Для решения проблем, связанных со стабильностью энергосистемы, возникающих из-за неустойчивой ветровой мощности и меняющейся потребности в электроэнергии, в США начали активно использовать … генераторы с поршневыми двигателями. Согласно отчету Energy Information Administration (EIA) (независимое агентство в составе федеральной статистической системы США) это уже устойчивый тренд.
Поршневые двигатели внутреннего сгорания, которые обычно используются для резервного или аварийного питания, в настоящее время становятся все более популярными в США для более масштабных применений в области генерации электроэнергии, особенно в районах с высоким уровнем выработки электроэнергии из прерывистых источников, таких как ветер и солнечная энергия. Недавнее увеличение количества поршневых двигателей внутреннего сгорания, способных работать на природном газе или двухтопливных двигателях, было отчасти обусловлено достижениями в технологии двигателей, которые повышают эксплуатационную гибкость, и изменениями на рынках природного газа (газ подешевел, но подозреваю, что тут больше влияние «зеленых субсидий» при закупках итоговой генерации, о чем в отчете ни слова).
Поршневые двигатели, как правило, меньше, чем другие типы генераторов электроэнергии, работающих на природном газе, и составляют относительно небольшую долю электростанций, работающих на природном газе.
По состоянию на ноябрь 2018 года средняя мощность генератора с поршневым двигателем составляла 4 мегаватта (МВт) по сравнению с 56 МВт для турбин сгорания на природном газе и 166 МВт для блоков с комбинированным циклом. На основании данных предварительной ежемесячной инвентаризации электрогенераторов EIA, поршневые двигатели составляли 1% от общего парка электроэнергии на природном газе.
До 2010 года поршневые двигатели обычно имели мощность не более 9 МВт, но в последние годы на всей территории США были установлены более крупные агрегаты мощностью от 16 МВт до 19 МВт. Некоторые из этих двигателей обычно устанавливаются на объекте одного поколения. Самым крупным из этих объектов является энергетический центр Дентон, который был запущен в эксплуатацию в июле 2018 года в пригороде Далласа, штат Техас, и имеет двенадцать 18,8 МВт двигателей, работающих на природном газе, общей мощностью 225 МВт.
Одним из основных преимуществ поршневых двигателей является их способность быстро обеспечивать дополнительное электричество. Поскольку эти агрегаты могут быстро запускаться и останавливаться и работать при частичной нагрузке, они становятся все более важными в областях с высокой долей выработки электроэнергии из возобновляемых источников от ветра и солнца.
Поршневые двигатели могут запускаться, даже если сеть не имеет мощности, что помогает операторам сети электропередачи соответствовать изменяющимся требованиям к мощности и восстанавливать мощность после сильных штормов (пока ветряки ремонтируют).
Производители двигателей также добились успехов в сокращении выбросов, особенно выбросов оксидов азота (NOx). Кроме того, для электростанций, использующих двигатели внутреннего сгорания, требуется значительно меньше воды, чем для газотурбинных установок одинакового размера или парогазового типа с простым циклом.
Электростанции с большими поршневыми двигателями часто расположены в штатах со значительными возобновляемыми ресурсами, в частности, с ветрогенерацией. В Техасе, который имеет наибольшую мощность производства ветровой электроэнергии в стране, имеется 910 МВт поршневых двигателей, работающих на природном газе, или 20% от общенационального (4642 МВт). Канзас (564 МВт) и Калифорния (398 МВт), оба штата с большими объемами возобновляемой генерации, имеют следующие самые высокие мощности поршневых двигателей.
В дополнение к Энергетическому центру Дентона в Техасе, есть три других объекта, которые входят в число шести крупнейших станций на поршневых двигателях в США:
Электростанция Red Gate, расположенная рядом с Макалленом, — это установка мощностью 220 МВт, которая была введена в эксплуатацию в 2016 году. На этой установке установлены 12 поршневых двигателей, работающих на природном газе, каждый мощностью 18,3 МВт.
Электростанция Pearsall, расположенная недалеко от Сан-Антонио, представляет собой электростанцию мощностью 202 МВт, оснащенную 24 поршневыми двигателями, работающими на природном газе, каждый мощностью 8,4 МВт. Станция запущена в эксплуатацию в 2010 году и может обеспечить 25% общей генерирующей мощности в течение двух минут и достичь полной производительности в течение восьми минут.
Станция Antelope — это электростанция мощностью 164 МВт около Лаббока. Станция, которая начала коммерческую эксплуатацию в 2011 году, состоит из 18 поршневых двигателей-генераторов мощностью 9,1 МВт каждый, которые могут достичь полной мощности за пять минут.
Общую картину расположения электростанций в США можно оценить на карте под спойлером.
Авторство:
Авторская работа / переводика
Использованные источники:
Natural gas-fired reciprocating engines are being deployed more to balance renewables