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各種バイオ油(SVO:Straight Vegitable Oil/植物油のダイレクト燃料化)ディーゼル発電装置の情報を中心に掲載します。
特に最近パーム油は高価格、更には森林破壊等の諸問題から、他のSVO油へのバイオ原料油転換、廃食油、或いは
代替燃料として廃タイヤ/廃プラ熱分解油、BDF化油、
バイオ軽油、及びこれら混合油等の利用法も注目されてます。
バイオ油(SVO)発電装置は、中規模型から超大型発電所迄対応可能であり、かつ高性能・高発電効率の製品をご提供しています。
大型ディーゼル・エンジン発電設備の場合は複合発電設備(蒸気・ORC)を設置すれば、より高効率発電設備となります。
これらバイオ油ディーゼル発電機(或いはガス・エンジン発電機)が、設計値通り常時稼働できるか、否かの検査・確認作業を行う負荷試験機も扱っています。
更に、燃料添加剤、オイル添加剤、エンジン燃焼補助装置を追加すれば稼働時の発電効率をより総合的に高め、かつ設備を長期間使うことが可能となる等の諸効果があります。
何れも、主にバイオマス電力の固定価格買取制度(FIT)向けの発電ビジネス対応となっています。
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(1)バイオ油中速型ディーゼル発電装置
売電(FIT)ビジネスの最も有効な実現法の一つは、バイオ油(パーム油、廃食油、廃タイヤ・廃プラ熱分解油等)を直接エンジン発電機燃料に使うことです。但し、
このバイオ油のダイレクト燃料化(SVO: Straight Vegitable Oil)に対する解決すべき検討課題
も多々あります。従って設備面、運転管理面かの充分な検討が不可欠です。
バイオ油(SVO)を直接燃料と
し常用発電運転が実現出来るエンジン・タイプは,船舶用中速型(4サイクル、毎分500〜1,000回転)、大口径・高効率ディーゼル・エンジンにほぼ限定され、
MAN中速SVOディーゼル発電機等は導入実績も多くベストな選択です。
同様に、最近諸般の情況から(廃食油を除き)輸入パーム油を使うSVO発電は困難となっている状況から、代わりに注目の 廃プラ・廃タイヤ熱分解油発電も可能であり、検討予知大です。
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元々、ディーゼル・エンジンは、独MAN社のRudorf Dieselが
発明し特許を取得、燃料は、現在の様な軽油・重油ではなく、当時はSVO(ピーナッツ油)を直接使用したと言った経緯があいます。
但し、現状,ディーゼル・エンジンの燃料仕様は石油(軽油、重油)燃料専用であり、バイオ油(パーム油等)仕様をメーカー保証している製品例も数少ないですが、MAN中速機はその数少ない保証例の一つです。
SVOバイオマス発電は燃料費が運転経費の3分の2前後も掛かり、将来最大の売電ビジネス上の変動・不安要因です。従って、少しでも高発電効率機を選択することが設備面では最重要です。
エンジン発電機の選択次第で、直ちに燃料費5〜10%程度削減は簡単に出来て、採算性に影響大です。
但し、船舶用・中速型でも、大多数はバイオ油未保証・使用禁止で、軽油・重油専用仕様のエンジンが多々存在します。MAN社ライセンシーを含め国産製品の殆ど全て、
海外製品でもCaterpillar/MAK、
Rolls-Royce/Bergen、現代重工、等、多くはバイオ油は未保証・使用禁止です。
この様な状況では植物油を直接・粘度調整(BDF化等で粘度減少)対策を行わない(SVO)
固定価格電力買取制度(FIT)向けの売電ビジネス
(未使用油のFIT価格24円/KWh)は開始できません。
更に、BDF燃料へ変換後でも,多くの場合,最大許容20%(B20)程度迄で、100%(B100)使用は非承認・未保証です。
中速型バイオ油(SVO)発電の稼働保証中大型機は、Wartsilaの20V32/9.4MW、
ABC(1〜10MW)、
IHI(旧新潟)原動機の2〜6MW,等が主な例ですが、
選択の自由度、価格、性能等を考慮すれば、お薦めのMAN社ディーゼル発電機製品なら475KW(5L16 /24S)から、21MW(18V48/60TS) 迄、
更に最新・最高効・率超大型モデル(26MW@20V45/60CR,4サイクル)もあり全て原則SVO対応です。
更にMANの低速型ディーゼル発電機(2サイクル,毎分100〜200回転)なら、1セットで10MW程度以上〜上限は80MW迄あります。
低速型なら,中速型より更に高効率(+10〜12%)、更に通常使えない様な高酸価SVO燃料油(TAN値:〜25mgKOH/g)が使用出来きる為、低品質・低価格燃料が使えます。
尚、MAN中速型(基準TAN値5以内)でも、TAN値15(@CPO)〜40(@牛脂)の高々酸価値(劣化)SVO油の実例もあり、使用可能なSVO酸価値油の自由度大です。
何れにしても、酸価値を含めSVO燃料分析データ(燃焼熱/LHV,他)を基に、MAN社と調整し、メーカー保証を得ます。
左上側の連続スライドショー写真は,は全てMAN社の中速型ディーゼル発電機 の例です。これらの機種を含めて全中速型(及び低速型)ディーゼル発電機は,パーム油、廃食用油等のSVO燃料対応機であり独MAN社のメーカー保証付です。
順に最大型21MW(@18気筒),中大型6.8MW(@14気筒)〜8.7MW(@18気筒)、
左中段は中型2MW(@7気筒)〜2.9MW(@9気筒)、中小型1MW(@6気筒)〜1.9MW(@9気筒)タイプのエンジン発電機、
及び最小型タイプの430KW(@5気筒/50Hz)〜950KW(@9気筒/60Hz)の写真例です。
具体的に、特に高信頼性・高効率中速型ディーゼル発電機(MAN,Zibo,他)をご検討中の方、お問い合わせ迄、お願いします。
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下記は、バイオ油中速型ディーゼル発電の詳細資料です。
1)『標準化MANディーゼル発電所』のイメージ動画(YouTube、English)はこちらです
2)『MAN社SVOディーゼル複合発電20MWの資料』(PDF)はこちらからダウンロードできます
3)『SVO仕様MAN社 Power Plantの全般資料』(PDF)はこちらからダウンロードできます
4)『大型SVOディーゼル発電(50MW),蒸気ボイラー、ガス化との比較紹介』Blog記事はこちらです
大型バイオマス発電所の例として50MWクラスのバイオ油(パーム油)ディーゼル発電とバイオマス・ガス化発電及びボイラー発電の紹介記事です。現状比較的安易なバイオ油発電が(中)大規模発電ではブームですが、日本だけのブームであり、パーム油の環境問題、LCA等の問題点も指摘されている状況です。
パーム油発電に取り組むなら早期の決断が必要です。何れバイオマス・ガス化が大規模でも必要になると思います!?!?
5)『中型(2MW)SVOディーゼル発電(0.5〜1〜2MW機)の紹介』Blog記事はこちらです
中型の同じ船舶用中速型(0.5MW,1MW,及び2MW)タイプの国産メーカーとMAN社のSVO燃費比較です。
同じ中速型でも、MAN社の方が燃費が優れてる様です。尚、この国産機メーカーは現状SVO油燃料の使用に対し非保証ですので自己責任となります
6)『中型SVOディーゼル発電燃費比較(高速型Cummins(次の高速型参照),中速型MAN,中速型Zibo)』はこちらです
2MW規模のバイオ発電所(1MWx2,又は2MWx1構成)を高速型発電機(Cummins)と中速型発電機(MAN社/Zibo社)を選定した場合の
燃費比較の試算例です。
前提のバイオ油の価格や物性値により多少数値は変わりますが、中速型が燃費(燃費/発電売上)が優れ有利なことは電力売上に対するSVO燃料費(%)を見れば大差・明白です
7)『SVO燃料の課題の検討出来ていますか??』Blog記事はこちらです
8)『MANの排熱回収システム(WHRS)の説明書』はこちらです
大型バイオ油発電所では、排熱回収システム(WHRS)の導入は、燃費効率の向上に不可欠です。例えば、通常の排熱回収ボイラー(Steam−Turbine)発電機に加え、
排圧回収タービン(Power-Turbine)発電機を備える方式もあります。その他、排熱回収の実現方法はいろいろあります
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(2)バイオ油高速型ディーゼル発電装置
最もポピュラーなディーゼル・エンジン発電機は、高速型(4サイクル,毎分回転数1500@50Hz,回転数1800@60Hz)です。主に軽油を燃料として使われています。
軽油に代えて高粘度バイオ油はメーカーも認めていませんので、原則直接は使用できません。バイオ油の使用は自己責任での稼働となります。加えて、粘度調整装置(加熱)及び軽油/バイオ油の切り替え装置等の付加・改造が必要です。
この種のエンジンは量産化により、比較的安価であることが最大の特徴ですが、代わりに高速回転、小口径・多気筒構成等の故に設備の耐用年数等が課題です。
従って、売電(FIT)の様な常用発電設備として使用する場合は、これらの課題を充分わきまえて使う必要があります。
お薦めは、代表的な有力ディーゼル・エンジン・メーカーの大手米Cumminsが価格性能比も優れ、一方、価格はやや高価ですが高性能の独MTU(ガス・ディーゼル・エンジン)等なら、ご提供可能です。
これら高速型は、中速型に比べ安価ですが、低発電効率(高燃費)が,特に常時稼働の常用FIT売電ビジネスでは大きな課題です。
因みに、ベストな中速型タイプに比べ、高速型タイプは,燃料を20%も多く消費する例もあります。
仮にバイオ燃料価格が75円/Kgとすると、2MWクラスの発電所の燃費差は年間4,800(@60Hz)〜5,000万円(@50Hz)増となります。この運転経費の差は致命的です。
尚、バイオ油を使う2MWクラス以下のディーゼル発電設備は、計画中の設備(一部稼働中を含め)実情は殆ど100%高速型です。
しかし、ある程度有効な新改善策はあります。どうせ大気に捨ててしまう排ガスの圧力/熱エネルギーを有効に使えば5〜7%発電量増(或いは、同じ発電量なら燃料費減)が可能です(投資回収は1年+程度)。
敢えて言うまでもなく燃費5〜7%改善でも採算上、大きな改善効果です(新複合発電方式、添付スライドショウは弊社が代理店の排気ガス圧ターボ発電機の内部構造)。
この新技術(MAN社の低速超大型発電機では、既に実現済)は、中速型ディーゼル発電でも、ガス化エンジン発電でも全て利用できます。
同様に、ORC排熱回収発電機(右側スライドショウ参照)を使えば、設備価格はアップ(安価な中国製もあり)しますが、エンジン単独発電に比べ更に少なくとも8〜10%程度の発電量増が可能です。
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大型発電なら廃熱蒸気タービン複合発電方式も実現可能ですが、500KW〜3MW規模程度では通常型蒸気タービン複合ディーゼル発電は価格面から採算ラインに乗りません。
小型ORC発電なら、可能性があります。1MWe発電機に対し70〜80KWe前後発電増が期待できます。
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上段右側の添付動画はCummins社の高速型KTA50-G2タイプの例です(KTA50-G8/G9も外見は類似)。
ここで発電1100KWとなっていますが、非常用(Stand-by)発電能力です。無理に常用発電に使う場合、多分850KWe@50Hz〜900KWe@60Hz程度へ能力低下となります。
同じKTA50シリーズで常用発電も可能な高速型900KWタイプKTA50-G3(842KWe@50Hz:1500RPM,942KWe@60Hz:1800RPM)、
1MW+タイプKTA50-G8(1025KWe@50Hz:1500RPM)、KTA50-G9(1141KWe@60Hz:1800RPM),等があります。
更に本格的なバイオ油発電を高速型で目指すならQSKシリーズの2MWタイプQSK78(1.98MW/50Hz,2MW/60Hz)等もあります。
Cummins社KTA50-G8/G9類似仕様のRolls-Royce-MTU社高速型・高性能大型ディーゼル発電機
(1.1〜4.0MWの4000シリーズ/
0.7〜1.3MWの2000シリーズ@60/50Hz),
Perkins社4012-46TAG3A(1140KWe@50/60Hz:1500/1800RPM)、等のディーゼル発電機もあります。
具体的な発電プロジェクトに於いて、特に比較的安価な(軽重量)高速型ディーゼル発電機をご検討中の方、お問い合わせ迄、お願いします。
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(3)合成ガス・タービン発電装置(単体1.85MW,並列3.7〜10MW+/単体400KW,並列800KW〜4MW+程度迄)
1)中型ガスタービン(1.85MWe)は、
大規模バイオ油発電(中速型・高速型)の場合、通常使用されるディーゼル・エンジン発電機に変えてガス・タービン発電機が採用される例もあります。
特に、ガス・タービンは、エンジンに比べ、コンパクト・高出力で,一般にエンジンより高信頼性・長保守サイクル等の理由から、多く採用されています。
通常、ガス・タービン燃料は天然ガス、軽油等の高熱量燃料を使用します。
尚、ここで紹介する例は2MW弱の欧州製中小型ガス・タービン発電機ですが、
最大の特徴は上記、灯油、軽油は勿論、それより低熱量 バイオ(SVO)油/BDF発電,熱分解油発電(強酸性)(中速型)、及び (高速型)等との専焼、混焼(Dual-Fuel)もできる等、殆どの燃料油・ガス燃料が使えるのが最大の特徴です。
エンジンに比べ、ガス・タービンの方が燃料の選択性、低燃料品質要求、等の基準が広くなっています。また排気ガスの窒素酸化物も低NOx値です。
更に高温CCC/DMG/GWEガス化熱分解炉の様な大型発電設備(規模,2MW程度以上)代替で使うことができます。
合成ガスの様な低熱量のガス燃料でも定格値が得られる様に、タービン燃焼室を大型化、工夫してあります。
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但し、ガス・タービンの排熱温度は高く、ガスタービン単体の発電効率は、エンジン発電機に比べて低く、通常は排熱ボーラー蒸気発電機、又はORC等を組み合わせた複合発電(IGCC)方式を採用し、高発電効率化を目指します。或いは、高温の排熱利用(蒸気等)比率が多い場合に有効です。
特に、10MW(+)以上の大型バイオマス・ガス化複合発電では、この方式がお薦めとなります。
更に、将来の燃料の多様化、燃料の切り替え・変更対応の備えにも有効です。固体バイオマスから液体バイオマス燃料への変更、或いは、その逆対応も,常時切替(Dual-Fuel)可能です。
2)超高効率Miniガス・タービン(発電効率40%+@400KWe)は、
従来のガスタービン発電効率の常識を覆す最新(Game-Changer)ガス・タービン発電機の登場です。発電機の能力は、分散設置用規模の400KWe,加えて発電効率は40%+の超高効率です。
加えて、燃料も各種ガス燃料(天然ガスは元よりガス化合成ガス、 水素、バイオガス、等)、及び各種液体燃料(軽油の他、BDF/SVO、バイオマス/廃プラ熱分解油、等)も使える模様です。特に、ガス化による合成ガス・エンジン発電機の発電効率を遥かに超える効率値です。ORC複合発電発電の組み合わせで、やっと到達できるか、否かと云う効率値を単純サイクルで実現できます。
発電規模2MWeなら、5基並列接続となります。更に高効率の450KWタイプ(発電効率45.8%)も開発中です。従って、今後はガス化発電の発電機は、ガス・エンジンから高信頼性・静粛性に優れた本ガス・タービンに代わる可能性も大です。
通常のミニ・ガスタービンも、より小型330KWクラスの合成ガス用米国製ガス・ダービン発電機製品、更に小型マイクロ・ガスタービンもありますが、発電効率は25〜30%程度以下で、加えてバイオマス・ガス化の低熱量合成ガス、或いはバイオ油の実績は無いと思われます。
ガスタービン発電機概要は下記を参照下さい
バイオマス燃料・ガスタービン発電機(PDF)はこちらからダウンロードできます
特に、バイオマス・ガス化/熱分解炉合成ガス、バイオマス熱分解油等、再生可能エネルギー燃料が広く使える中小型(1.4MWe〜1.9MWe)ガスタービン発電機の例です
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(4) 蒸気タービン複合発電装置(ディーゼル/ガス・エンジン)
特に中小型のディーゼル(ガス)・エンジン発電でも(2)高速型ディーゼル発電機で紹介の新複合発電方式を採用すれば、
同様に燃費削減(或いは,発電量増)効果が比較的簡単に実現できます。
安価は高速型発電機でも、この機器を付ければ、中速型と同じ迄は無理ですが、より高発電効率のディーゼル発電機となり得ることです。
こちらは、廃熱蒸気ボイラーの様な規制対象外の為、最新技術の海外輸入製品が利用できます。
排気ガス圧の有効利用の他、排気ガス熱の有効利用(ORCの様な有機溶媒の高圧ガス使用なし)する方式もあります。
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排熱回収ボイラーの例
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排熱蒸気タービン発電機の例
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ディーゼル(ガス)・エンジン複合発電は、エンジンの排気ガスから熱回収を廃熱ボイラーで蒸気として回収し、
この蒸気で蒸気タービン発電機を回して更に発電を得る方式です。
大型ディーゼル発電設備では、ほぼ100%この方式が採用されています。
使用燃料は同じで8〜10%余分に発電(燃費向上)ができますので、この分だけ設備費の追加が必要ですが、採算上も有利です。
但し、合計発電設備規模は通常10MW(+)程度以上でないと、採算上苦しくなります。
尚、原則輸入複合発電設備(排熱回収ボイラー,蒸気タービン発電機等)は、法的(電気事業法)な規制により使えません。通常は高価な国産機器の選択となります。
従って、この複合発電部は割高となりますが、燃費削減(或いは,発電量増)効果により採算性は向上します。
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(5) ORC複合発電装置(ディーゼル/ガス・エンジン)
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ディーゼル(ガス)・エンジンORC複合発電(ORC:Organic Rankine Cycle)は、廃熱ボイラー(熱交換器)を使いエンジンの高温排気ガスから高温水・高温熱媒油、等を介して、先ず1次排熱回収し、
更に、(左側上段フロー参照)この熱源と有機熱媒体とでORC蒸気発生器で2次再熱交換し中高圧のORC有機蒸気を発生させ(ORC有機媒体と高温排ガスとで直接熱交換方式の高熱効率型、等もあり)、最終的にORCタービン発電機を回して更に発電を得る方式が通常です(ORCタービンより高効率・多気筒V型ピストン・エキスパンダー発電機もあり)。
水蒸気の代わりに、通常低沸点(或いは中沸点)の有機化合物(working fluids;空調用冷媒,トルエン,他)を蒸気熱媒体として使うORC発電も、蒸気タービン(Steam Rankine Cycle)と同様の燃費向上・発電量増の目的で使います。
尚、中高速型バイオ油発電、或いは(中高速型)ガス化発電,等の場合、特に中小型ORC発電設備(ORC製品例-1,
例-2,例-3、他)と組み合わせる方法も発電燃費効率の向上策として良いのですが、通常高価格でもあり全体の採算性次第です。
ORC発電は、単体でも使えますが、通常は蒸気タービン発電、或いはエンジン発電の廃熱回収発電、或いは中小型・低圧蒸気(温水)ボイラーORC、或いは地熱ORC発電、等で多く採用されています。
ORC発電の導入による発電効率は、通常の低温排熱・低沸点冷媒を使う場合(100℃以下)で8〜10%程度、更に中高温排熱・中沸点媒体(130〜150℃)ORCで13〜16%程度、最新技術の(超)高温ORC(250〜300℃)なら25〜27%程度の発電効率です。
発電効率の更なる向上策(30%以上)は、カスケード・2段ORC発電(高温ORC+低温ORC)のA-Tecガス化の例もありますが、採算性次第です。
何れにしても、単に通常大気放出されるエンジン排煙(Flue-gas)温度を熱回収操作による許容温度迄の、或いはエンジン冷却排熱温度を冷却水(空気)による許容戻り排熱温度迄の温度差分の熱回収によってORC発電を行います。
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(6) 実稼働時の燃費効率向上対策
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バイオ油発電は原料油費が売電売上額の実に60〜70%にもなります。従って、燃費効率の良いエンジンを先ず選ぶこと、
及び可能なら(新)複合発電方式の選択が最重要事項です。
加えて、実稼働時のエンジン効率を可能な限り上げる策の検討は不可欠です。
第1は摩擦抵抗減少に有効なエンジン・オイルの選択、更に効率アップの為の添加剤利用(1例は特殊Nano粒子添加剤、下記添付写真左側、、200Lドラム缶数本以上・大量注文限定)、
第2はバイオ・オイルの燃焼性能改善策としてセタン化向上剤の利用(必要なら、下記添付Blog記事も参照)、及び
3)更なる燃焼性向上対策(HHOガス)ブースターによる燃焼促進(下記添付写真中央)対策です。
HHOガスの代わりに、 水素ガス燃料があれば、こちらも同じ用途として利用可能です。
これら全ては、国内顧客SVO発電で実使用中の添加剤、装置の例です。
詳細は直接お問い合わせ下さい。
バイオ油は軽油、或いはBDFに比べ、何も対策を取らないと燃焼性能は劣ります。
これらの対策と取れば、エンジン燃費(発電効率)を5〜10%向上出来ます。
バイオ油ディーゼル・エンジン(中速型も、高速型)に限らず,ガス化による合成ガス・エンジンの他、LPGエンジン、ガソリン・エンジン等にもにも1)及び3)は適用でき有効です。
ガソリン・エンジンには、2)セタン価ではなくオクタン価向上剤となります。
下記は、実稼働時の燃費向上対策の詳細資料です。
1.バイオ油(SVO)のセタン化向上対策(1)及び続編
(2)のBlog記事はこちらです
バイオ油(SVO),及びBDFの低セタン化油対策としてセタン化向上剤添加が必要です。
他社製品と比較すれば、価格も、品質(純度)も大差だと確信しています。
お問い合わせ、購入をご希望ならお問い合わせフォームから、お問い合わせ下さい
2.各種石油・化学成分のセタン価値(PDF)、及びセタン価(CN)とオクタン価(RON)の関係の情報です
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(7)負荷試験機(ディーゼル/ガス・エンジン発電設備)
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常用/非常用ディーゼル及びガス・エンジン発電機に対し、必要な電力負荷を加え発電機の性能・機能確認を行う測定機がの負荷試験機(Load Bank)です。
ガス化発電機、及びバイオ油エンジン発電機等、定格能力の発電出力が必要です。燃料供給が不足したり、ガス化設備の保守が適切でなければ、
さらに発電機が劣化していれば、定格能力の発電ができなくなります。
更には、新設設備の場合、設計能力の発電が可能か、否かの計測による確認が必要ですが、系統接続を行わずに、これらを試験することはいろいろ困難を極めます。
非常用ディーゼル発電機なら、消防法・建築基準法規則等から、更に定期的な負荷試験確認作業が必要となります。
この様な目的に設計された機器が、常用/非常用エンジン発電機の負荷試験機です。
弊社が輸入の負荷試験機(右側の写真)は、100KW(米国製)タイプの例で、高性能、業界一のコンパクト、軽量(29Kg)、更に格安です。
負荷試験も、480V以内なら自由、3相/単相も、周波数も50Hz/60Hz何方でも使用できます。
ガス化装置の発電機であれば、(6)LiPRO、(7)APLの性能確認を本機器1基で可能です。複数基を並列接続すれば、複数基分の能力アップも可能です。
この負荷試験機メーカーでは、小型機(30KW)から、中大型機(2.5MW迄)、各種製品が取り揃えてあります。他社製品なら、更なる大型機もあります。
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エンジン発電機保守作業を行う方、これらの機器は必要不可欠です。同様にガス(ディーゼル)エンジン発電機を並列接続設置の方、勿論世の中にはレンタル機もありますが、極めて高価です。
数回利用すれば、購入の方が有利となります。
国産機もありますが、こちらも、ガス化設備等と同様に、想像以上に極めて高価です。弊社では、比較的格安の米国製品がお薦めです。
これら機器等を使い実際に法定負荷試験を行う負荷試験ビジネス業の方、これら機器類レンタル業を含め、負荷試験機の購入、レンタル希望の方、或いは負荷試験依頼を希望される方、等々、
具体的には直接お問い合わせ下さい。
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