1. Привычное понятие "расход топлива" у автомобилей.
Для лучших современных бензиновых 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 недорогие модели двигателей домашних генераторов 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.
Механический регулятор оборотов бензогенератора - при увеличении скорости вращения грузики расходятся в стороны под действием центробежной силы, и толкают шток дроссельной заслонки, уменьшая подачу топлива.
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.
4. 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 мотоскутеры- 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.
5. 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.
Главные выводы:
- 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.