عند اختيار حل الطاقة الاحتياطية، فإنك تواجه مفاضلة فورية: الكفاءة الحرارية مقابل الاستمرارية التشغيلية. عادةً ما توفر مولدات الغاز الطبيعي كفاءة حرارية أقل من نظيراتها التي تعمل بالديزل. إنهم يحرقون المزيد من الوقود من حيث الحجم لإنتاج نفس الكمية من الكهرباء. ومع ذلك، فإن قياس الكفاءة فقط من خلال معدلات حرق الوقود يتجاهل الميزة الهائلة للكفاءة التشغيلية - على وجه التحديد، القدرة على العمل إلى أجل غير مسمى دون إعادة تزويد الشاحنات بالوقود أو صيانة الخزانات.
لفهم التكلفة الحقيقية لهذه الأنظمة وأدائها، يجب علينا التمييز بين الكفاءة الحرارية (مدى جودة تحويل المحرك للوقود إلى طاقة) والكفاءة التشغيلية (توافر الوقود ونفقات الصيانة). ومن المهم أيضًا توضيح النطاق. نحن نناقش هنا الوحدات الاحتياطية السكنية والتجارية - محركات الاحتراق الداخلي ذات الدورة البسيطة - وليس محطات توليد الطاقة الضخمة ذات الدورة المركبة التي تحقق كفاءة تزيد عن 60٪. غالبًا ما يخلط أصحاب المنازل بين الأمرين، مما يؤدي إلى توقعات غير واقعية.
أطروحة هذا الدليل واضحة ومباشرة. في حين أن الغاز الطبيعي يفتقر إلى كثافة الطاقة الخام للديزل، فإن أفضل طريقة لقياس كفاءته هي التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) والموثوقية. في سيناريو تعطل الشبكة، المولد الأكثر كفاءة هو الذي لا يزال قيد التشغيل. إليكم كيفية تكديس بيانات الفيزياء والاقتصاد والبيانات الواقعية.
الواقع الحراري: تعمل مولدات الغاز الطبيعي السكنية والتجارية عادةً بكفاءة حرارية تتراوح بين 18% و25% ، وهي أقل بكثير من 35%-40% الموجودة في محركات الديزل.
عقوبة التحميل الجزئي: تستهلك المولدات القياسية بسرعة 3600 دورة في الدقيقة كمية كبيرة من الوقود حتى عند الأحمال المنخفضة؛ تشغيل المولد بحمل 25% لا يعني استهلاك 25% للوقود.
كثافة الطاقة: يتمتع الغاز الطبيعي بكثافة طاقة أقل (حوالي 37000 وحدة حرارية بريطانية/وحدة) مقارنة بالديزل، مما يتطلب تدفقًا حجميًا أعلى لنفس مخرجات الطاقة.
وقت التشغيل اللانهائي: تكمن الكفاءة الحقيقية للغاز الطبيعي في التخلص من لوجستيات إعادة التزود بالوقود، وتدهور الوقود (الطحالب/التبلور)، وصيانة صهاريج التخزين.
لتقييم الأداء بدقة، يجب علينا التخلص من البريق التسويقي والنظر في الديناميكا الحرارية. يتم تحديد كفاءة مولد الغاز من خلال مقدار الطاقة الكيميائية الموجودة في الوقود والتي يتم تحويلها بنجاح إلى طاقة كهربائية. ويتم فقدان الباقي على شكل حرارة وضوضاء واحتكاك.
بالنسبة للوحدات المحمولة الصغيرة المبردة بالهواء، يمكن أن تكون الأرقام مفاجئة. تعمل معظم هذه المحركات بكفاءة حرارية تصل إلى 18% تقريبًا. وهذا يعني أنه مقابل كل 100 دولار تحرقها من الوقود، يتم إنتاج ما قيمته 18 دولارًا فقط من الكهرباء، بينما يتبدد 82 دولارًا كحرارة مهدرة. وهذا مشابه لمحرك سيارة قديم يقف في حركة المرور.
الوحدات الاحتياطية المبردة بالسوائل - الصناديق المعدنية الكبيرة المثبتة بشكل دائم خارج المنازل والشركات - أفضل قليلاً بسبب أنظمة التبريد وتوصيل الوقود المحسنة. ومع ذلك، بالنسبة للوحدات غير الصناعية، نادرًا ما تتجاوز الكفاءة 25% إلى 28%. عند مقارنة ذلك بشبكة المرافق، التي توفر الطاقة بكفاءة عالية، يصبح من الواضح أن التوليد الذاتي مكلف. كما أنه أقل من مقاييس الديزل الصناعية، التي تصل بانتظام إلى معايير أعلى.
السبب الرئيسي لفجوة الأداء هو كثافة الطاقة. يحتوي وقود الديزل على طاقة أكبر بكثير لكل جالون من الحجم المعادل للغاز الطبيعي المضغوط. يحتوي الديزل على ما يقرب من 139.000 وحدة حرارية بريطانية لكل جالون. وفي المقابل، تحتوي حرارة الغاز الطبيعي على 100 ألف وحدة حرارية بريطانية. للحصول على نفس الكمية، تحتاج إلى تدفق حجمي أعلى للغاز.
تؤكد بيانات الصناعة من كبرى الشركات المصنعة مثل Generac ذلك. في عملية تحويل الوقود إلى طاقة خالصة، تكون وحدات الديزل عمومًا أكثر كفاءة بنسبة 15% إلى 25%. إذا كان المقياس الوحيد لديك هو حرق الوقود لكل كيلووات/ساعة يتم إنتاجه، فإن الديزل هو الذي يفوز. ومع ذلك، فإن الفيزياء ليست سوى جزء واحد من المعادلة.
كثيرا ما نرى ارتباكا ناجما عن بيانات إدارة معلومات الطاقة الأمريكية، التي تدرج الغاز الطبيعي كمصدر عالي الكفاءة للوقود. ومن الأهمية بمكان فضح هذا السياق. يشير تقييم الأثر البيئي إلى محطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة على نطاق المرافق. تستخدم هذه المرافق الضخمة توربينات غازية لتوليد الكهرباء ثم تستخدم الحرارة المهدرة لغلي الماء من أجل توربينات بخارية ثانوية. تحقق هذه العملية كفاءة تصل إلى 60% أو أكثر.
لا يستخدم ويستخدم محرك احتراق داخلي قياسي، يشبه محرك تهذيب الحشائش أو محرك السيارة. ولذلك، فإن تطبيق توقعات الكفاءة على مستوى المرافق على الأجهزة السكنية يؤدي إلى خيبة الأمل. مولد الغاز الطبيعي في منزلك أو عملك تقنية الدورة المركبة.
أحد الجوانب الأكثر إغفالًا لملكية المولد هي العلاقة غير الخطية بين الحمل الكهربائي (ما تقوم بتوصيله) واستهلاك الوقود. يفترض العديد من المالكين أنهم إذا أطفأوا نصف الأضواء، فإنهم سيوفرون نصف الوقود. ولسوء الحظ، نادرا ما يكون هذا صحيحا.
معظم المولدات الاحتياطية القياسية هي آلات متزامنة. لإنتاج كهرباء ثابتة بتردد 60 هرتز، يجب أن يدور المحرك بسرعة ثابتة تبلغ 3600 دورة في الدقيقة (أو 1800 دورة في الدقيقة للوحدات الكبيرة المبردة بالسوائل)، بغض النظر عما إذا كنت تقوم بتشغيل مصباح كهربائي واحد أو مكيف هواء مركزي. ويتطلب الحفاظ على هذه السرعة كمية أساسية من الوقود للتغلب على احتكاك المحرك ومقاومة الهواء.
البيانات من المنتديات الشمسية DIY والمناقشات الميكانيكية (مثل Bob Is The Oil Guy) تسلط الضوء على عقوبة التباطؤ هذه. يمكن للمولد القياسي عند حمل 0% أن يستهلك 0.4 إلى 0.5 جالون (أو ما يعادله من حجم الغاز) في الساعة فقط للحفاظ على دوران المحرك وتشغيل مراوح التبريد. هذا الاستهلاك الأساسي هو تكلفة التشغيل الغارقة.
هذا هو المكان الذي تغير فيه المولدات العاكسة الحديثة اللعبة. على عكس الوحدات ذات السرعة الثابتة، تقوم المولدات العاكسة بفصل سرعة المحرك ميكانيكيًا عن تردد الخرج. يقومون بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ثم يعودون لتنظيف التيار المتردد. وهذا يسمح للمحرك بالاختناق عندما يكون الحمل منخفضًا.
إذا كنت تعمل بحمل يبلغ 25%، فإن وحدة العاكس تبطئ عدد دورات المحرك في الدقيقة بشكل كبير، مما يقلل بشكل كبير من حرق الوقود. إذا كانت حالة الاستخدام الأساسية الخاصة بك تتضمن عناصر منخفضة السحب مثل الثلاجات ومصابيح LED وشواحن الأجهزة، فإن مولد الغاز العاكس يوفر مكافئًا للميل لكل جالون أفضل بشكل كبير من الوحدة القياسية.
إن الحجم الزائد هو العدو الرئيسي للكفاءة. إذا قمت بشراء وحدة بقدرة 20 كيلو وات ولكنك تستهلك فقط 2 كيلو وات من الطاقة، فأنت تعمل في الجزء الأقل كفاءة من منحنى أداء المحرك. في محركات الديزل، يؤدي هذا إلى التكديس الرطب، وهي حالة يتراكم فيها الوقود غير المحترق في العادم. في حين أن الغاز الطبيعي يحترق بشكل أنظف ويتجنب التكديس الرطب، إلا أن عدم الكفاءة الميكانيكية لا يزال قائما. أنت تستخدم بشكل فعال محرك نصف شاحنة لتوصيل البيتزا.
التخطيط للانقطاع يتطلب حسابات دقيقة. أنت بحاجة إلى معرفة مقدار الوقود الذي ستحرقه وفقًا لميزانية فواتير الخدمات أو حجم خزان البروبان في حالة عدم توفر الغاز الطبيعي.
ولأغراض التقدير، عادة ما يتراوح استهلاك وقود مولد الغاز الطبيعي لكل كيلووات في الساعة بين 10 و15 قدم مكعب من الغاز الطبيعي لكل كيلووات في الساعة المنتجة. يعتمد هذا التباين بشكل كبير على عامل الحمولة الذي ناقشناه سابقًا.
لحساب التكلفة المحتملة أثناء انقطاع التيار الكهربائي، استخدم هذا المنطق:
قم بتقدير الحمل الإجمالي بالكيلووات (على سبيل المثال، 5 كيلووات).
اضرب بمعدل الوقود (على سبيل المثال، 12 قدمًا مكعبًا لكل كيلووات ساعة) = 60 قدمًا مكعبًا / ساعة.
اضرب في ساعات التشغيل الخاصة بك.
قم بتحويل القدم المكعبة إلى وحدة فواتير المرافق الخاصة بك (Therms أو CCF) وقم بتطبيق السعر المحلي.
بالنسبة لأولئك الذين يقارنون الغاز الطبيعي بالوقود السائل، يمكن أن تكون الوحدات مربكة. غالبًا ما يبحث الأشخاص عن لترات استهلاك وقود المولدات في الساعة باللترات للمقارنة بخزانات الديزل، لكن الغاز الطبيعي يباع بالثيرم أو القدم المكعبة. أنت بحاجة إلى منطق التحويل.
ويحتوي ثيرم واحد من الغاز الطبيعي على طاقة تعادل 0.72 جالونًا من الديزل تقريبًا. ومع ذلك، نظرًا لأن محركات الديزل أكثر كفاءة من الناحية الحرارية، فإن 1 ثيرم من الغاز سيولد كهرباء أقل من 0.72 جالون من الديزل في محرك الديزل. عند إجراء العمليات الحسابية، اضبط دائمًا فقدان الكفاءة الحرارية (غرامة تصل إلى 20% تقريبًا للغاز).
إذا كنت تستخدم حاسبة استهلاك وقود مولدات الغاز ، فتأكد من اتباع الخطوات التالية للتأكد من دقتها:
الخطوة 1: تحديد تصنيف المولد (كيلوواط). لا تستخدم تصنيف الطفرة؛ استخدام واط قيد التشغيل.
الخطوة 2: تقدير عامل الحمولة. الحمل بنسبة 50% هو معيار الصناعة للتقدير العام. لا تفترض حملاً بنسبة 100% إلا إذا كنت تقوم بتشغيل محركات صناعية.
الخطوة 3: تطبيق إلغاء التصنيف. إذا كنت تقوم بتحويل مولد بنزين ليعمل بالغاز الطبيعي باستخدام عدة أدوات، فقم بخفض معدل إنتاج الطاقة بنسبة 15-20%. يحتوي الغاز الطبيعي على نسبة فرقعة أقل من البنزين.
الخطوة 4: النتيجة. يجب أن يكون الناتج بالأقدام المكعبة في الساعة أو وحدات حرارية بريطانية في الساعة، وهو ما يطابق تقييمات عدادات المرافق.
لا يمكننا أن ننظر إلى الأرقام في الفراغ. المولد الذي تبلغ كفاءته 40% ولكنه يفشل في التشغيل بسبب سوء الوقود يكون فعالاً بنسبة 0% أثناء الإعصار. تقوم مصفوفة القرار هذه بمقارنة مولدات الغاز الطبيعي بالبدائل.
يوفر الديزل ميلا في الغالون عالية وطول عمر المحرك. ومع ذلك، فهي تعتمد بشكل كبير على تلميع (تنظيف) الوقود، وسلامة الخزان، وشاحنات التوصيل. أثناء الكوارث المنتشرة على نطاق واسع، قد لا تتمكن شاحنات الوقود من الوصول إلى منزلك أو عملك. يكون الديزل المخزن لأكثر من عام عرضة لنمو الطحالب والتبلور ما لم تتم معالجته بقوة.
يحتوي الغاز الطبيعي على ميلا في الغالون أقل، لكنه يوفر موثوقية خطوط الأنابيب. يتم توفير الوقود بشكل مستمر تحت الأرض. ليست هناك حاجة للتزود بالوقود، ولا جدولة عمليات التسليم، ولا حاجة للتدخل البشري. بالنسبة للعديد من الشركات، فإن هذه الاستمرارية تستحق علاوة على حجم الوقود.
الصيانة هي المكان الذي يستعيد فيه الغاز الطبيعي بعضًا من نقاط كفاءته. يحترق الغاز الطبيعي بشكل لا يصدق. على عكس الديزل، الذي ينتج السخام وتراكم الكربون، تحافظ محركات NG على نظافة الزيت لفترة أطول. يؤدي ذلك إلى إطالة فترات الخدمة وتقليل خطر التكديس الرطب عند الأحمال المنخفضة بشكل كبير.
علاوة على ذلك، ضع في اعتبارك الامتثال للمستوى 4. يجب أن تستوفي محركات الديزل الحديثة معايير الانبعاثات الصارمة لوكالة حماية البيئة (EPA). ويتطلب ذلك أنظمة معقدة للمعالجة اللاحقة للعادم وسائل سائل عادم الديزل (DEF). تضيف هذه الأنظمة نقاط التكلفة والتعقيد والفشل. يتوافق الغاز الطبيعي بشكل طبيعي مع معظم معايير الانبعاثات دون الحاجة إلى إضافات باهظة الثمن أو مرشحات جسيمية.
تنطبق الكفاءة أيضًا على بيئة معيشتك. مولدات الديزل عالية الصوت وتنتج رائحة عادم ثقيلة ومميزة. في المناطق السكنية الضيقة، يمكن أن يكون هذا مصدر إزعاج لك ولجيرانك. يحترق الغاز الطبيعي بدون رائحة العادم الثقيلة، مما يجعله الخيار الأفضل للمناطق السكنية ذات الخطوط الضيقة. إنها كفاءة أسلوب الحياة، حيث توفر الطاقة دون المساس بجودة الهواء.
وفي نهاية المطاف، يعود القرار إلى الكفاءة المالية. يجب علينا أن نتجاوز معدلات حرق الوقود إلى التكلفة الإجمالية للملكية (TCO).
غالبًا ما يكون سعر شراء مولدات الغاز الطبيعي أقل لكل كيلووات مقارنةً بوحدات الديزل المتوافقة مع المستوى 4. تعتبر تقنية المحرك أبسط (يتم إشعالها بالشرارة بدلاً من إشعالها بالضغط باستخدام معدات انبعاثات معقدة)، وليست هناك حاجة لشراء خزان وقود أساسي فرعي ضخم.
في حين أن وحدات الغاز الطبيعي تحرق أكبر كمية من الوقود، فإن تكلفة الغاز الطبيعي غالبا ما تكون أقل تاريخيا وأكثر استقرارا من أسعار الديزل. يتم تنظيم أسعار المرافق وتميل إلى التقلب بشكل أقل عنفًا من أسعار ضخ الديزل أثناء الأزمات الجيوسياسية. حتى لو قمت بحرق كمية أكبر من الوقود بنسبة 20%، وإذا كان هذا الوقود أرخص بنسبة 30% لكل وحدة طاقة، فستظل في المقدمة من الناحية المالية.
عند حساب التكلفة الإجمالية للملكية للديزل، يجب عليك إضافة التكاليف المخفية:
خدمات تلميع الوقود السنوية لإزالة المياه والرواسب.
تكلفة مثبتات الوقود والمبيدات الحيوية.
رسوم التوصيل الإضافية في حالات الطوارئ، والتي يمكن أن تضاعف تكلفة الديزل ثلاث مرات أثناء حدوث العواصف.
تنظيف الخزان واستبدال الخزان في نهاية المطاف بسبب التآكل.
بالنسبة لأوقات التشغيل التي تقل عن 100 ساعة سنويًا - وهو أمر نموذجي بالنسبة لمعظم التطبيقات الاحتياطية - فإن الكفاءة الحرارية المنخفضة للغاز الطبيعي لا تذكر من الناحية المالية. إن مبلغ الـ 50 دولارًا أو 100 دولار الإضافي الذي يتم إنفاقه على الغاز أقل بكثير من تكلفة خدمة تلميع خزان الديزل الواحد. يفوز الغاز الطبيعي بالتكلفة الإجمالية للملكية للاستخدام في وضع الاستعداد.
مولدات الغاز الطبيعي ليست الأكثر كفاءة من حيث الفيزياء أو تحويل وحدة حرارية بريطانية. إنهم ببساطة لا يستطيعون مطابقة كثافة الطاقة وكفاءة الضغط لمحرك الديزل. ومع ذلك، فهي غالبًا ما تكون الحل الأكثر كفاءة لاستمرارية الأعمال وراحة البال السكنية.
تكمن كفاءة الغاز الطبيعي في مدة تشغيله اللانهائية، ونقص الخدمات اللوجستية للتزود بالوقود، والتشغيل الأنظف. أنت تتاجر بالاقتصاد في استهلاك الوقود الخام للحصول على موثوقية عالية وصيانة منخفضة.
إطار القرار النهائي:
اختر الديزل إذا: كنت خارج الشبكة، أو تستخدم طاقة أساسية (تشغيل على مدار 24 ساعة طوال أيام الأسبوع)، أو تحتاج إلى قدرة بدء تحميل كتلة ضخمة للمحركات الصناعية الثقيلة.
اختر الغاز الطبيعي إذا: كنت في منطقة متصلة بالشبكة، وتقدر قيمة الصيانة المنخفضة، وتعطي الأولوية لوقت التشغيل اللانهائي على الاقتصاد في استهلاك الوقود الخام.
يجب أن تكون خطوتك التالية هي إجراء حساب حمل دقيق. إن تجنب الحجم الزائد هو الطريقة الأكثر فعالية لتحسين كفاءة نظامك، بغض النظر عن نوع الوقود الذي تختاره.
ج: ينتج مولد الغاز الطبيعي السكني النموذجي ما يقرب من 1 كيلووات ساعة من الكهرباء لكل 10 إلى 15 قدم مكعب من الغاز الطبيعي المستهلك. تختلف هذه الكفاءة بشكل كبير حسب الحمل. عادةً ما يؤدي تشغيل المولد بالقرب من سعته المقدرة (50-80%) إلى كفاءة أفضل في استهلاك الوقود مقارنة بتشغيله في وضع الخمول أو بأحمال منخفضة جدًا.
ج: بشكل عام، نعم. في حين أن الغاز الطبيعي أقل كثافة من حيث الطاقة من البنزين، فإن تكلفة كل وحدة حرارية بريطانية عادة ما تكون أقل عند شرائه من خلال خطوط المرافق مقارنة بأسعار ضخ البنزين. بالإضافة إلى ذلك، يمكنك تجنب التكاليف والمخاطر المرتبطة بنقل وتثبيت البنزين. كما أن سهولة العرض المستمر تلغي رسوم التسليم في حالات الطوارئ.
ج: نعم، باستخدام مجموعة تحويل الوقود الثلاثي، ولكن هناك مقايضة. يتمتع الغاز الطبيعي بكثافة طاقة أقل من البنزين، لذلك من المحتمل أن يفقد المولد الخاص بك حوالي 15% إلى 20% من إنتاج الطاقة المقدرة. مولد البنزين بقدرة 5000 واط قد ينتج 4000 واط فقط على الغاز الطبيعي. كما أن تحويلات ما بعد البيع قد تؤدي إلى إبطال ضمان الشركة المصنعة.
ج: يجب أن تعمل المولدات القياسية بسرعة ثابتة (عادةً 3600 دورة في الدقيقة) لإنتاج التردد الصحيح البالغ 60 هرتز لمنزلك. حتى في حالة عدم التحميل، يستهلك المحرك الوقود للتغلب على الاحتكاك الداخلي، وتدوير دوار المولد الثقيل، وتشغيل مراوح التبريد. يعد حرق الوقود بدون تحميل بمثابة تكلفة تشغيل ثابتة للمولدات المتزامنة.
