Jak obciążenie agregatu wpływa na zużycie paliwa i stabilność pracy?

Obciążenie agregatu prądotwórczego wpływa równocześnie na spalanie, temperaturę pracy silnika oraz zdolność układu do utrzymania napięcia i częstotliwości po zmianie poboru mocy. Agregat pracujący niemal bez odbiorników nie jest automatycznie najbardziej ekonomiczny, a urządzenie eksploatowane blisko granicy swojej mocy ma niewielką rezerwę na nagły wzrost zapotrzebowania. Szczególnego znaczenia nabierają odbiorniki wyposażone w silniki elektryczne, ponieważ podczas rozruchu mogą chwilowo pobierać znacznie większy prąd niż w pracy ustalonej. Dlatego moc źródła warto dobierać do rzeczywistego profilu obciążenia, a nie wyłącznie do sumy wartości znamionowych urządzeń.

Jak obciążenie agregatu przekłada się na zużycie paliwa?

Wzrost obciążenia agregatu zwiększa godzinowe zużycie paliwa, ponieważ silnik musi dostarczyć większy moment obrotowy do napędu prądnicy. Zależność nie jest jednak liniowa, dlatego dwukrotny wzrost pobieranej mocy nie oznacza automatycznie dwukrotnego wzrostu spalania. Część energii jest potrzebna do utrzymania pracy samego silnika oraz pokrycia strat mechanicznych niezależnie od wielkości odbioru. Agregat pracujący z bardzo małym obciążeniem może więc zużywać relatywnie dużo paliwa w przeliczeniu na każdą wyprodukowaną kilowatogodzinę. Rzeczywiste wartości spalania trzeba zawsze odczytywać z dokumentacji konkretnego modelu. Zachowanie jednostki można analizować według kolejnych zakresów obciążenia:

• obciążenie około 25% – godzinowe spalanie pozostaje niższe niż przy dużym odbiorze, ale znaczący udział w zużyciu paliwa mają straty własne jednostki napędowej;
• obciążenie około 50% – większa część energii mechanicznej silnika jest wykorzystywana do rzeczywistego zasilania odbiorników, dlatego zmienia się koszt wytworzenia 1 kWh;
• obciążenie około 75% – agregat dostarcza znaczną część dostępnej mocy, zachowując jeszcze określoną rezerwę zależną od parametrów konkretnego urządzenia;
• obciążenie zbliżone do 100% – jednostka pracuje blisko znamionowego punktu granicznego, przez co pozostaje niewielki zapas na nagłe skoki zapotrzebowania.

Nie istnieje jeden zakres obciążenia gwarantujący najlepszą ekonomikę każdemu agregatowi. Charakterystykę spalania należy zestawić z mocą odbiorników, czasem pracy oraz przewidywaną zmiennością poboru energii.

Dlaczego zbyt małe obciążenie nie służy agregatowi z silnikiem Diesla?

Długotrwała praca agregatu z silnikiem Diesla przy bardzo małym obciążeniu może pogarszać warunki spalania. Niska temperatura pracy jednostki sprzyja niepełnemu spalaniu paliwa, a w dłuższej perspektywie może prowadzić do powstawania osadów w komorze spalania i układzie wydechowym. Krótkotrwałe okresy niewielkiego obciążenia nie są tym samym co wielogodzinna praca jednostki znacznie poniżej jej możliwości. Dopuszczalny zakres i czas takiej eksploatacji należy zawsze odnosić do parametrów konkretnego agregatu.

Przewymiarowanie źródła może więc wywołać problem odwrotny do przeciążenia. Jeżeli odbiorniki wymagają jedynie niewielkiej części dostępnej mocy, duży agregat przez większość czasu pracuje daleko od zakresu odpowiadającego rzeczywistemu zapotrzebowaniu. Silnik nadal zużywa paliwo na własną pracę, układ chłodzenia oraz pokonywanie oporów mechanicznych, dlatego bardzo duży zapas mocy nie oznacza automatycznie oszczędności. Dobór agregatu powinien pozostawiać rezerwę, ale nie prowadzić do wielokrotnego przewymiarowania bez technicznego uzasadnienia.

Co dzieje się z napięciem i częstotliwością po nagłym wzroście obciążenia?

Nagły wzrost poboru mocy może powodować krótkotrwałe odchylenie napięcia i częstotliwości, zanim silnik oraz układ regulacji osiągną nowy punkt pracy. Im większy skok obciążenia względem dostępnej mocy agregatu, tym trudniejsze jest utrzymanie stabilnych parametrów wyjściowych. Szczególnym przypadkiem jest rozruch silników elektrycznych, sprężarek lub pomp, podczas którego chwilowy pobór prądu może znacznie przekraczać wartość występującą podczas późniejszej pracy. Z tego powodu samo zsumowanie mocy znamionowych odbiorników nie daje pełnej informacji potrzebnej do dobrania urządzenia. Przy analizie instalacji warto uwzględnić:

• moc czynną w kW,
• moc pozorną w kVA,
• współczynnik mocy cos φ,
• prądy rozruchowe,
• kolejność załączania odbiorników,
• największy przewidywany skok obciążenia.

Odbiornik o stosunkowo niewielkiej mocy znamionowej może chwilowo stanowić większe obciążenie dla agregatu niż urządzenie grzewcze o wyższej mocy, ale pozbawione wysokiego prądu rozruchowego. Stabilność pracy zależy więc zarówno od mocy całkowitej, jak i od dynamiki jej zmian.

Rezerwa mocy nie oznacza wyboru agregatu „jak największego”

Rezerwa mocy powinna umożliwiać przejęcie przewidywanych wzrostów zapotrzebowania bez regularnej pracy jednostki na granicy jej możliwości. Przy planowaniu zasilania należy ustalić moc urządzeń działających jednocześnie, uwzględnić największy odbiornik uruchamiany w danym momencie oraz przeanalizować kolejność załączania kolejnych obwodów. Nadmierny zapas może oznaczać pracę przy stale niskim procentowym obciążeniu, natomiast zbyt mały zwiększa ryzyko przeciążenia przy rozruchu urządzeń. Jeśli źródło zasilania jest potrzebne czasowo, ++wynajem agregatów prądotwórczych++ umożliwia dobranie jednostki do przewidywanej mocy oraz charakteru odbiorników zamiast opierania wyboru wyłącznie na maksymalnej wartości w kW.

Dobór agregatu powinien uwzględniać rzeczywisty profil odbiorników

Prawidłowe wymiarowanie agregatu wymaga ustalenia, które urządzenia będą działały równocześnie, jak zmienia się ich pobór energii oraz jakie obciążenie występuje podczas rozruchu. Zestaw odbiorników rezystancyjnych może zachowywać się inaczej niż instalacja o podobnej mocy zawierająca silniki elektryczne, ponieważ różny jest charakter zmian prądu po załączeniu. W ofercie ++smieci.eu++ znajdują się agregaty przeznaczone do czasowego zasilania różnych odbiorników, dlatego dobór urządzenia można oprzeć na rzeczywistych potrzebach energetycznych konkretnego zastosowania. Moc agregatu należy zestawić przede wszystkim z obciążeniem roboczym oraz rozruchowym, a nie traktować największej dostępnej jednostki jako domyślnie najbezpieczniejszego wyboru.

Obciążenie agregatu wpływa zarówno na spalanie, jak i stabilność parametrów elektrycznych. Zbyt mały odbiór może pogarszać ekonomikę pracy, natomiast wykorzystanie niemal całej dostępnej mocy ogranicza zdolność reagowania na nagłe wzrosty zapotrzebowania. Prądy rozruchowe trzeba analizować oddzielnie od poboru w stanie ustalonym. Prawidłowo dobrany agregat pracuje w zakresie odpowiadającym rzeczywistemu profilowi odbiorników i zachowuje potrzebną rezerwę mocy.

Najważniejsze informacje: obciążenie a ekonomika i stabilność agregatu

• Godzinowe zużycie paliwa rośnie wraz ze wzrostem pobieranej mocy, ale zależność pomiędzy spalaniem a procentowym obciążeniem nie jest liniowa.
• Bardzo małe wykorzystanie dostępnej mocy może zwiększać ilość paliwa zużywanego w przeliczeniu na każdą wytworzoną kilowatogodzinę energii.
• Długotrwałe niedociążenie agregatu z silnikiem Diesla może pogarszać warunki spalania i sprzyjać odkładaniu produktów niepełnego spalania.
• Gwałtowne zwiększenie poboru energii może powodować krótkotrwałe odchylenia napięcia i częstotliwości przed ustabilizowaniem nowego punktu pracy.
• Prąd rozruchowy odbiornika może być znacznie większy od prądu pobieranego podczas późniejszej pracy, dlatego musi być uwzględniony przy doborze mocy źródła.
• Rezerwa mocy powinna odpowiadać przewidywanym zmianom obciążenia bez prowadzenia do nieuzasadnionego przewymiarowania agregatu.

FAQ

Czy agregat zużywa tyle samo paliwa bez obciążenia i pod obciążeniem?

Nie. Silnik zużywa paliwo już podczas pracy bez znaczącego odbioru, natomiast wraz ze wzrostem obciążenia spalanie godzinowe rośnie. Zmiana nie jest jednak proporcjonalna w całym zakresie, dlatego ekonomikę najlepiej oceniać także przez zużycie paliwa przypadające na 1 kWh wytworzonej energii.

Dlaczego agregat przy uruchomieniu silnika elektrycznego na chwilę zwalnia?

Silnik elektryczny może podczas rozruchu pobrać chwilowo znacznie większy prąd niż po osiągnięciu nominalnej prędkości obrotowej. Nagły wzrost obciążenia powoduje krótkotrwałe zmniejszenie prędkości obrotowej jednostki napędowej, zanim układ regulacji zwiększy dostarczaną moc i ustabilizuje parametry.

Czy moc agregatu dobiera się przez proste zsumowanie mocy urządzeń?

Nie zawsze. Oprócz sumy mocy urządzeń działających jednocześnie trzeba uwzględnić charakter odbiorników, prądy rozruchowe oraz największy jednorazowy wzrost zapotrzebowania. Szczególnej uwagi wymagają instalacje zawierające silniki elektryczne, pompy lub sprężarki