Centrales électriques à combustible alternatif en Russie

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Au cours des dernières années, les centrales électriques autonomes équipées de moteurs à pistons à gaz sont devenues de plus en plus populaires en Russie et à l'étranger. Ces unités sont faciles à entretenir et consomment moins de carburant que les unités diesel traditionnelles. De plus, sur la base d'un moteur à piston à gaz, il est possible d'assembler une station combinée qui génère simultanément de la chaleur et de l'électricité.

Nous avons discuté avec les développeurs de Transmashholding, le partenaire général du festival Polytech 360, de la différence entre une unité à piston à gaz et un moteur à essence ou diesel et de la possibilité de l'installer sur une voiture ordinaire. Nos questions ont été répondues par Alexander Terekhin, chef du département de développement des moteurs diesel chez Transmashholding JSC, et Igor Ovchinnikov, chef de projet pour le développement de l'ingénierie diesel chez Transmashholding JSC.

Essentiellement, les moteurs à piston à gaz sont des moteurs à combustion interne conventionnels qui utilisent du gaz pour fonctionner. Les premières installations de ce type sont apparues à la fin du XIXe siècle et étaient principalement utilisées dans les usines pour entraîner divers équipements de production. Plus tard, ils ont été principalement remplacés par des moteurs électriques. Ils ne sont pas non plus largement utilisés dans les transports. Mais ces dernières années, la popularité des moteurs à pistons à gaz a commencé à croître. Il y a plusieurs raisons à cela, mais la principale est la hausse des prix des hydrocarbures liquides (essence, diesel). Aujourd'hui, les moteurs à piston à gaz sont utilisés dans les groupes électrogènes, les générateurs de chaleur, les pompes, les compresseurs et les unités de réfrigération.

N+1: Dans quelles usines les moteurs à pistons à gaz sont-ils utilisés et pourquoi ?

Les moteurs à piston à gaz sont utilisés dans les centrales électriques de presque toutes les applications: groupes électrogènes et centrales fixes, locomotive, automobile, transport et technologique (pour tracteurs, équipements de carrière) et autres.

Les réserves de gaz naturel dans notre pays et dans le monde dépassent largement les réserves de combustibles liquides à base d'hydrocarbures de tous types. Naturellement, le coût du carburant gazeux est nettement inférieur à celui du carburant hydrocarboné liquide. Dans notre pays, de nombreuses générations pourront utiliser ce type de carburant.

Sur quoi fonctionnent de tels moteurs ?

Ils utilisent deux types de combustible gazeux. Il s'agit d'abord du gaz naturel (il contient l'essentiel du méthane), que nous brûlons notamment dans nos cuisines. Et, d'autre part, le gaz de pétrole issu du raffinage du pétrole (il contient l'essentiel du propane et du butane). C'est ce dernier à l'état liquéfié qui est le plus souvent utilisé comme carburant pour les voitures ou en bouteilles pour les chalets d'été à gaz.

La plupart des moteurs industriels, de camions et de bus utilisent du gaz naturel comprimé ou liquéfié. Récemment, il y a eu des propositions pour la conversion des voitures particulières au gaz naturel.

En quoi un tel moteur diffère-t-il d'un moteur à combustion interne ?

Un moteur à piston à gaz est le même moteur à combustion interne, mais avec certaines caractéristiques de conception liées à l'utilisation d'un type de carburant différent.

Tout d'abord, un système de stockage de gaz et des équipements de gaz doivent être montés sur le produit final (voiture, locomotive diesel, etc.) pour modifier les paramètres du gaz (pression, température) et le fournir au moteur.

Les changements dans le moteur lui-même peuvent être divisés en deux parties. Ceux qui appartiennent au premier d'entre eux sont de nature constructive et concernent les modifications du taux de compression, la conception des pièces du groupe cylindre-piston, les réglages de l'alimentation en air et du turbocompresseur et d'autres éléments. Ces derniers sont reliés à l'équipement du moteur avec des dispositifs d'alimentation en gaz du collecteur d'admission ou de la chambre de combustion.

Est-il possible de mettre un moteur à piston à gaz sur une voiture ordinaire ?

Pouvez. Beaucoup enfilent et roulent avec succès. De telles solutions sont utilisées dans les automobiles, les tracteurs, les locomotives, les petits navires commerciaux à poids mort et autres véhicules.

Transmashholding et moteurs à gaz

En 2013, une locomotive diesel de manœuvre TEM19 a été produite à l'usine Transmashholding de Briansk. Il s'agit de la première locomotive diesel au monde dont le moteur à pistons fonctionne au gaz naturel, dont l'alimentation autonome est stockée sous forme liquide dans un conteneur cryogénique.

À l'heure actuelle, TMH a lancé un projet de création d'une nouvelle locomotive diesel de manœuvre de gaz TEM29 de puissance accrue. Sa conception sera basée sur le principe de modularité des équipements principaux. Il vise à réduire le coût des ressources impliquées dans la réalisation de la maintenance et des réparations en cours d'exploitation grâce à l'utilisation de réparations agrégées.

Dans son entreprise de Kolomna, TMH met en œuvre un certain nombre de projets utilisant des carburants alternatifs, maîtrisant la production d'un type de produit fondamentalement nouveau - les moteurs à gaz conçus pour produire de l'électricité et de la chaleur dans les centrales électriques à des fins de base, de secours et d'urgence.

Actuellement, un groupe électrogène à moteur à gaz 9GMG pour la locomotive diesel de manœuvre TEM29 est en construction à l'usine de Kolomna.

Les moteurs, créés à l'usine TMH de Kolomna, utiliseront du carburant diesel, du carburant naturel ou du gaz de pétrole associé, ainsi que du pétrole brut dans la plage de puissance de 1 000 à 3 500 kilowatts comme carburant principal.

TMH a également l'intention de développer des modifications au gaz de nouveaux moteurs diesel créés lors de la mise en œuvre du sous-programme de développement de moteurs diesel du programme cible fédéral « Base technologique nationale ».

Pourquoi ces moteurs ne sont-ils pas utilisés universellement ?

Il se trouve qu'historiquement, différents types de carburants liquides à base d'hydrocarbures sont principalement utilisés comme carburants. Une large infrastructure a été créée pour eux. Ainsi, pour étendre l'utilisation du gaz, il est nécessaire d'étendre l'infrastructure associée à sa livraison au lieu de ravitaillement et, in fine, au lieu de combustion. Ceci est maintenant activement poursuivi.

À l'heure actuelle, le tronçon nord non électrifié du chemin de fer de Sverdlovsk est le plus prometteur pour l'exploitation de locomotives fonctionnant au carburant pour moteurs à gaz. Cette région a toutes les conditions nécessaires: un profil plat, de gros volumes de marchandises, la disponibilité de gaz naturel bon marché, ainsi que des installations de production, sur la base desquelles la production de gaz naturel liquéfié peut être lancée.

De manière générale, l'utilisation du gaz comme carburant dans tous les types de transports et la création de transports de gaz domestiques et d'équipements fixes revêtent aujourd'hui une grande importance pour le renouvellement du matériel roulant, qui doit répondre aux normes internationales de sécurité, d'environnement et de fiabilité.

Pourquoi sont-ils souvent utilisés dans les petites centrales électriques ?

C'est rentable et économique. La consommation de combustible et les coûts d'exploitation sont des questions importantes pour le propriétaire de la centrale. Une unité à piston à gaz a une consommation de carburant spécifique par kilowatt par heure produite sous n'importe quel mode de charge inférieure à celle d'une unité à turbine à gaz. Cela est dû au fait que le rendement des machines à pistons est de 36 à 45 %, alors que celui des turbines n'est que de 25 à 34 %.

Le principal avantage des moteurs à pistons à gaz par rapport aux moteurs diesel est le carburant moins cher. Même lorsqu'un mélange gazeux propane-butane est utilisé comme carburant de réserve, le coût d'une unité d'énergie électrique produite sur une usine à pistons à gaz est 1, 3 fois moins élevé que sur une centrale diesel.

L'exploitation et la maintenance d'une unité à piston à gaz, contrairement à une unité à turbine à gaz, ne nécessitent pas de personnel d'ingénierie hautement qualifié. L'entretien de routine, les réparations intermédiaires et de révision d'un moteur à piston à gaz peuvent être effectués sur le site d'exploitation sans déplacer l'unité sur le site du fabricant ou d'une entreprise spécialisée.

Quelle est la raison de la popularité croissante des unités à piston à gaz ces dernières années, malgré le fait que la technologie elle-même existe depuis longtemps ?

L'analyse du marché de consommation de l'énergie électrique et thermique a révélé qu'environ 30 pour cent des consommateurs n'ont pas besoin de dizaines et de centaines de mégawatts d'électricité et, par conséquent, d'une alimentation électrique centralisée obligatoire, dont les pertes totales pendant le transport à travers les réseaux jusqu'au consommateur sont jusqu'à 25-30 pour cent.

En outre, les utilisateurs ne sont pas satisfaits du coût élevé de la connexion aux réseaux centralisés et, en général, la libéralisation du marché de l'énergie en Russie a entraîné une crise dans le fonctionnement des grands systèmes d'approvisionnement énergétique centralisés.

Les technologies à piston à gaz sont bien adaptées à la production d'électricité à petite échelle, implémentant très efficacement le concept de production d'électricité « économique » avec des pertes minimales de chaleur et d'électricité générées. Les sources décentralisées autonomes locales de production combinée d'électricité et de chaleur à base d'usines à piston à gaz ont un rendement élevé, sont complètement indépendantes des réseaux électriques régionaux et, par conséquent, de la croissance des tarifs, sont fiables, ne nécessitent pas de coûts pour la construction de l'approvisionnement et réseaux de distribution.

Les moteurs à pistons à gaz peuvent être combinés en série. Quel est l'intérêt d'une telle consolidation par rapport à l'utilisation séparée des installations ?

Non seulement les moteurs à piston à gaz, mais aussi les moteurs diesel peuvent être combinés en "batteries". Tout dépend des caractéristiques et des exigences de la centrale électrique stationnaire. En particulier, très souvent, des modules individuels ne peuvent être livrés sur le lieu d'installation et d'exploitation que par hélicoptère. Mais il existe des centrales électriques spéciales, dont la principale exigence est la puissance maximale possible dans une unité.