К.А. Пайков – ЗАО «НГ-Энерго»

ОАО «Сургутнефтегаз» является одним из лидеров среди нефтегазовых компаний по использованию электростанций собственных нужд, работающих на попутном нефтяном газе. В 2007 году производственно-инжиниринговая компания «НГ-Энерго» построила под ключ и ввела в эксплуатацию газопоршневую электростанцию на Восточно-Сургутском месторождении.

Электростанция на Восточно-Сургутском месторождении предназначена для электроснабжения потребителей дожимной насосной станции (ДНС). Установленная мощность ГПЭС составляет 5,48 МВт. Станция выполнена на базе четырех газопоршневых агрегатов Cummins QSV81 единичной мощностью 1370 кВт. Она является основным источником энергии и полностью обеспечивает потребности ДНС № 2.
Компанией «НГ-Энерго» выполнен полный комплекс работ по строительству ГПЭС – от предпроектного обследования, анализа состава попутного нефтяного газа и подготовки проектно-сметной документации до разработки технологического регламента и ввода станции в эксплуатацию. Осуществлены монтажные и пусконаладочные работы, запуск оборудования ГПЭС, проведено также практическое обучение обслуживающего персонала.
Станция может работать в двух режимах – автономно, обеспечивая собственные нужды потребителей ДНС, и параллельно с сетью. При необходимости избыток электроэнергии может передаваться в сеть 35 кВ для обеспечения нужд сторонних потребителей. Перетоки мощности между ГПЭС и сетью 35 кВ могут регулироваться оператором с центрального пульта управления энергосистемой.
ГПЭС работает на специально подготовленном попутном газе – других энергоресурсов для ее работы не требуется. Подготовка газа заключается в очистке от примесей и осушке. Работа на обедненной газовой смеси (избыточное содержание воздуха) обеспечивает низкий уровень эмиссии в выхлопных газах – содержание оксидов азота NOx составляет не более 350 мг/м³, что соответствует ГОСТ Р 52408-05 и на 70% стандарту ТА-Luft. По требованию заказчика возможна установка дополнительного оборудования, при использовании которого содержание NOx в выхлопе снижается до 0,2 г/кВт•ч. Уровень эмиссии НС, СО, РМ в отработавших газах электростанций Cummins соответствует самым жестким действующим нормам по охране окружающей среды.
Двигатели Cummins QSV81 работают без снижения мощности на топливном газе с метановым числом от 52. При этом для топлива с различным значением метанового индекса разработано несколько модификаций двигателей – со степенью сжатия 10,5; 11,4; 12,0. В двигателях с выбранной степенью сжатия при изменении метанового индекса газа происходит автоматическая подстройка параметров установки, что обеспечивает номинальную мощность энергоблока. Если метановый индекс применяемого газа снижается до 38, уменьшение выходной мощности составляет не более 30%.
Датчики контроля параметров подаваемой топливной смеси установлены на каждом цилиндре двигателя. Они обеспечивают измерение основных параметров – температуры, объема и состава нагнетаемой смеси, а также давления подачи. На основании получаемых данных микропроцессорный контроллер двигателя автоматически регулирует поток газа и подачу воздуха, а также, меняя момент зажигания, смещает процесс горения из зоны детонации.
Минимальное необходимое давление топливного газа для двигателя составляет до 0,02 МПа. Таким образом, отпадает необходимость использования дожимных установок, что, в свою очередь, делает систему менее громоздкой и уменьшает капиталовложения.
Cummins QSV81 созданы специально для работы на газовом топливе, с учетом специфики газового цикла при частоте вращения коленвала 1500 об/мин. Стоимость высокооборотных двигателей, по сравнению с низкооборотными, значительно ниже. Кроме того, габариты генераторов и генераторной установки с высокооборотным двигателем также существенно меньше.
В агрегатах применена камера сгорания открытого типа. В связи с этим температурный режим, в отличие от двигателей с предварительной камерой сгорания, менее напряженный, что обусловливает более высокий срок службы установки. Степень сжатия в цилиндре составляет 12...16 – это создает менее нагруженный механический и тепловой режим и обеспечивает тем самым долговечность основных узлов двигателя и повышенный срок службы. Регламентированное время наработки агрегата до первого капремонта составляет 60 тыс. моточасов.
Новая ГПЭС оснащена системой осциллографирования параметров вырабатываемой электроэнергии с целью локализации аварийных событий и анализа развития возможных аварий. Такая система впервые применена на подобных станциях. Чтобы обеспечить обслуживание электростанции и всех ее узлов и агрегатов по фактическому состоянию, установлена система контроля диагностируемых параметров. По мере набора статистических данных эта система может переходить на обслуживание не в соответствии с регламентируемыми параметрами, такими как наработка и время эксплуатации, а по фактическому состоянию узлов и агрегатов.
Генераторные установки оснащены цифровой системой управления и защитой GCP, которая обеспечивает автоматическую синхронизацию, ввод агрегатов в параллельную работу и распределение нагрузки между ними. Принцип работы системы регулирования мощности заключается в эффективном воздействии на электронные блоки управления двигателем и систему возбуждения генератора. Это приводит к минимизации потерь мощности при параллельной работе нескольких энергоблоков – суммарные потери, таким образом, не превышают 0,5% от генерируемой мощности.
Результаты параллельной работы ГПЭС в составе до 12 агрегатов показывают даже существенно меньшие потери общей мощности. Система управления генераторных установок позволяет принимать до 50% нагрузки в один прием с сохранением значений частоты и напряжения в допустимых для нагрузки пределах.
На всех уровнях САУ применяются контроллеры, управляющие работой узлов и агрегатов электростанции, и центральный контролер, через который происходит автоматическое или полуавтоматическое (т.е. в режиме вмешательства оператора) управление режимами работы узлов, агрегатов и систем электростанции.
Проектные, конструкторские и технологические решения, примененные в ГПЭС, – типовые для аналогичных электростанций, построенных компанией. Но при этом каждая станция имеет свои особенности, которые связаны с использованием новых технических достижений и требованиями конкретного заказчика.
Энергоблоки установлены на открытой площадке. Контейнеры машинного зала объединены в один модуль, что обеспечивает лучшие условия эксплуатации оборудования. Центральный пульт управления вынесен в отдельное здание – это позволило организовать комфортные условия для работы оператора. Участие персонала при эксплуатации ЭСН заключается в контроле параметров функционирования станции, управлении работой систем и проведении планового технического обслуживания агрегатов. Оперативный персонал электростанции – два человека. Управление всеми технологическими процессами при работе станции осуществляется с центрального пульта управления.
ГПЭС на Восточно-Сургутском месторождении – это одна из ряда электростанций, которые компания «НГ-Энерго» планирует в ближайшие годы построить на месторождениях Сургутнефтегаза для работы на попутном нефтяном газе.