Công suất trong một hộp thép

Các tổ máy phát điện dạng container trên toàn Nam Mỹ: ba cấp công suất, số giờ vận hành thực tế mà chúng có thể cung cấp, và việc bảo trì quyết định liệu một tổ máy có hoạt động được hai mươi nghìn giờ hay chỉ năm nghìn giờ.

1. Vì sao chiếc hộp quan trọng hơn động cơ

Một tổ máy phát điện dạng container bao gồm động cơ diesel, máy phát điện xoay chiều, bộ tản nhiệt, bảng điều khiển và bình nhiên liệu, tất cả được lắp cố định bên trong một vỏ bọc thép có kích thước nâng hạ và buộc dây giống hệt container hàng hóa. Chi tiết cuối cùng này nghe có vẻ như chỉ là một quyết định về bao bì. Nhưng tại Nam Mỹ, đây thường chính là yếu tố khiến dự án khả thi.

Địa lý rất khắc nghiệt. Một mỏ đồng ở miền bắc Chile nằm ở độ cao 3.000 m, nơi không khí loãng làm giảm đáng kể công suất thực tế của động cơ. Một cảng xuất ngũ cốc ở bang Mato Grosso hoạt động ở nhiệt độ 38 °C với bụi rơm lẫn trong luồng khí nạp. Một cơ sở cảng ven bờ Thái Bình Dương thường bị muối biển bắn vào hầu hết các buổi chiều. Một địa điểm ở bang Amazonas có mưa kéo dài nửa năm và độ ẩm luôn duy trì trên mức 80%. Trong từng trường hợp, chính chiếc container giúp vận chuyển một máy móc đã được lắp ráp hoàn chỉnh và kiểm tra kỹ lưỡng tại nhà máy bằng xe tải, xà lan hoặc toa tàu, rồi đặt trực tiếp lên nền bê tông mà không cần bất kỳ tòa nhà nào bao quanh.

Vỏ bọc cũng thực hiện hai nhiệm vụ mâu thuẫn nhau: vừa phải giữ tiếng ồn bên trong, vừa phải giải nhiệt một lượng lớn không khí nóng ra ngoài. Phần lớn công tác kỹ thuật đối với bộ phát điện lắp trong container tập trung vào việc dung hòa hai yêu cầu này. Tại Brasil, yêu cầu kiểm soát tiếng ồn là bắt buộc: giấy phép môi trường dựa trên Nghị quyết 001/90 của CONAMA và tiêu chuẩn ABNT NBR 10151, quy định mức độ ồn tối đa cho khu dân cư đô thị vào khoảng 55 dB(A) ban ngày và 50 dB(A) ban đêm, được đo tại vị trí người tiếp nhận chứ không phải tại máy. Các quy định cấp thành phố ở những nơi như São Paulo và Rio còn bổ sung thêm các điều kiện riêng, đồng thời nhiều bang yêu cầu kiểm tra định kỳ mức độ phát thải đối với các tổ máy có công suất lớn.

2. Ba cấp công suất

Các xếp hạng được nêu theo đơn vị kVA, nhưng người mua lại suy nghĩ theo kW. Với hệ số công suất thông thường là 0,8, 250 kVA tương đương 200 kW, và đây là con số cần so sánh với tải tại hiện trường. Các nhà sản xuất đưa ra hai giá trị cho cùng một máy: công suất định mức (prime), tức là công suất mà máy có thể phát liên tục trong thời gian không giới hạn dưới tải biến đổi; và công suất dự phòng (standby), tức là giá trị cao hơn mà máy có thể duy trì trong thời gian ngắn khi lưới điện gặp sự cố. Bảng dưới đây dựa trên các giá trị công suất định mức.

Loại A — 200 kW, loại di chuyển được

Đây là loại lớn nhất vừa vặn trong container tiêu chuẩn 20 ft với phần thể tích còn dư; các nhà sản xuất thường sử dụng khoảng không dư này để lắp bồn chứa đáy lớn hơn hoặc hệ thống dập lửa. Với khối lượng khô từ 5,5 đến 7 tấn, nó có thể vận chuyển bằng xe tải thông thường mà không cần giấy phép đặc biệt ở hầu hết các quốc gia, vì vậy loại này thường xuất hiện tại các trại xây dựng, trạm bơm nước, phòng khám cỡ vừa và trung tâm viễn thông. Động cơ thường là loại thẳng hàng sáu xi-lanh tăng áp, làm mát bằng bộ tăng áp, dung tích từ 8 đến 13 lít.

Loại B — 500 kW, loại làm việc chính

Kích thước lớn nhất gần đúng vẫn vừa vặn trong một container 20 feet với đầy đủ xử lý cách âm, bồn chứa dung tích 1.000 lít và lưu lượng khí đầy đủ; do đó đây là kích thước được chọn nhiều nhất trong khu vực. Máy tiêu thụ khoảng 95 lít mỗi giờ ở tải ba phần tư — tương đương một rưỡi lít mỗi phút — nghĩa là bồn chứa cơ bản 1.000 lít cho phép vận hành khoảng mười giờ; bất kỳ thời gian vận hành nào dài hơn đều yêu cầu bồn chứa bên ngoài và bơm chuyển. Các tải điển hình gồm trại khai mỏ, nhà máy chế biến thực phẩm, cần cẩu cảng và trung tâm dữ liệu cỡ vừa.

Loại C — 1.000 kW, loại được lắp đặt cố định

Lớp thiết bị này cần một container cao-cube dài 40 feet, một cần cẩu hoặc một xe moóc chở hàng nặng, và tại một số quốc gia cần giấy phép lưu thông trên đường. Không ai di chuyển thiết bị này sau khi đã lắp đặt xong. Thiết bị phục vụ các hoạt động khai thác mỏ vùng Andes, các tổ hợp bệnh viện quy mô lớn, các nhà máy công nghiệp và nhiệm vụ hỗ trợ lưới điện; thường được mua theo cặp song song để một đơn vị có thể bảo trì trong khi đơn vị còn lại vẫn đảm nhận tải. Ở công suất trên khoảng 600 kW, hệ thống điện áp trung bình bắt đầu mang lại hiệu quả kinh tế: đầu ra 4,16 kV hoặc 13,8 kV loại bỏ biến áp tăng áp và giảm đáng kể kích thước cáp.