Автономный дом. Часть вторая – двигатель для электрогенератора

Исследование силовых установок, которыми комплектуются генераторы электрической энергии наряду с альтернаторами, начнем с наиболее популярного их типа – двигателя внутреннего сгорания, топливом для которого служит бензин.

Бензиновый генератор – выбор между двух и четырехтактными моделями

Двухтактные двигатели устроены проще, чем четырехтактники – в их конструкции нет газораспределительной и смазочной систем. Их производство обходится сравнительно недорого, чем и объясняет низкую цену двухтактных силовых агрегатов на рынке. Малое количество тактов обеспечивает высокую динамику разгона.

Однако их конструкционная простота формирует отрицательные характеристики. Прежде всего, заправка двухтактного двигателя производится смесью из масла и бензина, в заданной пропорции, а расчет соотношения топливной смеси при каждой новой заправке – занятие утомительное. Сжигание бензиново-масляной смеси сопровождается высокотоксичным выхлопом, поэтому все двухтактники имеют низкие экологические характеристики, несмотря на заводскую комплектацию спецфильтрами.

В отсутствии клапанов, распределяющих топливно-воздушную смесь, во время работы двухтактному двигателю требуется продувка камеры сгорания. Каждый оборот сопровождается удалением газовой отработки, при этом происходит частичный выброс смеси горючего, т.е. повышенный расход бензина в ходе работы двигателя неизбежен. Наконец, двухтактные бензиновые генераторы вырабатывают электроэнергию со значительным уровнем шума.
На первый взгляд такой двигатель должен быть более мощным, чем четырехтактный, если оценивать их мощность по рабочему объему. Но из-за малой эффективности системы продувки фактическая мощность двухтактных моторов на 50% ниже.

И если владельцу генератора с двухтактным двигателем будут безразличны заметный перерасход топлива, ядовитые выхлопы и потребность в расчете топливной смеси, то этот недостаток окажется серьезным – рабочий ресурс двухтактников примерно вдвое ниже, чем у четырехтактных моделей.
Четырехтактные двигатели бензиновых генераторов имеют достоинства, обратные недостаткам двухтактников. Система смазки обеспечивает разовый ввод масла в систему и его работу без потерь до тех пор, пока не придет срок замены по плану. Соответственно, владелец генератора просто заливает бензин в бак, а не смешивает его предварительно с маслом. Поэтому эксплуатация четырехтактников обходится дешевле, чем двигателей с двухтактным циклом.

Четырехтактные моторы более стабильны при работе на низких и холостых оборотах. Выхлопные газы при сжигании бензина менее токсичны, чем при поджоге смеси бензина с маслом – в итоге окружающей среде наносится меньший экологический урон. Моторесурс четырехтактных двигателей в среднем составит около 2000-2500 рабочих часов.

Их недостатки: сравнительно высокая цена; больший вес и габариты; низкая динамика разгона.

Стоит выделить отдельно одно достоинство генераторов на бензине, важное для владельцев загородной недвижимости в России – легкий запуск двигателя при температурах до -20^оС.

Горючее для бензиновых генераторов

Точные требования по характеристикам топлива и масла приведены в паспорте к генератору. Современные модели бензиновых электрогенераторов, как правило, работают на неэтилированном бензине марки А-92.

Бензин должен быть прозрачным, без взвесей. Не следует использовать этилированное горючее и марки бензина с завышенным при помощи метанола октановым числом. А-95 для нормальной работы электрогенератора не подходит – только 92-й бензин.

Расход топлива бензогенератора мощностью 5 кВт составляет приблизительно 1,8 литра в час, т.е. 10 л топлива в баке хватит на 5 часов 30 минут непрерывной работы.

Дизельный генератор

Электростанции, состоящие из генератора, дизельного двигателя, топливного бака, приборов управления, автоматики и системы распределения произведенной электроэнергии, размещенных на общей раме – речь пойдет именно о них.

Конструктивно дизельные электростанции между собой отличаются исполнением – в снижающем шумы кожухе (контейнере) или без него. Главное различие в характеристиках вырабатываемой электрической энергии – току (постоянный либо одно или трехфазный переменный), мощности, частоте тока и его напряжению.

Максимальная мощность моделей с воздушным охлаждением – 6 кВт. Их эксплуатационные характеристики близки к генераторам с бензиновым двигателем – небольшой вес и размеры, ограничения по сроку непрерывной работы (обычно 8 часов). Моторесурс дизель-генератора с воздушным охлаждением составит около 3500-4000 часов, что в среднем на 70% больше, чем у бензогенератора. Работает такой агрегат шумно, стоит дороже, чем бензиновые аналоги, да и к качеству дизтоплива относится очень привередливо.

В жидкостной системе охлаждения электрогенераторов циркулирует вода или масло. Дизельные электростанции, охлаждаемые таким способом, превосходят все прочие типы генераторов по ряду характеристик.

Их достоинства:

• работа 365 дней в году, круглосуточно и бесперебойно (при наличии горючего в топливном баке);
• диапазон мощностей от 5 кВт до мегаватта, в зависимости от модели дизель-генератора;
• моторесурс в среднем 8000-10000 часов;
• допустима комплектация звукоизоляционным кожухом.
•  

Общее преимущество дизель-генераторов – если солярка разольется, то огнеопасных паров не возникнет, поскольку дизельное топливо в атмосферном воздухе плохо испаряется.

Недостатки дизель-генераторов:

• высокая цена. Дизельные электростанции с жидкостным охлаждением в три-четыре раза дороже бензогенераторов равной мощности;
• непрерывная работа допустима лишь при потреблении не ниже 30% от мощности генератора, иначе он переохладится;
• легкий запуск дизельного двигателя возможен при температурах не ниже -5оС, иначе без прогрева активировать его работу не удастся;
• в отсутствии защитного кожуха работа электростанции сопровождается довольно громким шумом;
• значительные габариты и вес.

Охлаждаемые жидкостью дизель-генераторы, как правило, работают в одном из двух режимов – 1500 об/мин и 3000 об/мин. Двигатели с ротором, совершающим три тысячи оборотов в минуту, более шумные. Их моторесурс ниже, чем у менее «оборотистых» моделей (порядка 5000-6000 часов), и работать 24 часа в сутки они не могут, поэтому используются лишь в качестве резервных электростанций.

Расход топлива дизельного электрогенератора мощностью 5 кВт – 1,8 л в час. При емкости бака 5,5 л, одной его полной заправки хватит на 3 часа работы.

Газовый генератор

Электростанции, топливом для которых служит сжиженный горючий газ, приводятся в действие поршневым ДВС, действующим по циклу Отто. К слову, работа описанных выше бензиновых двигателей также базируется на цикле, названном в честь Николауса Отто. Энергия, полученная в ходе сжигания горючего, вращает вал, соединенный с альтернатором – в результате вырабатывается электрический ток.

Габаритами, весом газовые генераторы схожи с бензиновыми электростанциями, а типом системы охлаждения – с дизель-генераторами близкой мощности. Газовые электрогенераторы мощностью более 6 кВт (в зависимости от модели) способны работать как на газообразном топливе (метан, пропан и бутан), так и на бензине, на солярке.

Плюсы газовых генераторов:

• более низкий расход горючего, чем у жидкотопливных двигателей. Октановое число бутана, пропана и метана превышает 100 – их детонационная стойкость выше, что допускает более высокую сжатия;
• стоимость генератора близка к расценкам на дизельные электростанции одинаковой мощности;
• мощность от 0,8 кВт до 9 мВт;
• в качестве силовой установки может использоваться поршневой двигатель внутреннего сгорания или дизельный мотор;
• наиболее дешевое топливо, как следствие – минимальная стоимость каждого киловатта, выработанного генератором;
• допускается использование биогаза в качестве топлива;
• моторесурс в среднем на 30% выше, чем у генераторов на бензине и дизтопливе. Газообразное горючее сгорает практически без остатка, соответственно, степень износа поршней и цилиндров двигателя минимальна, но не равна нулю. Вместе с газом сгорает моторное масло, оставляя после себя продукты горения;
• отработанные газы (выхлоп) содержат вдвое меньше углеводородов, чем у бензиновых или дизельных двигателей.
  В отношении прочих достоинств, приписываемых газовым электрогенераторам торговыми сетями – отсутствие вибрации, низкий уровень шума (практически бесшумность), абсолютная экологическая безопасность, низкие расходы на эксплуатацию и превосходство в разы по моточасам, если сравнивать с генераторами других типов – эти утверждения либо полностью неверны, справедливы лишь отчасти, либо применимы к газотурбинным электростанциям. К примеру, уровень шумности двигателя зависит в основном от его типа охлаждения и числа оборотов в минуту.

Минусы газопоршневых генераторов:

• горючие газы ядовиты и пожароопасны, требуются дополнительные меры по предотвращению их утечки;
• помимо расходов на покупку газового электрогенератора, его владелец обязан приобрести баллоны под пропан-бутан, редукторы. Их общая стоимость примерно равна цене генератора;
• требуется замена полная масла через каждые 100 моточасов. В процессе работы масло выгорает в двигателе вместе с газом;
• сжиженный газ при отрицательных температурах плохо испаряется, поэтому электрогенератор необходимо содержать зимой в утепленном помещении;
• несмотря на возможность подключения газопоршневой электростанции к газовой магистрали, в действительности сделать это будет практически невозможно;
• модели генераторов с воздушным и жидкостным охлаждением подходят только для резервного энергоснабжения – первые способны работать без перебоя около 6 часов, вторые будут обеспечивать питание не более 30 часов.

Расход сжиженного газа у газопоршневых моделей мощностью 5 кВт составляет около 1,5 кг за час работы под нагрузкой 75%. В газовом баллоне емкостью 50 л содержится 21 кг пропана-бутана, следовательно, на одной полной заправке баллон обеспечит работу генератора в течение 14 моточасов.

Производители электрогенераторов и их цены

В России бензиновые, дизельные и газовые генераторы с «отечественными» названиями выпускаются по двум производственным схемам: сборка на территории РФ из импортных комплектующих; сборка в КНР и реализация на российском рынке под собственным брендом. Продуктом первой схемы являются генераторы марки «Вепрь», второй – агрегаты марок «Сварог» и Prorab.

В линейке электрогенераторов торгового дома «Вепрь и Ко» представлены модели, оснащенные бензиновыми, дизельными и газопоршневыми двигателями, мощностью от 1,5 до 320 кВт. Стоимость генераторов «Вепрь» - от 443 (однофазный бензогенератор 1,5 кВт) до 75000 евро (трехфазный дизель-генератор 380 кВт). В качестве силовых установок в генераторах используются двигатели ведущих производителей – Honda, Yanmar и Lombardini.

Мощность электрогенераторов Prorab – от 0.65 до 9 кВт, цены от 4000 до 83000 руб. Генераторы «Свагор» - мощность от двух до 16 кВт, цены от 12000 до 340000 руб. Производитель силовых установок для генераторов, собранных в КНР, неизвестен.

Японские марки генераторов – Yamaha, Honda и Hitachi. Агрегаты, производимые под этими брендами, заслуживают особого внимания. Вне сомнения, это лучшие из присутствующих на рынке России электрогенераторы, как по наработке на отказ, так и по производительности, экономии топлива. Единственный их недостаток заключается в довольно высокой стоимости – агрегат мощностью 5 кВт обойдется будущему владельцу в сумму порядка 84000 рублей.

Среди многочисленных китайских производителей можно выделить бренды Kipor и Green Field, как наиболее зарекомендовавшие себя в кругу владельцев загородной недвижимости в России. Цены на генераторы этих марок начинаются от 12500 рублей за агрегат мощностью 2 кВт, при этом производители обещают «технологию Honda» в своей продукции. Однако (и это следует подчеркнуть) технология Honda и продукция Honda не есть одно и то же.

Помимо описанных марок на отечественном рынке можно найти электрогенераторы европейского и американского производства – FG Wilson, Gesan, Hammer, Geko, SDMO и Generac. Их стоимость в среднем составляет около 55000 рублей за модели мощностью 5 кВт.

Вместо эпилога

Подробно вопрос выбора электрогенераторов будет рассмотрен в одном из материалов, завершающих цикл «Автономное электроснабжение загородного дома» - прежде необходимо изучить все виды оборудования, способного обеспечить коттедж электричеством. Следующая статья из серии «автономное электроснабжение загородного дома» посвящается миниТЭЦ.