoạt động song song cho phép nhà máy kết hợp việc phát điện với phụ tải, tăng khả năng dự phòng và giảm sự hoạt động của một tổ máy lớn. Nếu một nhà máy có một quy trình liên tục không thể chịu đựng được việc ngừng hoạt động hoàn toàn, thì có thể bố trí một hệ thống song song để việc bảo trì trên một bộ diễn ra trong khi bộ kia tiếp tục cung cấp tải trọng tới hạn. Đối với cả dầu diesel và khí tự nhiên, hệ thống song song làm tăng thêm độ phức tạp nhưng cũng tăng thêm tính linh hoạt.

Các gói di động và tự nâng rất hữu ích khi máy phát điện phải được di chuyển giữa các phòng sản xuất hoặc triển khai đến địa điểm tạm thời. Ở một số nhà máy, máy phát điện gắn trên xe moóc được sử dụng để dự phòng trong khi thiết bị cố định đang được sửa chữa. Nhà sản xuất có thể cung cấp gói di động có thiết kế tự nâng để nhà máy có thể đặt thiết bị mà không cần cần cẩu. Đây không phải là chủ đề so sánh cốt lõi giữa diesel và gas, nhưng nó ảnh hưởng đến sự lựa chọn cuối cùng vì không phải loại nhiên liệu nào cũng có sẵn ở mọi cấu hình.

Danh sách kiểm tra mua thực tế cho nhà máy của bạn

Trước khi bạn phát hành đơn đặt hàng, hãy sử dụng danh sách kiểm tra sau để tránh những lỗi phổ biến nhất. Danh sách này mang tính thiết thực và có thể được sử dụng làm tài liệu đánh giá trong quá trình mua sắm.

1. Xác định chế độ hoạt động. Máy phát điện có dành cho chế độ chờ khẩn cấp, nguồn điện chính, phụ tải nền liên tục, hoạt động cao điểm hoặc vận hành song song với lưới điện không? Máy phát điện được sử dụng để dự phòng khẩn cấp có thể có các yêu cầu về khí thải và quy trình bảo trì khác với máy phát điện được sử dụng cho sản xuất hàng ngày.
2. Tính số giờ chạy dự kiến ​​hàng năm. Chi phí nhiên liệu hàng năm chỉ có ý nghĩa khi bạn nhân mức tiêu thụ nhiên liệu với số giờ máy phát điện chạy thực tế. Ứng dụng ở chế độ chờ 200 giờ sẽ có mức độ nhạy cảm về chi phí nhiên liệu khác với ứng dụng liên tục 5.000 giờ.
3. Yêu cầu một hồ sơ tải. Đo hoặc ước tính tải trung bình, tải cực đại, hệ số công suất và kVA khởi động của động cơ lớn nhất. Đồng thời xem xét liệu dây chuyền sản xuất có thể được sắp xếp lại trình tự để giảm tải ban đầu hay không.
4. Xác nhận sự sẵn có của nhiên liệu. Hỏi công ty cung cấp khí đốt xem áp suất và lưu lượng đường ống hiện tại có thể hỗ trợ máy phát điện hay không. Nếu đường dẫn khí đốt quá nhỏ, phương án khí đốt tự nhiên có thể yêu cầu một đường dây chuyên dụng và bộ tăng áp. Đối với động cơ diesel, xác nhận kích thước thùng và hợp đồng cung cấp nhiên liệu hàng năm.
5. Kiểm tra giấy phép địa phương. Xác định xem liệu máy phát điện có thể được sử dụng cho một số trường hợp không khẩn cấp hay không, có cần xử lý sau hay không và giới hạn tiếng ồn nào được áp dụng tại dòng thuộc tính. Bao gồm các yêu cầu này trong đặc điểm kỹ thuật trước khi yêu cầu báo giá.
6. Đánh giá quyền truy cập bảo trì. Xác nhận rằng cơ sở có kỹ thuật viên được đào tạo để bảo trì nền tảng động cơ đã chọn. Nếu không, hãy hỏi nhà cung cấp về tính sẵn có của hợp đồng dịch vụ địa phương và thời gian giao các bộ phận thay thế.
7. So sánh tổng chi phí sở hữu Yêu cầu mỗi nhà cung cấp ước tính chi phí vòng đời bao gồm máy phát điện, hệ thống nhiên liệu, lắp đặt, điều khiển, bảo trì, mức tiêu thụ nhiên liệu và giá trị còn lại dự kiến. Một sự khác biệt nhỏ trong mức công suất định mức có thể làm thay đổi đáng kể cách tính chi phí.
8. Xem lại danh mục sản phẩm của nhà sản xuất. Một nhà cung cấp có thể cung cấp nhiều loại nhiên liệu, dải công suất và tùy chọn vỏ bọc giúp bạn linh hoạt hơn nếu dự án thay đổi. Nhà cung cấp có phạm vi sản phẩm hẹp hơn có thể buộc bạn phải có cấu hình dưới mức tối ưu.

Danh sách kiểm tra này phải được điền bởi kỹ sư nhà máy, người quản lý vận hành và trưởng nhóm mua sắm. Quyết định này không chỉ mang tính kỹ thuật; nó cũng ảnh hưởng đến ngân sách hàng năm, nhân sự và sự tuân thủ. Đưa đúng người vào cuộc trò chuyện sớm sẽ giảm nguy cơ xảy ra lệnh thay đổi muộn.

Khuyến nghị cuối cùng: Nhà máy sản xuất của bạn nên chọn nhà máy nào?

Nếu nhà máy của bạn đang tìm kiếm một máy phát điện dự phòng cổ điển có thể không hoạt động trong hầu hết thời gian trong năm và phải khởi động ổn định sau khi mất điện lưới đột ngột, hãy chọn động cơ diesel. Diesel mang lại chi phí ban đầu thấp hơn, quy trình bảo dưỡng quen thuộc, khả năng chấp nhận bước tải mạnh mẽ và khả năng lưu trữ nhiên liệu tại chỗ. Đó là sự lựa chọn an toàn hơn cho các cơ sở sản xuất chưa được kết nối với đường ống dẫn khí công nghiệp.

Nếu nhà máy của bạn có nguồn cung cấp khí tự nhiên ổn định và máy phát điện sẽ được sử dụng hàng trăm giờ mỗi ngày như một thiết bị chính hoặc cao điểm thì khí tự nhiên đáng được đánh giá nghiêm túc. Máy tạo khí tự nhiên có thể giảm lượng khí thải dạng hạt, đơn giản hóa việc lưu trữ nhiên liệu và tạo ra chi phí nhiên liệu trên mỗi kWh thấp hơn khi giá khí đốt cạnh tranh. Điều quan trọng là xác minh áp suất khí, bao gồm nghiên cứu khởi động động cơ và lập ngân sách cho khoảng thời gian bảo trì ngắn hơn của động cơ xăng.

Đối với nhiều cơ sở sản xuất, quyết định không phải là cái này hay cái kia. Một cách bố trí chung là một máy phát điện diesel để dự phòng khẩn cấp và một máy phát khí để phục vụ tải đỉnh lưới hoặc phụ tải nền liên tục. Điều này mang lại cho nhà máy độ tin cậy của động cơ diesel trong thời gian ngừng hoạt động ngắn và tính kinh tế khi vận hành của khí tự nhiên đối với các ứng dụng kéo dài. Hai hệ thống có thể chia sẻ cùng một triết lý điều khiển và được tích hợp vào cùng một thiết bị đóng cắt.

Một vài cảnh báo thực tế cuối cùng: không bao giờ chọn máy phát điện chỉ dựa trên xếp hạng tài liệu quảng cáo. Luôn yêu cầu dữ liệu hiệu suất thực tế của trang web theo điều kiện độ cao, nhiệt độ và tải trọng của bạn. Đừng bao giờ bỏ qua hệ thống lưu trữ nhiên liệu hoặc cung cấp khí đốt, vì đó là nơi xảy ra hầu hết các dự án vượt chi phí. Và đừng bao giờ để nhà cung cấp thay đổi loại nhiên liệu trong báo giá mà không yêu cầu họ gửi lại dữ liệu hiệu suất nhất thời, dữ liệu tiếng ồn và dữ liệu khí thải.

Máy phát điện không phải là thứ cuối cùng bạn mua; nó là điểm khởi đầu cho một hệ thống điện bảo vệ hoạt động sản xuất và lợi nhuận của bạn. Khi bạn lựa chọn một cách rõ ràng về hồ sơ tải sản xuất thực tế và thực tế nhiên liệu tại cơ sở của mình, bạn sẽ tránh được sai lầm đắt giá khi chọn sai nhiên liệu trên giấy và phát hiện ra khi vận hành.