ディーゼル発電機

ディーゼル発電機 （ ディーゼル発電機とも呼ばれます）は、電気エネルギーを生成するために、ディーゼルエンジンと発電機（オルタネーター）を組み合わせたものです。これは、エンジン発電機の特定のケースです。ディーゼル圧縮点火エンジンは通常、ディーゼル燃料で作動するように設計されていますが、一部のタイプは他の液体燃料または天然ガスに適合しています。

ディーゼル発電セットは、送電網に接続されていない場所で、または送電網に障害が発生した場合の非常用電源として、またピークロッピング、送電網のサポート、送電網へのエクスポートなどのより複雑なアプリケーションに使用されます。

低負荷または電力不足を回避するには、ディーゼル発電機の適切なサイズ設定が重要です。サイジングは、最新の電子機器の特性、特に非線形負荷によって複雑になります。サイズ範囲が50 MW以上の場合、オープンサイクルガスタービンは、ディーゼルエンジンの配列よりも全負荷で効率的であり、同等の資本コストではるかにコンパクトです。しかし、通常の部分負荷では、これらの出力レベルでも、効率が優れているため、ディーゼルアレイがオープンサイクルガスタービンよりも優先される場合があります。

ディーゼル発電機セット

ディーゼルエンジン、発電機、およびさまざまな補助装置（ベース、キャノピー、音響減衰、制御システム、回路ブレーカー、ジャケット給湯器、始動システムなど）のパッケージ化された組み合わせは、「発電セット」または「発電機セット」と呼ばれます。「略して。

家庭、小さな店、オフィス向けのセットサイズは8〜30 kW（8〜30 kVA単相）で、大規模オフィスで使用される8 kW（11 kVA）〜2,000 kW（2,500 kVA 3相）の大型産業用発電機複合体、工場。 2,000 kWのセットは、燃料タンク、制御装置、配電設備、およびスタンドアロンの発電所として、またはグリッド電力のスタンバイバックアップとして動作するために必要な他のすべての設備を備えた40フィート（12 m）ISOコンテナに収容できます。パワーモジュールと呼ばれるこれらのユニットは、重量が85,000ポンド（38,555 kg）以上の大型トリプルアクスルトレーラーの発電機です。これらのモジュールの組み合わせは、小規模な発電所に使用され、電力セクションごとに1〜20ユニットを使用でき、これらのセクションを組み合わせて数百の電力モジュールを使用できます。これらの大きなサイズでは、パワーモジュール（エンジンと発電機）は別々にトレーラーで現場に運ばれ、大きなケーブルと制御ケーブルで接続されて、完全に同期した発電所を形成します。オートスタートとメインの並列接続用のコントロールパネル、固定またはモバイルアプリケーション用の音響キャノピー、換気装置、燃料供給システム、排気システムなど、特定のニーズに合わせた多数のオプションもあります。

ディーゼル発電機は、非常用電力用だけでなく、ピーク時または大型発電機が不足している期間に電力網に電力を供給するという二次機能を持つ場合があります。英国では、このプログラムは国によって運営されています。グリッドであり、STORと呼ばれます。

船はしばしばディーゼル発電機も使用し、時にはライト、ファン、ウインチなどに補助動力を提供するだけでなく、主推進のために間接的にも使用します。電気推進により、発電機を便利な位置に配置して、より多くの貨物を運ぶことができます。船舶用の電気駆動装置は、第一次世界大戦前に開発されました。電気駆動装置は、第二次世界大戦中に建造された多くの軍艦で指定されました。電気駆動装置の製造能力と比較して、大型減速機の製造能力が不足していたためです。そのようなディーゼル電気装置は、鉄道機関車などの非常に大きな陸上車両でも使用されています。

発電機サイズ

発電セットは、供給しようとする電気負荷、kW、kVA、var、高調波成分、サージ電流（モータ起動電流など）、非線形負荷などの電気負荷の特性に基づいて選択されます。予想される義務（緊急、プライム、連続電力など）および環境条件（高度、温度、排気ガス規制など）も考慮する必要があります。

大手発電機メーカーのほとんどは、サイトの条件と接続された電気負荷特性を入力するだけで、複雑なサイズ計算を実行するソフトウェアを提供しています。

発電所-電気「島」モード

送電網に接続せずに動作する1つまたは複数のディーゼル発電機は、アイランドモードでの動作と呼ばれます。発電機を並列運転すると冗長性の利点が得られ、部分負荷での効率が向上します。発電所は発電機セットをオンラインにし、所定の時間にシステムの要求に応じてオフラインにします。孤立したコミュニティの一次電源を目的とした単独発電所には、多くの場合、少なくとも3台のディーゼル発電機があり、そのうち2台は必要な負荷に耐えることができます。最大20のグループは珍しくありません。

ジェネレーターは、同期プロセスを介して電気的に接続できます。同期では、発電機をシステムに接続する前に、電圧、周波数、位相を一致させる必要があります。接続する前に同期しないと、高い短絡電流が発生したり、発電機またはその開閉装置が摩耗したりする可能性があります。同期プロセスは、自動シンクロナイザーモジュールによって自動的に実行されるか、指示されたオペレーターによって手動で実行されます。自動シンクロナイザーは、ジェネレーターとバスバー電圧から電圧、周波数、位相パラメーターを読み取り、エンジンガバナーまたはECM（エンジン制御モジュール）を介して速度を調整します。

ロードシェアリングにより、並列実行ジェネレーター間でロードを共有できます。負荷分散は、発電機の周波数で制御されるドループ速度制御を使用することで実現できますが、エンジンの燃料制御を絶えず調整して、残りの動力源との間で負荷を切り替えます。ディーゼル発電機は、燃焼システムへの燃料供給が増加すると負荷が増加し、燃料供給が減少すると負荷が解放されます。

メインユーティリティグリッドのサポート

停電時の電源としてのよく知られた役割に加えて、ディーゼル発電機セットは、2つの異なる方法で世界中の主要な送電網を日常的にサポートしています。

グリッドのサポート

病院や水場で使用されるような非常用待機ディーゼル発電機は、二次機能として、米国および最近では英国で広く使用されており、さまざまな理由でそれぞれの国のグリッドをサポートしています。。英国では、短期運用準備金として知られる入札は非常に変動する価格を示しており、2012年以降、主にオンサイトディーゼルの使用を伴う需要サイドの参加量は、入札価格の下落に伴い低下しています。約0.5 GWeのディーゼルが、ピーク電力が約60 GWのNational Gridをサポートするために時々使用されています。これらは、サイズ範囲が200 kW〜2 MWのセットです。これは通常、たとえば、従来の660 MWの大型プラントの突然の損失、または利用可能な通常の紡績予備力を侵食する電力需要の突然の予期せぬ上昇中に発生します。

これは双方にとって有益です-ディーゼルは他の理由ですでに購入されています。ただし、信頼性を確保するには、完全な負荷テストが必要です。グリッドの並列化は、これを行う便利な方法です。この操作方法は、通常、ジェネレーターの操作とシステムオペレーターとのやり取りを管理するサードパーティのアグリゲーターによって行われます。

これらのディーゼルは、場合によっては2分ほどで並行して稼働し、サイトに影響を与えません（オフィスや工場をシャットダウンする必要はありません）。これは、寒冷から12時間かかるベースロード発電所よりもはるかに速く、数分かかるガスタービンよりも高速です。ディーゼルは燃料の点では非常に高価ですが、この任務では年間数百時間しか使用されず、その可用性により、部分負荷で連続的に非効率的に動作するベースロードステーションの必要性を防ぐことができます。使用されるディーゼル燃料は、とにかくテストで使用されるはずの燃料です。

英国では、ナショナルグリッドは一般に、予想されるピーク時の国内需要の時期に年間約10〜40時間、自家配送されるバックアップディーゼルによる顧客需要の約2 GWの削減に依存できます。ナショナルグリッドはこれらのディーゼルを制御していません-国内需要の3時間半で、各サイトの消費時にのみ徴収されるシステム（TNUoS）料金の「トライアド」伝送ネットワーク使用を避けるために、お客様が運営しています。ピーク時の国内需要の3時間半（「トライアド」期間）がいつになるかは事前にはわからないため、顧客はディーゼルをわずか3時間以上、年間30時間以上運転する必要があります。

英国で確実に動作可能なスタンバイ世代の総容量は約20 GWと推定され、そのほとんどはディーゼルエンジンによって駆動されます。これは、英国のシステムピークのほぼ29％に相当しますが、同時に発生するのはごくわずかな部分にすぎません。ほとんどのプラントは、大規模オフィスブロック、病院、スーパーマーケット、および空港などの継続的な電力が重要なさまざまな設備向けです。そのため、ほとんどは都市部、特に都市部と商業の中心地にあります。プラントの約10％は1 MWを超え、約50％は200 kW〜1 MWの範囲にあり、残りの40％は200 kW未満であると推定されます。成長しているものの、ピークロッピングに定期的に使用されるのはごくわずかな割合であると考えられており、その大半はスタンバイ世代のみに使用されています。この段落の情報は、政府のレポートのセクション6.9「配電網をサポートするための組み込み世代のスケジューリングに対する障壁の克服」から得られたものです。

英国では、風力発電所などの再生可能エネルギー源からの変動する出力のバランスをとるために、ディーゼル発電機のバンク（「ディーゼルファーム」として知られる）の使用が増加しています。

英国の短期運用準備金と同様のシステムがフランスで運用されています。 EJPとして知られています。送電網のストレス時には、特別料金により、少なくとも5 GWのディーゼル発電セットが利用可能になります。この場合、ディーゼルの主な機能は、グリッドに電力を供給することです。

電力網と同期した通常運転中、発電所は5％のドループ速度制御で管理されます。これは、最大負荷速度が100％、無負荷速度が105％であることを意味します。これは、発電所の狩猟や脱落のないネットの安定した動作に必要です。通常、速度の変化はわずかです。出力の調整は、遠心ガバナのスプリング圧を上げてドループ曲線をゆっくりと上げることで行われます。一般的に、これはすべての発電所の基本的なシステム要件です。古いプラントと新しいプラントは、外部の通信に依存することなく、周波数の瞬間的な変化に対応する必要があるためです。

発電コスト

典型的な運用コスト

燃料消費は、ディーゼル発電所の所有および運用用途のコストの主要部分であり、資本コストはバックアップ発電機の主な関心事です。特定の消費量は異なりますが、現代のディーゼルプラントはほぼ最適な65〜70％の負荷で、1リットルあたり少なくとも3 kWh（約30％の燃料効率比）を生成します。

発電機のサイズと評価

格付け

発電機は、必要な予想電力を確実に損傷なしで提供する必要があります。これは、メーカーが特定の発電機セットモデルに1つ以上の定格を与えることによって達成されます。スタンバイ発電機として動作する発電機の特定のモデルは、年間数時間だけ動作する必要がある場合がありますが、主要な発電機として動作する同じモデルは継続的に動作する必要があります。実行中、スタンバイ発電機は指定された-例えば予想される短い実行時間で許容できる10％の過負荷で動作する場合があります。同じモデルジェネレーターは、連続勤務の場合よりもスタンバイサービスの場合の方が高い評価を持ちます。製造業者は、国際的に合意された定義に基づいて各セットに評価を与えます。

これらの標準定格の定義は、メーカー間の有効な比較を可能にし、メーカーがマシンを誤って評価するのを防ぎ、設計者をガイドするように設計されています。

発電機定格の定義

通常の停電中に非常用電源を供給する場合の適用に基づくスタンバイ定格 。この評価では、持続的な過負荷機能は利用できません。（ISO3046、AS2789、DIN6271、およびBS5514に準拠した燃料停止電力に相当）。公称定格。

典型的な用途-病院、オフィス、工場などの非常用発電所。グリッドに接続されていません。

プライム（無制限の実行時間）評価：建設電力アプリケーションには使用しないでください。無制限の時間、さまざまな負荷で利用可能な出力。典型的なピーク需要は、12で最大1時間の緊急使用のための10％の過負荷能力を備えたプライム定格ekWの100％です。10％の過負荷能力は限られた時間で利用可能です。（ISO8528に準拠したPrime PowerおよびISO3046、AS2789、DIN6271、およびBS5514に準拠した過負荷電力に相当）。この評価は、すべての発電機モデルに適用されるわけではありません。

典型的な用途-発電機が、たとえば遠隔地の採掘または建設現場、見本市会場、フェスティバルなどの唯一の動力源である場合

ベース負荷（連続）定格に基づいて 、無制限の時間にわたって最大出力定格までの一定負荷に連続的に電力を供給するのに適しています。この評価では、持続的な過負荷機能は利用できません。評価については、正規代理店にお問い合わせください。（ISO8528、ISO3046、AS2789、DIN6271、およびBS5514に準拠した連続電力に相当）。この評価は、すべての発電機モデルに適用されるわけではありません

典型的なアプリケーション-連続的に変化しない負荷を実行する、または主電源と並列に接続され、年間最大許容レベルである8,760時間で連続的に電力を供給する発電機。これは、年間200時間程度しか発生しない場合でも、ピークシェービング/グリッドサポートに使用されるセットにも適用されます。

例として、特定のセットでスタンバイ定格が1000 kWの場合、プライム電力定格は850 kW、連続定格は800 kWになる可能性があります。ただし、これらの評価はメーカーによって異なるため、メーカーのデータシートから取得する必要があります。

多くの場合、セットにはデータプレートに3つすべての評価が刻印されていますが、スタンバイ評価またはプライム評価のみがある場合もあります。

サイジング

ただし、通常は、接続する必要がある最大負荷のサイズと、許容される最大電圧降下が設定サイズを決定し、定格自体ではありません。モーターを始動するためにセットが必要な場合、セットは通常最初に始動される最大モーターの少なくとも3倍である必要があります。これは、選択されたセットの定格に近い場所で動作する可能性が低いことを意味します。

多くの発電セットメーカーは、任意の負荷の組み合わせに対して適切なセットの選択を可能にするソフトウェアプログラムを持っています。サイジングは、サイトの条件と、発電機セットから電力を供給されるアプライアンス、機器、およびデバイスのタイプに基づいています。

発電機の定格とサイジングでは、ディーゼル発電機の仕様がさらに多くありますので、貴重な知識を追加するために読んで解釈してください。

燃料

ディーゼル燃料はディーゼルエンジンにちなんで名付けられ、その逆ではありません。ディーゼルエンジンは単なる圧縮点火エンジンであり、構成と場所に応じて、さまざまな異なる燃料で動作できます。ガスグリッド接続が利用可能な場合、ほとんどすべての停電中にガスグリッドが加圧されたままになるため、ガスがよく使用されます。これは、吸気にガスを導入し、点火に少量のディーゼル燃料を使用することで実現されます。 100％ディーゼル燃料運転への転換は瞬時に達成できます。

より田舎の状況では、または低負荷率のプラントでは、原油由来のディーゼル燃料が一般的な燃料です。重いオイルよりも凍結する可能性は低くなります。耐久力はタンクのサイズによって制限されます。ディーゼルエンジンは、室温でラードのようなものです安い残留燃料にディーゼル油から燃料油に天然ガス、アルコール、ガソリン、木材ガスから、原油留分の完全なスペクトルで動作することができ、そしてそれらを有効にするために加熱しなければなりません燃料ラインを流れます。

大型エンジン（約3 MWeから30 MWe）では、精製プロセスの終了時に発生する、本質的にタールである重油を使用する場合があります。燃料油を加熱して流動させ、燃料の過熱に起因する火災のリスクを軽減するというわずかな追加の複雑さにより、これらの燃料は、小規模で、多くの場合無人の発電所に人気がなくなります。

他の可能な燃料には、バイオディーゼル、ストレート植物油、動物性脂肪および獣脂、グリセリン、石炭水スラリーが含まれます。これらは注意して使用する必要があり、構成のため、通常はエンジンの寿命に悪影響を及ぼします。