Автотранспортные предприятия (АТП) – это организации, осуществляющие коммерческие перевозки автомобильным транспортом, а также хранением, техническим обслуживанием и ремонтом (ТОиР) подвижного состава.
По роду выполняемых работ АТП занимаются грузовыми, пассажирскими, грузопассажирскими и специальными перевозками. К специальным перевозкам можно отнести скорую помощь, службы коммунального обслуживания и т.д.
По организации производственной деятельности АТП классифицируются на автобазы, автоколонны (автоотряды), автокомбинаты, автопарки, гаражи и т.д.
Автобаза это, как правило, вспомогательное подразделение, входящее в состав крупного производственного предприятия или организации.
Автоколонна (автоотряд) – это группа автомобилей, паркующаяся отдельно от основного АТП.
Автокомбинат – комплексное АТП с большим числом автомобилей (несколько сотен), состоящее из основного предприятия и нескольких филиалов, расположенных в районах перевозок.
Автопарк – АТП со стоянкой и ТОиР автотранспорта для пассажирских перевозок общего назначения (н-р, таксопарк).
Гараж – место стоянки и ограниченного ремонта автотранспорта. Например, гараж особого назначения (ГОН).
АТП состоит из администрации и основных служб:
- эксплуатационной – организация и перевозка грузов и (или) пассажиров;
- технической – обеспечение технической готовности автотранспорта к работе;
- обслуживающей – обеспечение АТП энергоресурсами, информацией, качества ТО и Р, уборка и охрана предприятия.
Техническая служба состоит из следующих подразделений:
- производственных цехов и участков (агрегатный, слесарно-механический, электротехнический, аккумуляторный, топливной аппаратуры, шиномонтажный, мойки и т.д.)
- зон (постов) текущего ремонта;
-зон (постов) технического обслуживания.
Рассмотрим классификацию автопредприятий, которая представлена на рис. 1.
К научным и учебным организациям автотранспорта относятся научно-исследовательские институты (н-р, НАМИ - научный автомоторный институт)и автомобильные ВУЗы и техникумы (колледжи).
Рис.1. Классификация автопредприятий.
Электрооборудование АТП – составная часть энергетической составляющей любого производства.
Энергетика является ключевой отраслью, определяющей уровень экономического и социального прогресса человечества.
В 21 веке уточнена концепция развития энергетики, которая строится на 3-х постулатах – энергосбережение, энергоэффективность и экологическая безопасность.
Энергетика настоящего и будущего должна решать 3 глобальные задачи:
1. Экономное потребление невозобновляемых энергоресурсов (углеводородное сырье).
2. Эффективное использование энергии за счет уменьшения потерь в процессе генерации, трансформации, передачи и потребления.
3. Увеличение доли использования возобновляемых (альтернативных) энергоресурсов и стимулирование поиска новых источников энергии (н-р, инвестиции в развитие водородной энергетики в США).
При решении глобальных задач необходимо минимизировать риск, защищать окружающую среду и обеспечивать устойчивое развитие человечества.
Прежде чем перейти к электрооборудованию АТП сначала рассмотрим способы генерации (получения) электрической энергии (электроэнергии).
Развитие электроэнергетики началось в Советском Союзе с принятием в 20 годах 20 века стратегического плана ГОЭРЛО (Государственная электрификация России). В соответствии с этим планов в стране развернулось массовое строительство электростанций.
В России и в большинстве стран мира для выработки электроэнергии применяется следующая схема.
Электроэнергия вырабатывается в основном с помощью трехфазных электрических машин переменного тока – генераторов. Вал генератора приводится во вращение за счет сжигания полезных ископаемых (уголь, нефть, газ, торф и т.д.), энергии воды рек, прилива, ветра, выделяющийся теплоты от деления радиоактивных элементов, солнечной энергии. Электростанции соответственно называются тепловыми, гидро-, приливными и ветроэлектростанциями, атомными и солнечными.
На одной электростанции устанавливаются несколько генераторов, которые работают в синхронном режиме.
Выработанная электроэнергия передается на большие растояния с помощью линий электропередач (ЛЭП). На пути ЛЭП устанавливаются транформаторы, в которых значение напряжения изменяется по величине. К потребителям электроэнергия приводится с параметрами соответствующими принятому стандарту. В большинстве стран мира используется переменное трехфазное напряжение 380В с выведенной нейтралью и частотой 50 Гц. Разброс значения питающего напряжения установлен допуском +10%, -20%.
На рис. 2 показана схема передачи электроэнергии от электростанции до удаленного потребителя.
Рис. 2. Схема передачи электроэнергии от электростанции до удаленного потребителя.
Для повышения передаваемой мощности на ЛЭП большой протяженности увеличивают напряжение, хотя потери электроэнергии возрастают.
Для получения тепловой энергии используются котельные схемы (например, Северная ТЭЦ), в которых газом нагревается теплоноситель (вода), который с помощью насосов по трубам подается потребителям.
При выработки электроэнергии может выделяться теплота как побочный продукт, которая может утилизироваться потребителями, которые располагаются неподалеку.
На мобильных объектах (корабли, суда, автомобили) используются автономные электростанции. Например, на судах имеются несколько дизель - генераторных и валогенераторных установок, в которых первичным двигателем является дизельный двигатель или главный судовой двигатель. На судах рыбопромыслового флота России используется береговой стандарт электроэнергии с изолированной нейтралью.
На автотранспортных средствах используются электрические сети постоянного тока с напряжением 12, 24 или 36 В.
Из-за разрушения СССР в течение 15-20 лет энергетика, как и другие отрасли народного хозяйства, практически не развивалась.
Естественно, износ систем централизованного электро и теплоснабжения в России становится критическим, продолжается рост тарифов на электрическую и тепловую энергию.
В этих условиях альтернативой служит применение решений в области малой энергетики как разумное дополнение централизованного энергоснабжения.
Рассмотрим современные схемы автономного электрического и теплового снабжения предприятий и жилых районов, которые уже применяются в некоторых странах.
Данная схема получила свое развитие благодаря открытию крупных газовых месторождений и экономически является обоснованной на данном уровне развития науки, техники и технологии.
Сущность данной схемы заключается в следующем. К месту потребления электрической энергии и теплоты подводится природный газ. Для группы объектов устанавливается газопоршневая электро- и тепловая станция. Газопоршневой двигатель (ГПД) на данный момент является самым экономически целесообразным. Процесс выработки электрической и тепловой энергии называется когенерацией. А если вырабатывается еще и холод, то – тригенерацией.
На валу ГПД устанавливается трехфазный генератор с напряжением 400 В, 50 Гц. Теплота, выделяемая при работе ГПД и выхлопных газов, утилизируется и поступает на обогрев помещений и на хозяйственные нужды. Наращивание электрической мощности осуществляется простым тиражированием агрегатов. Все агрегаты синхронизированы и могут подключаться к внешней сети.
В таблице 1 показаны технические характеристики разных генераторных установок мощностью 800 – 900 кВт.
Таблица 1
| Наименование | КУ с газопоршневыми установками JMS 320 GS N.LC | КУ с дизельными установками P 1000 | КУ с газотурбинными установками ГТЭ 0,9 |
| Мощность, кВт | |||
| Стоимость 1 кВт установленной мощности* | 16 240 | 5 796 | 15 680 |
| Моторесурс до капитального ремонта, ч | 60 000 | 25 000 | 25 000 |
| Расход топлива | 191 м3/ч | 226 м3/ч | 320 м3/ч |
| Расход масла, кг/ч | 0,3 | 1,8 | 0,2 |
| Годовые эксплуатационные затраты, руб.** | 1 960 000 | 15 400 000 | 2 800 000 |
| Себестоимость кВтч, руб. | 0,23 | 2,14 | 0,4 |
* Стоимость комплекта оборудования: двигатель, генератор, система утилизации.
** Затраты без учета стоимости договора на сервисное обслуживание.
Для сравнения стоимость электроэнергии для населения Калининграда на 10 сентября 2010 г. составляет 2,47 руб./кВт*час.
По уровню выбросов вредных веществ газопоршневые двигатели удовлетворяют самым жёстким европейским стандартам.
При этом стоимость 1 кВт установленной мощности западных образцов КУ с газопоршневым двигателем соизмерима с отечественными КУ с газотурбинным двигателем.
Себестоимость электроэнергии, выработанной КУ с газопоршневым двигателем в 9 раз меньше себестоимости электроэнергии, выработанной КУ с дизель-генератором, в 1.7 раз меньше себестоимости электроэнергии выработанной КУ с газотурбинным двигателем и на 55 % ниже цены электроэнергии, предлагаемой централизованными системами.
Основным недостатком этих систем является ограниченная единичная мощность установки (до 5 МВт).
У КУ с газотурбинным двигателем значительно выше расход топлива, меньше моторесурс. Газ к турбине должен подаваться под давлением ~ 12 - 15 бар, а это дополнительные капиталовложения, расход энергии и стоимость технического обслуживания. Кроме того, газовая турбина начинает терять мощность при температуре окружающего воздуха выше 150С.
Стоимость КУ с дизельным двигателем в 2-2,5 раза ниже стоимости КУ с газопоршневыми и газотурбинными двигателями, но высокие эксплуатационные затраты делают работу КУ с дизель-генератором экономически неэффективной.
Для того чтобы правильно выбрать мощность установки, необходимо проанализировать годовое потребление тепловой и электрической энергии. КУ должна покрывать 50% - 70% от максимальной ежегодной потребности тепловой энергии, а остальные 30% - 50% целесообразно обеспечить водогрейным котлом. КУ должна наработать в год не менее 4000 часов.
Полный экономический анализ применения КУ требует детальной инженерной проработки. Должен быть выполнен сравнительный анализ технических и экономических параметров установки, определён состав КУ с учётом требований заказчика.
По своим технико-экономическим показателям КУ с газопоршневым двигателем превосходит сравниваемые образцы оборудования и является наиболее предпочтительной в системах автономного энергоснабжения.
Выпускаются газопоршневые и газодизельные двигатели.
Газопоршневой двигатель - это серийный газоискровой двигатель, работающий на 100% генераторном газе.
Газодизельный двигатель представляет собой модифицированный дизельный двигатель, работающий на генераторном газе и дизтопливе в качестве запального топлива. Удельный расход дизтоплива на номинальной мощности равен 60-62 г/кВтч, снижаясь при уменьшении нагрузки до 30-32 г/кВт при нагрузке менее 60%.
Сравнение работы классической и автономной схемы генерирования электроэнергии и теплоты приведено на рис. 3.
Рис. 3. Сравнение работы классической и автономной схемы генерирования электроэнергии и теплоты.
Любое производство электроэнергии, использующее технологию сжигания топлива, сопровождается выделением тепла. В газопоршневых агрегатах максимальный КПД по выработке электроэнергии составляет около 40%. Тепловой КПД таких установок составляет 40-45%. То есть полезно используется только половина высвобождаемой энергии, а другая половина уходит с теплом в окружающую среду.
Ситуация меняется, если использовать технологию когенерации и тригенерации. Когенерационная установка, одновременно с производством электроэнергии полезно утилизирует теплоту двигателя, производя горячую воду или пар. Это резко повышает общий КПД установки. В некоторых случаях он достигает 90%. Отношение электрической мощности к тепловой составляет 1:1,2.
Использование технологии тригенерации позволяет сохранить высокий КПД круглогодично. Например, летом отопление не требуется, но необходимо кондиционирование жилых помещений, офисов, больниц. В промышленности широко используется холодная вода и холод. Тригенерационная установка к производству электроэнергии и тепла добавляет еще и производство холода по абсорбционной технологии.
На рис. 4 показаны экономические показатели выработки электрической и тепловой энергии раздельно и одновременно.
Рис.4. Экономические показатели выработки электрической и тепловой энергии раздельно и одновременно.
Другим положительным моментом для использования газопоршневых установок является возможность установки нескольких агрегатов.
Секционирование когенераторных установок из нескольких блоков, позволяет достичь эффективности такой же, как и у большой установки, при этом получая ряд значительных преимуществ. Это точное управление мощностью (максимальный КПД достигается при загрузке на 100% – это значит, что при секционировании, в минимальные часы энергопотребления, есть возможность нагрузить часть блоков, а часть оставить в нерабочем состоянии). Это приводит к увеличению ресурса всей системы в целом.
Рассмотрим мини-ТЭС на газопоршневой установке, которая изображена на рис. 5.
Преимущества.
0. Возможность производства электрической и тепловой энергии за счет эффективного использования топлива с коэффициентом до 92%.
- Возможность размещения установки в непосредственной близости от потребителя;
- Высокая надежность – ресурс до 240 тыс. моточасов.
- Автоматизированная система управления с возможностью дистанционной диспетчеризации.
- Простота технического обслуживания.
- Переход электроснабжения объекта в первую категорию.
- Минимальные переделки существующих схем электроснабжения.
- Для вновь строящихся объектов стоимость выполнения ТУ выше, чем установка собственного источника электроэнергии.
Рис. 5. Мини-ТЭС на газопоршневой установке.
- Для реконструируемых котельных достаточно заменить один из котлов на газопоршневой агрегат для выработки электроэнергии для собственных нужд и близлежащих потребителей.
- Особо выгодно использовать мини-ТЭС в больших котельных, т.к. это позволяет производить профилактический ремонт котлов при сохранении отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования.
- Выработка электроэнергии на газопоршневых агрегатах себестоимостью до 0,5 руб.
- Окупаемость 3 – 6 лет. Для случая постоянного среднесуточного потребления электроэнергии (для котельных и предприятий с непрерывным технологическим процессом) срок окупаемости около двух лет.
Экономия.
0. Нет необходимости в строительстве подводящих кабельных линий электроснабжения и тепловых сетей.
- В совокупности выработка электрической и тепловой энергии экономит до 40% средств.
- Окупаемость строительства собственной мини-ТЭС на базе газопоршневых установок наступает быстрее чем окупаемость при подключение к сетям, обеспечивая тем самым быстрый и устойчивый возврат инвестиций.
- При принятии соответствующего закона, излишки электроэнергии можно реализовывать в существующие сети и получать прибыль.
Экология.
0. Экологическая безопасность;
- Низкий уровень вредных выбросов (СО и Nох) в атмосферу;
- Возможность снижения уровня выбросов Nох в два раза регулировкой двигателя (за счет незначительного снижения КПД на 1-2% и использованием катализатора);
- Низкий уровень шума – до 80 Дб.
Тригенерационная система.
Теплота, вырабатываемое газопоршневой мини-ТЭЦ, может быть использовано для получения охлаждённой до +5 – + 7° С воды. С этой целью в качестве тепловой нагрузки к мини-ТЭЦ подключается абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина (чиллер). Иногда такой комплекс называют «тригенерационной системой», т.к. одновременно вырабатываются электроэнергия, тепло и охлаждённая вода.
Вода, охлаждённая в абсорбционной машине, используется на технологические нужды или в системе кондиционирования объекта.
Использование тригенерационных систем особенно эффективно в летний период, когда существует избыток тепла, вырабатываемого мини-ТЭЦ. Обычно избыточное теплота выбрасывается в атмосферу с помощью системы принудительного охлаждения. Если это тепло направить в абсорбционную машину, то можно получить следующие преимущества:
1. Отпадёт необходимость в работе системы принудительного охлаждения мини-ТЭЦ, на которую расходуется часть производимой электроэнергии.
2. Будет получена охлаждённая вода для системы кондиционирования.
3. В зимнее время, когда в большом количестве охлаждённой воды нет надобности, абсорбционная машина может быть отключена. В этом случае всё тепло, вырабатываемое газопоршневой мини-ТЭЦ, будет направляться на отопление объекта.
4. Таким образом, совместное использование газопоршневых мини-ТЭЦ и абсорбционных холодильных машин позволяет на 100% использовать тепло, вырабатываемое мини-ТЭЦ.
5. Кроме того, в качестве электрической нагрузки к мини-ТЭЦ могут быть подключены обычные компрессорные холодильные установки. Это позволяет получать не только охлаждённую до +5 + 12° С воду, но и температуры ниже 0° С.
Некоторые альтернативные виды получения электрической энергии.
Топливные элементы.
Топливные элементы относятся к химическим источникам тока. Они осуществляют прямое превращение энергии топлива в электричество минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного "холодного" горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию.
Биохимики установили, что биологический водородно-кислородный топливный элемент "вмонтирован" в каждую живую клетку.
Источником водорода в организме служит пища — жиры, белки и углеводы. В желудке, кишечнике, клетках она в конечном счете раскладывается до мономеров, которые, в свою очередь, после ряда химических превращений дают водород, присоединенный к молекуле-носителю.
Кислород из воздуха попадает в кровь через легкие, соединяется с гемоглобином и разносится по всем тканям. Процесс соединения водорода с кислородом составляет основу биоэнергетики организма. Здесь, в мягких условиях (комнатная температура, нормальное давление, водная среда), химическая энергия с высоким КПД преобразуется в тепловую, механическую (движение мышц), электричество (электрический скат), свет (насекомые излучающие свет).
Человек в который раз повторил созданное природой устройство получения энергии. В то же время этот факт говорит о перспективности направления. Все процессы в природе очень рациональны, поэтому шаги по реальному использованию ТЭ вселяют надежду на энергетическое будущее.
Химическая реакция сжигания углерода имеет вид:
C + O2 = CO2 + тепло.
Горение — обмен электронов между атомами, а электрический ток — направленное движение электронов. Если в процессе химической реакции заставить электроны совершать работу, то температура процесса горения будет понижаться. В ТЭ электроны отбираются у реагирующих веществ на одном электроде, отдают свою энергию в виде электрического тока и присоединяются к реагирующим веществам на другом.
В ТЭ вместе сведены вместе три фазы физико-химической системы:
газ (топливо, окислитель);
электролит (проводник ионов);
металлический электрод (проводник электронов).
Сейчас применяются ТЭ 2 и 3 поколения.
Лучшими характеристиками обладают уже проектирующиеся модульные установки 2 поколения мощностью 5 МВт со среднетемпературными топливными элементами второго поколения. Они работают при температурах 650..700° С. Их аноды делают из спеченных частиц никеля и хрома, катоды — из спеченного и окисленного алюминия, а электролитом служит расплав смеси карбонатов лития и калия. Повышенная температура помогает решить две крупные электрохимические проблемы:
- снизить "отравляемость" катализатора окисью углерода;
- повысить эффективность процесса восстановления окислителя на катоде.
Еще эффективнее будут высокотемпературные топливные элементы третьего поколения с электролитом из твердых оксидов (в основном двуокиси циркония). Их рабочая температура —до 1000 С. КПД энергоустановок с такими ТЭ близок к 50%. Здесь в качестве топлива пригодны и продукты газификации твердого угля со значительным содержанием окиси углерода. Не менее важно, что сбросовое тепло высокотемпературных установок можно использовать для производства пара, приводящего в движение турбины электрогенераторов.
На рис. 6 показана схема электростанции на топливном элементе.
Рис. 6. Схема электростанции на топливном элементе.