Generatory prądu to w zasadzie małe elektrownie. Umożliwiają swoim właścicielom wytwarzanie energii elektrycznej na miejscu, jako zamiennik lub uzupełnienie energii elektrycznej z sieci elektrycznej. Generatory prądu i duże elektrownie cieplne działają na tej samej zasadzie: oba spalają paliwo, aby wytworzyć ruch, lub energię mechaniczną i przekształcają ją w energię elektryczną. Generatory mają dwa główne elementy: silnik spalinowy i alternator.
Podobnie jak silnik spalinowy w samochodzie, silnik generatora potrzebuje paliwa do działania. Powszechnie stosuje się olej napędowy, gaz ziemny, propan, benzyna i biopaliwa. Spalanie paliwa jest wykorzystywane do wytworzenia ruchu obrotowego w wale korbowym w następujący sposób:
Powietrze i paliwo mieszają się i zapalają wewnątrz cylindra. Spalanie powoduje małą eksplozję, w wyniku której tłok w cylindrze unosi się, a następnie opada. Tłok jest przymocowany do wału korbowego, więc poruszający się tłok powoduje obrót wału korbowego. Kilka tłoków pracujących jeden po drugim wytwarza płynny ruch obrotowy w wale korbowym. W samochodzie ten ruch byłby używany do napędzania samochodu. W generatorze służy do wytwarzania energii elektrycznej.
Jak generator wytwarza energię elektryczną?
Ruch obrotowy wytwarzany przez silnik rozciąga się na drugi główny element, alternator. Alternator zamienia jedną formę energii, obrotową energię kinetyczną na energię elektryczną, wykorzystując właściwości indukcji elektromagnetycznej, czyli fizycznego zjawiska, dzięki któremu zmienne pola magnetyczne wytwarzają prądy elektryczne. Alternator składa się z dwóch części — stojana i wirnika. Stojan to obudowa złożona z wielu miedzianych uzwojeń, a gdy wirnik obraca się wewnątrz stojana, obraca się również jego pole magnetyczne. Wirujące pole magnetyczne powoduje przepływ elektronów w stojanie, a tym samym wytwarzany jest prąd elektryczny.
Elementy agregatu prądotwórczego
Oprócz generatora i alternatora, generator prądu zawiera inne elementy, które zapewniają jego prawidłowe działanie. Układ paliwowy zapewnia stały dopływ paliwa do silnika generatora. W mniejszych generatorach układ paliwowy może być tak prosty, jak zbiornik paliwa i filtr paliwa. Generator musi również dostarczać prąd o odpowiednim napięciu, dlatego dołączony jest regulator napięcia, który zapewnia uzyskanie i utrzymanie odpowiedniego napięcia. Części generatora nagrzewają się podczas pracy, dlatego aby zapobiec przegrzaniu, potrzebny jest system chłodzenia. Mniejsze generatory są zwykle chłodzone powietrzem; większe generatory muszą być chłodzone wodą. Dalej jest układ wydechowy, który usuwa gorące spaliny. W celu oczyszczenia spalin można dodać katalizatory, filtry przeciwpyłowe lub płuczki. W większych generatorach używanych w zastosowaniach kogeneracyjnych , spaliny mogą być wykorzystywane do podgrzewania wody, na przykład jako część systemu ciepłowniczego. Oznacza to, że energia paliwa jest przekształcana zarówno w energię elektryczną, jak i użyteczną energię cieplną, optymalizując wydajność maszyny.
Oprócz tego zwykle występuje układ olejowy do smarowania, akumulator do zapłonu, mechanizm ładowania akumulatora, panel sterowania do monitorowania różnych wskaźników i parametrów maszyny oraz rama, w której mieszczą się wszystkie elementy maszyny.
Diesel vs propan vs. generatory gazu ziemnego
Generatory mogą być zasilane różnymi paliwami, od ciężkiego oleju opałowego po propan. Decyzja, którego paliwa użyć, zależy od różnych czynników: kosztu generatora, ceny paliwa, dostępności paliwa, kwestii związanych z przechowywaniem paliwa, profilu emisji każdego paliwa i ograniczeń hałasu. Generatory można zaprojektować do pracy z szeroką gamą paliw, od benzyny ciężkiej po biopaliwa, ale niektóre z najczęściej stosowanych paliw to olej napędowy, propan i gaz ziemny.
Czym są generatory diesla i jak działają generatory diesla?
Podobnie jak silniki samochodowe, silniki generatorów różnią się w zależności od stosowanych paliw. Silniki Diesla to rodzaj silnika wysokoprężnego. Takie silniki spalają paliwo, podgrzewając je powyżej temperatury samozapłonu. Stosunkowo niska temperatura samozapłonu oleju napędowego wynosząca 410°C sprawia, że olej napędowy jest idealnym rozwiązaniem do silników wysokoprężnych. Zazwyczaj do rozruchu mniejszych silników wysokoprężnych rozrusznik elektryczny popycha tłoki silnika, sprężając powietrze znajdujące się wewnątrz cylindrów silnika i zwiększając jego temperaturę. Nazywa się to rozruchem silnika. Gdy temperatura wewnątrz cylindra osiąga temperaturę samozapłonu paliwa, paliwo jest wtryskiwane do cylindra i natychmiast zapala się. To popycha tłok do tyłu (z otwarciem zaworu wydechowego w celu wyrzucenia gazu) i porusza wałem korbowym. Pozostałe cylindry również strzelają,
Silniki benzynowe jednocześnie wtryskują powietrze i paliwo do swoich cylindrów i wymagają iskry do zapłonu. Ponieważ mają prosty mechanizm zapłonu, silniki wysokoprężne są zwykle bardzo niezawodne i działają przez długi czas. Brak świec zapłonowych eliminuje również emisję częstotliwości radiowych, które mogłyby zakłócać czuły sprzęt elektroniczny. Silniki Diesla są również bardzo wydajne, również przy mniejszych obciążeniach, dzięki wysokiemu stopniowi sprężania.
Czym są generatory propanu i jak działają?
Propan to kolejny świetny wybór do zasilania generatora. Silniki na propan są bardzo podobne do silników benzynowych, ponieważ oba działają na zasadzie zapłonu iskrowego. Silniki propanowe wtryskują mieszankę powietrza i paliwa do cylindrów silnika, gdzie świeca zapłonowa zapala mieszankę.
Propan ma kilka zalet, które sprawiają, że generatory propanu szczególnie dobrze nadają się do domowych zastosowań zasilania awaryjnego. Benzyna i olej napędowy mogą się zepsuć po kilku latach, a trzymanie w domu kanistra z którymkolwiek paliwem może powodować powstawanie oparów. Benzyna i olej napędowy mogą się również rozlać, co może utrudnić czyszczenie. W przeciwieństwie do tego propan można przechowywać przez czas nieokreślony, bez ryzyka rozlania. Co najważniejsze, wielu właścicieli domów ma już pod ręką butlę z propanem, co eliminuje potrzebę trzymania w domu dodatkowego kanistra z paliwem.
Czym są generatory gazu ziemnego i jak działają?
Generatory gazu ziemnego są bardzo podobne do generatorów propanu. Oba wymagają świec zapłonowych i oba mają czyste profile emisji. Korzystanie z gazu ziemnego jest zwykle praktyczne tylko w lokalizacjach, które są obsługiwane przez sieć dystrybucji gazu ziemnego, a samodzielne magazynowanie rzadko jest opcją. Nie zawsze tak jest na obszarach wiejskich.
Generatory gazu ziemnego doskonale nadają się do zastosowań komercyjnych i przemysłowych, w których istnieje niezawodna dostawa gazu ziemnego. W Stanach Zjednoczonych gaz ziemny jest zwykle bardzo przystępny cenowo i powszechnie dostępny. W zastosowaniach na dużą skalę, w których wykorzystywane są duże ilości paliwa, dużą zaletą jest brak konieczności przechowywania paliwa na miejscu. Ponadto, ponieważ gaz ziemny spala się bardzo czysto, przepisy środowiskowe dotyczące generatorów gazu ziemnego są zwykle znacznie mniej restrykcyjne niż te, które dotyczą generatorów na paliwo płynne, przez co mogą być czasami stosowane w bardziej elastyczny sposób niż olej napędowy lub generatory benzyny.
Jaki generator prądu wybrać?
Jedno z najważniejszych kryteriów wyboru generatora zależy od tego, do czego chcesz go używać. Generatory są różnie oceniane pod kątem konkretnych zastosowań i pracy w różnych warunkach. Wybór odpowiedniego generatora do pracy jest jak zaopatrzenie się w odpowiednie baterie w kamperze: jeden akumulator uruchamia silnik kampera, który musi dawać potężny impuls energii elektrycznej, podczas gdy akumulator rekreacyjny, który obsługuje światła i lodówkę, musi uwalniać powolną ilość elektryczność przez dłuższy czas.
Generatory można traktować w ten sam sposób – czy zapotrzebowanie na moc będzie bardzo wysokie przez krótki czas lub dość wysokie przez dłuższy czas, czy też generator będzie w ciągłym użyciu? Są to trzy główne kategorie użytkowania generatora: czuwanie, moc główna i moc ciągła.
Generator prądu modułowy
Wiele generatorów jest obecnie produkowanych w sposób modułowy, co daje możliwość uzyskania najlepszej kombinacji silnika i alternatora w zależności od zastosowania.
Pojedynczy generator może być używany do różnych zastosowań i przedstawiać różne wartości znamionowe mocy wyjściowej na tabliczce znamionowej w zależności od aplikacji. Innymi słowy, ten sam generator mógłby zapewnić 100% swojej maksymalnej mocy znamionowej w jednym zastosowaniu, takim jak użycie awaryjne, ale tylko 70% w pracy ciągłej.
Co to jest generator rezerwowy i jak działa?
Generator rezerwowy jest zaprojektowany do przejęcia dostarczanie energii elektrycznej do obiektu w przypadku awarii zasilania, jak długo to trwa aż do przywrócenia zasilania. Szpitale, centra danych, budynki rządowe, biura i wiele innych budynków potrzebują generatorów rezerwowych, aby zapewnić utrzymanie krytycznych usług w takim przypadku. Poza tym usługi niekrytyczne, takie jak oświetlenie hotelowe i klimatyzacja, również wymagają konserwacji na wypadek przerwy w dostawie prądu. Generatory w trybie gotowości muszą być gotowe do pracy w ciągu kilku sekund lub minut, w zależności od krytyczności aplikacji. Zostały zaprojektowane do ograniczonego użytkowania i przeznaczone do szybkich, mocnych rozruchów.
Co to jest główny generator prądu i jak działa?
Agregaty prądotwórcze są zaprojektowane do zmiennego obciążenia i nieograniczonego użytkowania. Są używane w sytuacjach, gdy potrzebna jest energia elektryczna, ale w zmiennych ilościach. Przykładem mogą być działania na krańcach terenu, w których nie ma zasilania, np. do zasilania suwnicy bramowej pracującej w porcie lub do zasilania budynku w godzinach szczytu. W przypadku użytkowników komercyjnych i przemysłowych korzystanie z głównych generatorów mocy w okresach szczytowego zapotrzebowania może być skutecznym sposobem na zmniejszenie lub wyeliminowanie opłat pobieranych z sieci. W niektórych przypadkach główni wytwórcy energii mogą pozwolić takim użytkownikom na rozwój ich działalności, unikając jednocześnie kosztownej modernizacji infrastruktury przyłączeniowej do sieci. Maszyny Prime Power nie są zaprojektowane do pracy 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu z pełną skórą, ale do reagowania na elastyczne zapotrzebowanie o różnych porach dnia.
Co to jest generator prądu stałego i jak działa?
Generatory ciągłe to konie robocze zaprojektowane w celu zapewnienia stałego zaopatrzenia w energię elektryczną. Generatory ciągłe są niezbędne w miejscach, w których nie ma niezawodnej sieci energetycznej, takich jak odległe operacje wydobywcze lub na pokładach statków.
Istnieją różnice konstrukcyjne między generatorami przeznaczonymi do różnych zastosowań. Na przykład generatory o mocy podstawowej i mocy ciągłej są wyposażone w większe systemy chłodzenia i zwykle działają przy niższych prędkościach obrotowych, aby przedłużyć ich żywotność, podczas gdy generatory rezerwowe wymagają większych prędkości, aby szybko się uruchomić.
Generatory domowe vs. komercyjne vs. przemysłowe
Jak działa generator domowy?
Generatory domowe są mniejsze niż generatory używane w zastosowaniach komercyjnych i przemysłowych, ale działają w ten sam sposób i mają te same komponenty. Najlepszym sposobem na zainstalowanie generatora domowego jest podłączenie go do głównego panelu elektrycznego domu, aby w razie potrzeby mógł zasilać wszystkie obwody elektryczne domu. Odbywa się to za pomocą urządzenia zwanego przełącznikiem transferu. Przełącznik transferowy zapobiega przedostawaniu się energii elektrycznej z generatora do linii energetycznych, więc pracownicy użyteczności publicznej nie ryzykują porażenia prądem z czyjegoś generatora domowego podczas pracy na liniach.
Większość domów korzysta z generatorów jako źródła zasilania w trybie gotowości. W przypadku przerwy w dostawie prądu generator wykrywa utratę mocy i automatycznie włącza się, zwykle w ciągu kilku sekund.
Generatory przenośne to pomniejszone wersje generatorów domowych i wyposażone w silnik mniej więcej o połowę mniejszy od silnika kosiarki. Dostępnych jest wiele przenośnych generatorów ważących 50 funtów lub mniej. Ich przenośność sprawia, że doskonale nadają się na wyprawy kempingowe, kuchenki i projekty budowlane.
Nowoczesne przenośne generatory są wyposażone w standardowe gniazdka prądu przemiennego i porty ładowania USB. Niektóre mają nawet łączność Bluetooth i aplikację, która pozwala użytkownikowi monitorować stan generatora na smartfonie. Inne mają wbudowane akumulatory, które zapewniają zasilanie przez pewien czas bez konieczności uruchamiania silnika. Przenośnych generatorów nigdy nie wolno używać w pomieszczeniach, w pojeździe lub w namiocie, ponieważ mogą wydzielać śmiertelny tlenek węgla.
Jakiego rozmiaru generatora domowego potrzebuję?
Nawet mały generator zwykle wystarcza do zasilania wszystkich świateł, urządzeń elektronicznych i drobnych urządzeń znajdujących się w domu. Aby nadal korzystać z energochłonnych urządzeń, takich jak kuchenki elektryczne lub elektryczne listwy przypodłogowe, może być potrzebny większy generator. Wielkość generatora domowego zależy od tego, ile energii zużywasz. Możesz skorzystać z naszego kalkulatora wielkości generatora, aby uwzględnić swoje potrzeby.
Jak działają generatory komercyjne?
Generatory komercyjne działają w sposób opisany powyżej i mogą być zasilane różnymi paliwami. Typowe zastosowania komercyjne mają zapewnić zasilanie w trybie gotowości w sektorach opieki zdrowotnej i centrów danych . Szpitale wymagają niezawodnego zasilania awaryjnego, ponieważ każda utrata zasilania może oznaczać utratę życia ludzkiego, ponieważ systemy podtrzymywania życia i sale operacyjne wymagają ciągłego zasilania. Centra danych potrzebują również niezawodnego źródła zasilania, ponieważ awaria zasilania może zagrozić ważnym danym rządowym i biznesowym. Istnieje wiele innych sektorów komercyjnych, które decydują się na instalowanie generatorów jako zasilania rezerwowego, od hoteli po szkoły i komercyjne biurowce.
Generatory są również wykorzystywane do ciągłego dostarczania energii w warunkach komercyjnych i instytucjonalnych, na przykład w skojarzonych systemach ciepłowniczych i energetycznych – do kogeneracji. Tam, gdzie duży budynek lub kampus potrzebuje zarówno ciepła, jak i energii elektrycznej, warto użyć generatora. Dzieje się tak, ponieważ gdy energia z paliwa jest przekształcana w energię elektryczną w generatorze, a właściwie w elektrowni, około połowa jej jest tracona w postaci ciepła. Zamiast marnować to ciepło, systemy kogeneracji wykorzystują je do ogrzewania budynku, a także do wytwarzania energii elektrycznej.
Jakiej wielkości generatora komercyjnego potrzebuję?
Wielkość generatora zależy od zastosowania i od zapewnienia, że moc znamionowa jest odpowiednia dla zastosowań w trybie czuwania, zasilania głównego lub zasilania ciągłego.
Jak działają generatory przemysłowe?
Generatory przemysłowe działają w taki sam sposób, jak opisano powyżej, ale zwykle są zaprojektowane tak, aby były bardziej wytrzymałe, aby mogły działać w trudnych warunkach. Generatory używane na przykład w zastosowaniach górniczych mogą być narażone na bardzo zapylone warunki, a tym samym wymagają ulepszonych elementów filtrujących powietrze i paliwo. Generatory używane w zakładach chemicznych i petrochemicznych mogą pracować w środowiskach korozyjnych lub wybuchowych, dlatego wymagają odpowiednich zabezpieczeń. Dodatkowo generatory przemysłowe mogą mieć podwyższone wymagania dotyczące niezawodności. Na przykład operacje wiertnicze naftowe i gazowe mogą generować dziesiątki, jeśli nie setki tysięcy dolarów strat w ciągu jednego dnia, jeśli zasilanie na miejscu jest niedostępne. W operacjach górniczych utrata mocy może oznaczać utratę wentylacji w kopalni, co naraziłoby na niebezpieczeństwo życie pracowników podziemnych. Generatory przemysłowe muszą być skonfigurowane w taki sposób, aby zapewniały mieszankę potrzebnej mocy — w trybie gotowości, mocy podstawowej i mocy ciągłej — w celu zapewnienia bezpiecznej i wydajnej pracy. Istnieje ogromna różnica między generatorem, który utrzymuje włączone światła w biurowcu w ciepłym kraju, a ogrzewaniem budynku w zamarzniętym Zakopanem.
Zakłady energetyczne mogą również używać generatorów do zasilania sieci elektrycznej. Ze względu na ich dużą elastyczność i możliwości szybkiego startu, generatory są idealnym uzupełnieniem zasobów do wytwarzania energii słonecznej i wiatrowej w sieci elektrycznej. Na przykład, gdy pojawiają się chmury i zasłaniają słońce, generatory mogą szybko włączyć się i przejąć ładunek wcześniej obsługiwany przez panele słoneczne. Generatory są również idealne do zasilania sieci elektrycznej na wyspach, gdzie w coraz większym stopniu współpracują z energią słoneczną, wiatrową i magazynującą energię .
Czasami zaciera się rozróżnienie na wykorzystanie komercyjne, przemysłowe i użytkowe. Na przykład niektóre bazy wojskowe mają generatory, które zapewniają dostęp do energii w przypadku utraty zewnętrznych usług elektrycznych, ale także w normalnych czasach eksportują energię do sieci, skutecznie służąc jako elektrownie dla zakładu. W ten sam sposób niektóre centra danych wykorzystują swoje generatory rezerwowe jako minielektrownie do obsługi lokalnej sieci, gdy nie są one potrzebne centrum danych.