RU226364U1 - Autonomous LNG energy complex - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области энергетики, в частности к силовым установкам на базе двигателей внутреннего сгорания, и может быть использована в качестве полностью автономного источника электрической и тепловой энергии в передвижных и стационарных электростанциях. Автономный СПГ энергетический комплекс выполнен на базе полуприцепа-контейнеровоза, на платформе которого установлена газопоршневая электростанция, которая включает в себя двигатель внутреннего сгорания, генератор, приводимый в работу от двигателя, блок охлаждения, электрооборудование, систему топливоподачи, регазификатор и криогенная емкость, соединенные между собой трубопроводом. Автономный СПГ энергетический комплекс снабжен системой управления и контроля (мониторинга) работой комплекса. Технический результат - создание автономного энергетического комплекса на сжиженном природном газе, обеспечивающего возможность оперативного энергоснабжения объектов, удаленных от магистральных газопроводов без использования дополнительного оборудования с функцией удаленного мониторинга, управления работой электростанции и системой хранения сжиженного газа. 1 з.п. ф-лы. The utility model relates to the field of energy, in particular to power plants based on internal combustion engines, and can be used as a completely autonomous source of electrical and thermal energy in mobile and stationary power plants. The autonomous LNG energy complex is made on the basis of a container semi-trailer, on the platform of which a gas piston power plant is installed, which includes an internal combustion engine, a generator driven by the engine, a cooling unit, electrical equipment, a fuel supply system, a regasifier and a cryogenic tank, interconnected pipeline. The autonomous LNG energy complex is equipped with a control and control (monitoring) system for the operation of the complex. The technical result is the creation of an autonomous energy complex using liquefied natural gas, providing the ability to quickly supply energy to facilities remote from main gas pipelines without the use of additional equipment with the function of remote monitoring, control of the operation of the power plant and the liquefied gas storage system. 1 salary f-ly.

Description

Полезная модель относится к области энергетики, в частности к силовым установкам на базе двигателей внутреннего сгорания, и может быть использована в качестве полностью автономного источника электрической и тепловой энергии в передвижных и стационарных электростанциях для снабжения поселков, производств и других объектов в качестве аварийного и временного потребления.The utility model relates to the field of energy, in particular to power plants based on internal combustion engines, and can be used as a completely autonomous source of electrical and thermal energy in mobile and stationary power plants to supply villages, industries and other facilities as emergency and temporary consumption .

Из уровня техники известно достаточное количество конструкций генераторов на базе двигателей внутреннего сгорания использующих жидкое или газообразное топливо. Оборудование мобильных электростанций - передвижных электростанций устанавливается на трейлерах. Комплексы передвижных электростанций разворачиваются на площадках с твердым покрытием, подведенным топливным проводом и трансформаторной подстанцией для приема произведенной электроэнергии. Недостатками известных решений является повышенные затраты из-за стоимости жидкого топлива (как правило дизельное топливо), следовательно, вырабатываемая им электроэнергия имеет высокую себестоимость, или использование в конструкции газопоршневых агрегатов с отдельным хранилищем (емкостью) сжиженного газового топлива, что снижает мобильность и оперативность приведения установки в рабочее состояние.A sufficient number of generator designs based on internal combustion engines using liquid or gaseous fuel are known from the prior art. Equipment for mobile power plants - mobile power plants are installed on trailers. Complexes of mobile power plants are deployed on sites with hard surfaces, supplied fuel wires and a transformer substation to receive the generated electricity. The disadvantages of the known solutions are increased costs due to the cost of liquid fuel (usually diesel fuel), therefore, the electricity generated by it has a high cost, or the use in the design of gas piston units with a separate storage (capacity) of liquefied gas fuel, which reduces the mobility and efficiency of propulsion installations in working condition.

Так, например, известно техническое решение (Патент № 2411378 от 26.06.2009г.), технический результат которого заключается в обеспечении возможности работы газопоршневой электростанции на всех видах топлива с параметрами, соответствующими техническим условиям, обеспечении возможности создания групп агрегатов, возможности запуска при удалённом доступе, обеспечения контроля и диагностики всех параметров и процессов, проходящих во время эксплуатации электростанции с отображением последних на персональном компьютере через беспроводную систему, полную диагностику работы электростанции. К недостаткам относится то, что данная установка не имеет собственной емкости для хранения газообразного топлива, подключается к внешним сетям газовым сетям. Для доставки подобной установки нужен грузовик и автокран или погрузчик, в нашем случае только седельный тягач.For example, a technical solution is known (Patent No. 2411378 dated June 26, 2009), the technical result of which is to ensure the ability to operate a gas piston power plant using all types of fuel with parameters corresponding to the technical specifications, providing the ability to create groups of units, and the ability to start with remote access , ensuring control and diagnostics of all parameters and processes occurring during the operation of the power plant with the latter displayed on a personal computer through a wireless system, complete diagnostics of the operation of the power plant. The disadvantages include the fact that this installation does not have its own tank for storing gaseous fuel; it is connected to external gas networks. To deliver such an installation, you need a truck and a truck crane or loader, in our case only a truck tractor.

Также известна полезная модель «Газопрошневой агрегат» (Патент №46304 от 22.10.2004 г.) которая относится к силовым установкам на базе двигателей внутреннего сгорания, и может быть использована в качестве источника электроэнергии в передвижных электростанциях и стационарных электроагрегатах. Задача данной полезной модели - упростить конструкцию газопоршневого электроагрегата и сделать его более надежным в работе, путем использования в двигателе внутреннего сгорания внешнего смесеобразования. Данная установка также не имеет собственной емкости для хранения газообразного топлива, при работе подключается к внешним газовым сетям. Для мобильного использования этой установки необходимо дополнительное оборудование, защиту от осадков и других атмосферных воздействий.There is also a known utility model “Gas-burning unit” (Patent No. 46304 dated October 22, 2004), which refers to power plants based on internal combustion engines, and can be used as a source of electricity in mobile power plants and stationary electrical units. The purpose of this utility model is to simplify the design of a gas piston electric unit and make it more reliable in operation by using external mixture formation in an internal combustion engine. This installation also does not have its own tank for storing gaseous fuel; during operation it is connected to external gas networks. For mobile use of this installation, additional equipment and protection from precipitation and other atmospheric influences are required.

Из уровня техники известны различные мобильные комплексы, имеющие возможность перемещения на колесах. Так, например, энергетические комплексы для электроснабжения пожарной техники (Патент на полезную модель № 147940 от 07.02.2014г.), мобильная автономная солнечная установка предназначена для получения электроэнергии от воздействия солнечной радиации на фотоэлектронные модули (Патент на изобретение № 2544896 от 22.10.2013г.), мобильный комплекс навигации и топопривязки (Патент на изобретение № 2444451 от 05.04.2010г.). Однако функциональное назначение известных мобильных (передвижных) комплексов, различно от предлагаемого заявителем.Various mobile complexes that can be moved on wheels are known from the prior art. For example, energy complexes for power supply of fire fighting equipment (Utility model patent No. 147940 dated 02/07/2014), a mobile autonomous solar installation is designed to generate electricity from the effect of solar radiation on photoelectronic modules (Invention patent No. 2544896 dated 10/22/2013. ), mobile navigation and topography complex (Patent for invention No. 2444451 dated 04/05/2010). However, the functional purpose of the known mobile (mobile) complexes is different from that proposed by the applicant.

Известна автомобильная мобильная зарядная станция для производства электроэнергии на природном газе (Патент CN 106026296)Изобретение представляет собой мобильную зарядную станцию, устанавливаемую на транспортном средстве, которая содержит мобильную заправочную машину, систему генерации энергии природного газа, систему аккумулирования тепловой энергии, систему аккумуляторной батареи и зарядную систему. Система генерации мощности природного газа содержит генераторный агрегат природного газа и сжиженный природный газ, теплообменник сообщен с высокотемпературным компонентом двигателя природного газа через высокотемпературную трубу охлаждающей воды, и тепловая энергия, генерируемая системой выработки энергии, сохраняется в системе аккумулирования тепловой энергии по трубопроводу; система аккумулирования тепловой энергии выполняет рекуперацию отходящего тепла, в то время как генераторный агрегат природного газа генерирует мощность; система аккумуляторной батареи принимает свинцово-кислотную аккумуляторную батарею; и зарядная система заряжает электрическую энергию, генерируемую при работе генератора природного газа, или электрической энергии, запасенной аккумуляторной батареей, в аккумуляторную батарею электромобиль. Мобильная зарядная станция, предусмотренная изобретением, может обеспечивать зарядную услугу для электромобиля на дороге.An automobile mobile charging station for generating electricity using natural gas is known (Patent CN 106026296). The invention is a mobile charging station installed on a vehicle, which contains a mobile refueling machine, a natural gas energy generation system, a thermal energy storage system, a battery system and a charging station. system. The natural gas power generation system includes a natural gas generating set and liquefied natural gas, a heat exchanger is in communication with a high temperature natural gas engine component through a high temperature cooling water pipe, and thermal energy generated by the power generation system is stored in a thermal energy storage system through the pipeline; The thermal energy storage system recovers waste heat while the natural gas generator set generates power; The battery system adopts lead-acid battery; and the charging system charges the electrical energy generated by operation of the natural gas generator or the electrical energy stored in the battery into the battery of the electric vehicle. The mobile charging station provided by the invention can provide charging service for an electric vehicle on the road.

Также известна Газотурбинная мобильная электростанция средней и большой мощности с несущим корпусом на одном транспортном средстве и компактной конструкцией (патент CN114198203). Изобретение обеспечивает газотурбинную мобильную электростанцию средней и большой мощности с единым главным корпусом на подшипниках и компактной конструкцией, которая состоит из основного модуля транспортного средства, объединяющего газовую турбину, генератор и сопутствующее оборудование, модуль автомобиля с электроуправлением, полуприцеп и другие модульные вспомогательные системы, отвечающие стандартам автомобильного транспорта, кузов-фургона, звукоизоляционный кузов-фургон, муфта, корпус генератора, система смазки генератора, шина отходящей линии, шкаф нейтральной точки и шкаф выходного автоматического выключателя встроены в основной модуль транспортного средства в транспортном состоянии, а система гидравлического выравнивания состоит из множества пар гидравлических регулировочных опор, симметрично расположенных слева, сбоку и справа от основного модуля автомобиля. Электрическая система управления интегрирована в модуль электрического управления транспортного средства, распределительный шкаф ввода-вывода распределен на основном модуле транспортного средства, а выхлопная система, силовой выходной кабель и т.п. установлены в рабочем состоянии. Мобильное устройство для выработки электроэнергии имеет преимущества короткого периода строительства (отсутствие необходимости механической стыковки на месте), быстрого развертывания и запуска, а также большой удельной мощности. Имеющиеся недостатки: газовая турбина в отличие от газопоршневого двигателя имеет более низкий КПД, соответственно более высокий расход топлива и более высокую стоимость электроэнергии. Турбина по своим характеристикам хуже переносит резко-переменный режим работы при сбросе и наборе нагрузки. Также турбина создает гораздо больше шума при работе.Also known is a gas turbine mobile power plant of medium and high power with a supporting body on one vehicle and a compact design (patent CN114198203). The invention provides a gas turbine mobile power plant of medium and large power with a single main body on bearings and a compact structure, which consists of a main vehicle module integrating a gas turbine, a generator and associated equipment, an electric vehicle module, a semi-trailer and other modular auxiliary systems that meet the standards automobile transport, box body, soundproof box body, coupling, generator housing, generator lubrication system, outgoing line bus, neutral point cabinet and output circuit breaker cabinet are built into the main module of the vehicle in the transport state, and the hydraulic leveling system is composed of many pairs of hydraulic adjusting supports, symmetrically located on the left, side and right of the main module of the vehicle. The electrical control system is integrated into the vehicle electrical control module, the I/O distribution cabinet is distributed on the vehicle main module, and the exhaust system, power output cable, etc. installed in working order. The mobile power generation device has the advantages of a short construction period (no need for on-site mechanical docking), rapid deployment and startup, and high power density. Existing disadvantages: a gas turbine, unlike a gas piston engine, has a lower efficiency, correspondingly higher fuel consumption and a higher cost of electricity. According to its characteristics, the turbine is less resistant to sharply variable operating modes during load shedding and loading. The turbine also creates much more noise during operation.

Также известно техническое решение (Патент US 20160097363) Переносное газовое устройство. Мобильный дроссель для снижения давления на компримированном природном газе (СПГ) и нагревательный блок смонтированы на прицепе. Прицеп можно буксировать в место, где нет трубопровода сбыта КПГ. СПГ уже обработан и хранится на станции компримированного хранения. Затем СПГ проходит через впускное отверстие и через ряд клапанов, а затем через дроссель. Дроссель на прицепе снижает давление СПГ непосредственно из баллона со сжатым газом, обычно на отдельном полуприцепе. Затем СПГ нагревается и используется на месте. Ввод CNG в эту систему может поступать из двух разных источников, так что снижение давления может происходить непрерывно без какой-либо легко наблюдаемой задержки со стороны пользователя. Имеются выходные порты для подключения к дизельному двигателю, переоборудованному для работы на сжатом природном газе. В результате анализа документа не выявлена система управления хранилищем газа и самой электростанцией. По принципу действие, данное решение, является наиболее близким к заявляемому, но по сходству конструктивных признаков заявитель затрудняется в выборе прототипа. Сложность выбора прототипа обусловили составление формулы полезной модели без разделения на отличительную и ограничительную части.A technical solution is also known (Patent US 20160097363) Portable gas device. A mobile throttle for compressed natural gas (CNG) pressure reduction and a heating unit are mounted on a trailer. The trailer can be towed to a location where there is no CNG distribution pipeline. The LNG has already been processed and stored at a compressed storage station. The CNG then passes through the intake port and through a series of valves and then through the throttle body. A trailer throttle reduces the pressure of CNG directly from a compressed gas cylinder, usually on a separate semi-trailer. The LNG is then heated and used on site. The CNG input to this system can come from two different sources so that the pressure reduction can occur continuously without any easily observable delay on the part of the user. Output ports are available for connection to a diesel engine converted to run on compressed natural gas. As a result of the analysis of the document, the control system for the gas storage facility and the power plant itself was not identified. In principle, this solution is the closest to the claimed one, but due to the similarity of design features, the applicant finds it difficult to choose a prototype. The difficulty of choosing a prototype resulted in drawing up a formula for a utility model without dividing it into distinctive and restrictive parts.

Анализ уровня техники показал, что известные технические устройства не обладают мобильностью передвижения и оперативного развертывания устройства в рабочее состояние.An analysis of the state of the art has shown that the known technical devices do not have the mobility of movement and prompt deployment of the device into working condition.

Основная проблема, которую решает заявитель - сложность и трудоемкость оперативного энергоснабжения (например, в аварийных или чрезвычайных ситуациях) в районах, удаленных от магистральных газопроводов, с возможностью управления и контроля работой основного и вспомогательного оборудования.The main problem that the applicant solves is the complexity and labor-intensiveness of operational power supply (for example, in emergency or emergencies) in areas remote from main gas pipelines, with the ability to manage and monitor the operation of main and auxiliary equipment.

Заявитель ставит задачу создания мобильного автономного СПГ энергетического комплекса, который имеет возможность: обеспечить оперативную работу агрегата на сжиженном природном газе (СПГ), а так же при необходимости на магистральном газе среднего давления и выше, сжиженном углеводородном газе (СУГ), а также других видах газового топлива, подходящим своими параметрами техническим условиям агрегата; контроль сети, запуска газопоршневой электростанции через компьютер при удаленном доступе; контроль всех параметров и процессов, проходящих во время эксплуатации электростанции с отображением последних на персональном компьютере через проводную и беспроводную систему полную диагностику работы электростанции.The applicant sets the task of creating a mobile autonomous LNG energy complex, which has the ability to: ensure the operational operation of the unit on liquefied natural gas (LNG), as well as, if necessary, on main gas of medium pressure and higher, liquefied petroleum gas (LPG), as well as other types gas fuel whose parameters match the technical conditions of the unit; network control, launching a gas piston power plant via a computer with remote access; control of all parameters and processes occurring during the operation of the power plant with the latter displayed on a personal computer through a wired and wireless system; complete diagnostics of the operation of the power plant.

Технический результат - создание автономного энергетического комплекса на сжиженном природном газе, обеспечивающего возможность оперативного энергоснабжения объектов, удаленных от магистральных газопроводов без использования дополнительного оборудования с функцией удаленного мониторинга, управления работой электростанции и системой хранения сжиженного газа.The technical result is the creation of an autonomous energy complex using liquefied natural gas, providing the ability to quickly supply energy to facilities remote from main gas pipelines without the use of additional equipment with the function of remote monitoring, control of the operation of the power plant and the liquefied gas storage system.

Технический результат достигается тем, что автономный СПГ энергетический комплекс выполнен на базе полуприцепа-контейнеровоза, на платформе которого установлена газопоршневая электростанция, которая включает в себя двигатель внутреннего сгорания, генератор, приводимый в работу от двигателя, блок охлаждения, электрооборудование, систему топливоподачи, регазификатор и криогенная емкость, соединенные между собой трубопроводом. Вместе с тем автономный СПГ энергетический комплекс снабжен системой управления и контроля (мониторинга) работой комплекса. Кроме того, система управления комплексом, выполнена на базе контроллера «Овен», а система управления электростанцией выполнена на базе контроллера Lovato RGK 800.The technical result is achieved by the fact that the autonomous LNG energy complex is made on the basis of a container semi-trailer, on the platform of which a gas piston power plant is installed, which includes an internal combustion engine, a generator driven by the engine, a cooling unit, electrical equipment, a fuel supply system, a regasifier and cryogenic tanks connected to each other by a pipeline. At the same time, the autonomous LNG energy complex is equipped with a control and control (monitoring) system for the operation of the complex. In addition, the complex control system is based on the Aries controller, and the power plant control system is based on the Lovato RGK 800 controller.

Особыми признаками заявляемого технического решения являются:Special features of the proposed technical solution are:

расположение на единой платформе полуприцепа газопоршневой электростанции и криогенной емкости, соединенных трубопроводами позволяет обеспечить газо- и энергоснабжение объекта готовность к работе в любое время и в любом месте, без необходимости установки и монтажа (стыковки) с дополнительным оборудованием (например, с криогенной емкостью, которая транспортируется отдельно);the location of a gas piston power plant and a cryogenic tank on a single semi-trailer platform, connected by pipelines, makes it possible to ensure gas and energy supply to the facility, ready for operation at any time and in any place, without the need for installation and installation (docking) with additional equipment (for example, with a cryogenic tank, which transported separately);

применение автошасси позволяет обеспечить мобильность и проходимость энергетической установки при различных условиях дорожного покрытия;the use of a chassis makes it possible to ensure the mobility and maneuverability of the power plant under various road surface conditions;

наличие криогенной емкости способствует обеспечению максимального запаса топлива (сжиженного природного газа со сроком бездренажного хранения до 30 суток, при этом стоимость электроэнергии соизмерима с тарифом сетевых поставщиков электроэнергии). Возможность обеспечения электроэнергией небольшого населенного пункта в течение нескольких недель;the presence of a cryogenic tank helps ensure a maximum supply of fuel (liquefied natural gas with a drainless storage period of up to 30 days, while the cost of electricity is comparable to the tariff of network electricity suppliers). The ability to provide electricity to a small settlement for several weeks;

наличие системы управления и мониторинга (АСУМ) комплексом позволяет управлять как электростанцией, так и приводами клапанов системы хранения сжатого природного газа (СПГ).The presence of a control and monitoring system (ACMS) of the complex allows you to control both the power plant and the valve drives of the compressed natural gas (CNG) storage system.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию «новизна»The analysis of the state of the art carried out by the applicant, including a search of patents and scientific and technical sources of information containing information about analogues of the claimed technical solution, allowed us to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed one. Therefore, the claimed technical solution meets the “novelty” condition

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe essence of the invention is illustrated by drawings, where

на фиг.1 показан общий вид автономного энергетического комплекса.Figure 1 shows a general view of an autonomous energy complex.

Автономный СПГ энергетический комплекс выполнен на базе полуприцепа-контейнеровоза и состоит из платформы 1 на которой установлена газопоршневая электростанция 2 включающая в себя двигатель внутреннего сгорания 3, генератор 4, приводимый в работу от двигателя, блок охлаждения 5, электрооборудование 6, систему топливоподачи 7 с газорегулирующей арматурой, регазификатор 8 и криогенную емкость 9, соединенные между собой трубопроводом 10. Автономный энергетический комплекс снабжен системой управления и контроля (мониторинга) работой комплекса 11. The autonomous LNG energy complex is made on the basis of a container semi-trailer and consists of a platform 1 on which a gas piston power plant 2 is installed, which includes an internal combustion engine 3, a generator 4 driven by the engine, a cooling unit 5, electrical equipment 6, a fuel supply system 7 with gas control fittings, a regasifier 8 and a cryogenic tank 9, connected to each other by a pipeline 10. The autonomous energy complex is equipped with a control and control (monitoring) system for the operation of the complex 11.

Автономный СПГ энергетический комплекс используется следующим образом: The autonomous LNG energy complex is used as follows:

прибыв в место назначения, осуществляется подключение силового кабеля от газопоршневой установки к потребителю. С помощью системы управления комплексом 11 подается команда на включение двигателя внутреннего сгорания 3. Работа двигателя запускается с использованием предпускового подогревателя блока охлаждения. При достижении рабочей температуры двигателя, происходит запуск двигателя стартером от аккумуляторных батарей. После запуска двигателя происходит подача напряжения потребителю от генератора 4, соединенного с двигателем. Во время работы контролируются все необходимые параметры. Автономность достигается наличием цистерны для СПГ со сроком бездренажного хранения до 30 суток. Having arrived at the destination, the power cable is connected from the gas piston installation to the consumer. Using the control system of the complex 11, a command is given to turn on the internal combustion engine 3. The engine is started using the pre-heater of the cooling unit. When the engine reaches operating temperature, the engine is started by the starter from the batteries. After starting the engine, voltage is supplied to the consumer from the generator 4 connected to the engine. During operation, all necessary parameters are monitored. Autonomy is achieved by the presence of an LNG tank with a drainless storage period of up to 30 days.

Таким образом созданный автономный СПГ энергетический комплекс обеспечивает оперативное приведения установки в рабочее состояние, дает возможность перемещения по всем типам дорог за счет применения авто шасси, а также возможность удаленного мониторинга, управления работой электростанции и системой хранения сжиженного газа.Thus, the autonomous LNG energy complex created ensures that the installation can be quickly brought into working condition, allows movement on all types of roads through the use of a vehicle chassis, as well as the possibility of remote monitoring, control of the operation of the power plant and the liquefied gas storage system.

В настоящее время разработана конструкторская документация, по которой изготовлен и испытан экспериментальный образец, который подтвердил свои заявленные характеристики.Currently, design documentation has been developed, according to which an experimental sample has been manufactured and tested, which has confirmed its declared characteristics.

Claims (2)

1. Автономный СПГ энергетический комплекс, характеризующийся тем, что выполнен на базе полуприцепа-контейнеровоза, на платформе которого закреплена газопоршневая электростанция, включающая в себя двигатель внутреннего сгорания, генератор, приводимый в работу от двигателя, блок охлаждения, электрооборудование, систему топливоподачи, регазификатор и криогенную емкость, соединенные трубопроводом; вместе с тем снабжен системой управления и контроля (мониторинга) работой комплекса. 1. Autonomous LNG energy complex, characterized by the fact that it is made on the basis of a semi-trailer container carrier, on the platform of which a gas piston power plant is mounted, including an internal combustion engine, a generator driven by the engine, a cooling unit, electrical equipment, a fuel supply system, a regasifier and cryogenic tank connected by pipeline; at the same time, it is equipped with a control and control (monitoring) system for the operation of the complex. 2. Автономный СПГ энергетический комплекс по п.1, характеризующийся тем, что система управления комплексом выполнена на базе контроллера «Овен», а система управления электростанцией выполнена на базе контроллера Lovato RGK 800. 2. Autonomous LNG energy complex according to claim 1, characterized in that the complex control system is based on the Aries controller, and the power plant control system is based on the Lovato RGK 800 controller.