Расход топлива генераторов

Расход топлива генератора -казалось бы одна из ключевых характеристик выбора, и едва ли не главный аргумент в борьбе различных моделей. Так ли это? Разберем основательно.

1. Привычное понятие "расход топлива" у автомобилей

Для автомобилей главная задача - перемещаться с грузом или пассажирами на дальние расстояния. По этой причине каждый знаком с понятием "расход топлива на 100 км". Эта цифра характеризует - сколько денег придется оставить на заправке, чтобы уехать на определенное расстояние. Но не все так просто. Производители авто всегда оговаривают что это "средняя цифра при средней нагрузке". Очевидно, что на одном и том же автомобиле можно увидеть очень разное потребление топлива если прокатиться 5 км по ровной дороге и забраться те же 5 км с полным салоном пассажиров вверх на горный хребет. Так работает закон сохранения энергии - чтобы выполнить определенную работу, нужно потратить определенное количество топлива. Соотношение выработанной энергии вращения вала к потраченному топливу для двигателей называют Коэффициент Полезного Действия – сокращенно КПД. Для современных двигателей внутреннего сгорания КПД близок к 40-45%. То есть 40% энергии топлива преобразуется в силу с которой крутится вал двигателя, остальные 60% – в нагрев корпуса двигателя (радиатора охлаждения) и уходит с горячими выхлопными газами. Это справедливо с небольшой разницей для любых поршневых двигателей. Однако дешевые одноцилиндровые модели двигателей с воздушным охлаждением имеют КПД немого ниже, из-за технических упрощений и неточностей изготовления.

2. Расход топлива у генераторов.

Для электрогенераторов, источником энергии которых является двигатель внутреннего сгорания, справедливы те же цифры - приблизительно 40% энергии топлива преобразуется в электроэнергию. Расход топлива при этом меняется автоматически - двигатели генераторов всего лишь поддерживают постоянные обороты. При подключении нагрузки, ток текущий про обмоткам электрогенератора своим магнитным полем старается затормозить - "зажать" вал двигателя. Обороты начинают падать, и регулятор добавляет топлива - поворачивая дроссельную заслонку на бензиновых моделях или сдвигая плунжер топливного насоса в сторону большего рабочего хода на дизельных двигателях. Топлива в цилиндр подается больше. При отключении нагрузки - двигателю становится легче, и он начинает разгоняться. Автоматический регулятор оборотов тут же уменьшает подачу топлива, чтобы скорость вращения оставалась постоянной. Таким образом в каждый момент времени двигатель генератора расходует топливо прямо пропорционально подключенной нагрузке.

Регулятор оборотов бензогенератора.

3. Реальный расход топлива.

Из пункта №2 мы выяснили что единственной правильной единицей измерения расхода топлива генераторов является количество топлива, потраченное на 1 кВтч выработанной электроэнергии. Именно этот параметр указывают в описаниях серьезные производители промышленных генераторов - например Caterpillar или Cummins. При схожем КПД всех двигателей на одном виде топлива эта цифра почти одинакова у любого генератора. Так, для промышленных дизелей мощностью от 40 кВт, расход дизельного топлива составляет 0,25-0,28 литра на 1 кВт/ч выработанной электроэнергии. Не зависимо от мощности и модели генератора. То есть два разных генератора - мощностью 100 и 200 кВт снабжая одинаковую нагрузку 80 кВт потратят за час одно и то же количество топлива = 0,28*80=22,5 литра. Небольшие различия будут вызваны лишь тем, что генератору 200 кВт целый час пришлось крутить гораздо больший вентилятор охлаждения радиатора.

3. Расход и обороты - медленней значит дешевле?

Мы установили что мощность, выдаваемая двигателем прямо пропорциональна количеству топлива, сжигаемого в единицу времени. Но для сжигания этого топлива нужен воздух - причем строго отмеренное его количество (идеальную пропорцию топливо/воздух называют стехиометрической смесью) . А этот объем ограничен размерами цилиндра поршневого двигателя. Современная экономика диктует свои условия - кто предложит такую же мощность генератора, но с более маленьким/дешевым двигателем - тот и завоюет рынок. Так появились турбонагнетатели - турбина загоняет больше воздуха в те же цилиндры - значит можно сжечь больше топлива и получить больше мощности. Второй вариант - можно увеличить скорость вращения. Например, за одну секунду поршень может сделать не 25 ходов, а 50 - при этом за секунду можно сжечь в 2 раза больше топлива и такой двигатель в 2 раза мощнее при тех же габаритах. (вспомните китайские скутеры- в них маленький двигатель в 50 кубических сантиметров раскручивается до 5000 оборотов в минуту) Разумеется, сократится моторесурс - металл стирается каждый ход поршня. В генераторном применении это звучит так: двигатели бытовых и резервных генераторов с мощностью до 15-20 кВт крутятся со скоростью 3000 оборотов/минуту (в маленьких инверторных бензогенераторах разгоняются и выше, чтобы выдать нужную мощность), это позволяет строить генераторы на меньших по размеру моторах, а значит делать их дешевле, однако ресурс таких двигателей меньше. Двигатели промышленных дизелей, рассчитанные на долгую непрерывную работу - вращаются со скоростью 1500 оборотов/минуту. При этом промышленные дизели в 2 раза больше/дороже, чем бытовые генераторы такой же мощности. Ну а на флоте используют двигатели 750 и 500 оборотов/минуту. Они огромны по размерам, но работают годами. Однако количество топлива, необходимое для питания одной и той же нагрузки (например, 5 кВт) никак не зависит от скорости вращения двигателя - только от КПД. Именно по этой причине рассказы о колоссальной экономии топлива инверторных генераторов, снижающих обороты при уменьшении нагрузки - являются противоречием закона сохранения энергии.

4. Что говорят про расход производители генераторов?

Иногда - лукавят. Это выгодно, так как позволяет писать "красивые цифры". Во-первых, расход топлива генераторов измеряют "в час". А ведь любому автолюбителю понятно, что за час работы двигатель машины на трассе и на стоянке перед домом тратит разный объём горючего. Но на этот счет у большинства производителей есть звездочка-сноска "при постоянной нагрузке 75% от номинальной мощности". Просто чтобы цифра расхода была меньше, введено понятие "средняя мощность электрогенератора за час работы". И тут по прихоти этого производителя она принята за 75% от номинала (хотя мы встречали варианты и 80% и 50%).

5. А насколько важен расход топлива?

Зависит от продолжительности работы генератора. Безусловно важен для автономного электроснабжения удаленных объектов - там генераторы работают непрерывно годами, подвоз топлива дорог, и каждый литр ценен. А если генератор используется в центральной России в качестве резерва только при отключении основной сети?

Давайте посчитаем. Средний двухэтажный дом в Московской области. Мощность потребления от 1 кВт ночью до 6-7 кВт днем. Примем среднюю постоянную мощность 5 кВт. Генератор запускается раз в месяц на 5 часов - пока восстанавливают электроснабжение поселка. Общая наработка за год - 60 моточасов, выработано 300 кВтч электроэнергии., расход топлива около 84 литров за год. Насколько важна разница в расходе 3-4%? На 3,5 литра в год, что не окупает завышенную цену "суперэкономных" моделей. Тут же можно рассмотреть и вопрос про часто запрашиваемые у нас газовые генераторы. По закону если газовый генератор планируется подключить к общей газовой магистрали, то в дальнейшем необходимо зарегистрировать установленное оборудование в газовой службе, предварительно согласовав проект на добавление еще одного потребителя к уже имеющимся, к примеру, плите и отопительному котлу, определив мощность газогенератора исходя из расчетной пропускной способности счетчика. Так же владельцы газовых генераторов по закону РФ не имеют права самостоятельно обслуживать оборудование, подключенное к газовым магистралям. Для проведения ТО им необходимо заключить договор с сертифицированным сервисным центром. Таким образом установка газового генератора в случае соблюдения норм может свести всю экономию на топливе на нет на многие годы эксплуатации такого оборудования.

Резюме:

• Расход топлива зависит от подключенной нагрузки и прямо пропорционален ей.
• Изменение оборотов двигателя инверторных генераторов влияет только на его моторесурс, расход на 1 кВтч меняется незначительно.
• Для резервных генераторов расход топлива не главный фактор выбора.