А.В. Коротков (к.т.н.), Н.В. Погодин (к.т.н.), С.Ю. Чикин, С.И. Мартыненко – ООО «МПП «Энерготехника», г. Саратов

Энергетическая стратегия России на период до 2030 года предполагает широкое развитие распределенной генерации электрической энергии, улучшение экологических характеристик традиционных энергоустановок.
Компания «МПП «Энерготехника», имея 25-летний опыт работы на объектах энергетики, последние 8 лет работает над созданием газотурбинных электростанций нового поколения. За этот период разработаны универсальные технические решения для производства новых энергоблоков, а также для ремонта и модернизации существующих электростанций на базе конструктива «Корвет», которые успешно эксплуатируются с 2009 года на объектах ОАО «Газпром», в том числе и в условиях экстремально низких температур.
«Корвет», как унифицированное решение модульной конструкции, позволяет применять различные модели двигателей и генераторов при строительстве новых энергоблоков заводской готовности. Поэтому все базовые элементы конструктива «Корвет» мы максимально использовали и в новых модификациях ГТЭС.

Наиболее распространенными газотурбинными электростанциями малой мощности в России являются ПАЭС-2500. Как свидетельствует опыт эксплуатации объектов энергетики ОАО «Газпром», мощность 2,5 МВт зачастую является избыточной, электростанции работают в неоптимальном диапазоне нагрузок, что снижает эффективность и ресурс двигателя. Более целесообразно использовать энергоблоки единичной мощностью 1,5…2,0 МВт, что позволяет обеспечивать эффективную загрузку агрегатов.
В связи с отсутствием на отечественном рынке энергетического газотурбинного двигателя малой и средней мощности, было принято решение использовать для развития ряда электростанций «Корвет» один из самых современных и эффективных газотурбинных приводов японской компании Kawasaki Heavy Industries (КНI).
В рамках Программы сотрудничества ОАО «Газпром» и Агентства природных ресурсов и энергетики Японии предприятие «Энерготехника» в 2012 г. получило техническое задание на создание ЭГТЭС Корвет-1,7К мощностью 1,7 МВт с применением газовой турбины M1A-17D компании Kawasaki. Она является новейшей разработкой КНI и за счет применения камеры сгорания особой конструкции с сухим подавлением выбросов (DLE) имеет отличные экологические показатели (NO_x < 15 ppm). Номинальная частота вращения турбины составляет 21964 об/мин.
Сверхнизкий показатель массы турбины (1470 кг) обусловлен широким применением композитных материалов и керамики, из которых изготовлены, например, лопатки рабочего колеса. Керамика устойчива к работе при повышенных температурах, менее склонна к загрязнению, чем металлы. За счет этого удалось получить механический КПД 28 %.
Для пилотной партии энергоблоков применен современный генератор 1DC 1028 компании Siemens с повышенной нагрузочной способностью для реализации потенциала турбины при отрицательных температурах. При понижении температуры до –20 °С мощность турбины повышается до 2,1 МВт, поэтому такое решение позволяет иметь необходимый для зимнего периода запас мощности без дополнительных затрат (нужно отметить, что энергоблок ЭГТЭС Корвет-1,7К был признан проектом года Siemens в России).
Практически через два года после стартовых встреч с представителями KHI специалистами МПП «Энерготехника» была разработана конструкторская документация и за счет собственных средств изготовлены пять энергоблоков Корвет-1,7К. Инженерам пришлось решать сложные задачи: при отсутствии двигателя и комплектующих, при минимуме информации нужно было привязать турбину и генератор, адаптировать проверенное оборудование (КРУ «КРУИЗ», ШУВГм-5.1, СТС-3К) и разработать модификации под новый двигатель (СВАТ3МР, ШСУ, ШСН).
При доработке оборудования был проведен отбор поставщиков комплектующих с целью улучшения качества, а также импортозамещения, повышена технологичность производства, а также расширен функционал устройств. Так, например, универсальный регулятор напряжения СВАТ-3, до сих пор остающийся одним из лучших по соотношению цена/качество, в модификации МР обеспечивает автоматическую синхронизацию генераторного и сетевого напряжения, включение/отключение генераторного выключателя. Расширен список технологических защит СВАТ, повышено быстродействие регулятора, появилась возможность оперативного программирования со встроенного дисплея, доработана оболочка верхнего уровня.
Перед японскими специалистами также стояла нетривиальная задача: одним из условий поставки был перевод систем управления двигателя с контроллеров Omron на более распространенный в нашей стране Simatic S7.
Системы управления были адаптированы как для автономной работы в «островном» режиме, так и для параллельной работы с энергосистемой или другими генераторами, с соблюдением требований российских стандартов по электромагнитной совместимости.
Из основных элементов ЭГТЭС Корвет-1,7К был доработан только воздухозаборный тракт, куда включено воздухоочиcтительное устройство (ВОУ) класса F8 с кассетными комбинированными фильтрами системы EMW VK-KW. В ВОУ встроены противообледенительные теплообменники, обеспечивающие при необходимости подогрев циклового воздуха при низких температурах.
Конструктив «Корвет» и его системы позволили использовать японский двигатель в широком диапазоне температур (от –63 °С до +40 °С), снизить уровень шума и вибрации до санитарных норм РФ.
Энергоблок устанавливается на металлические сваи, заполняемые бетоном. Поскольку в составе ЭГТЭС применяется новый тип трансмиссии с эластокинематической муфтой, значительно снижаются требования к нивелировке контейнера и центровке валов.
Для проведения заводских испытаний предприятие «Энерготехника» построило стенд на площадке Приволжского ЛПУ МГ ООО «Газпром трансгаз Саратов». Он обеспечивает как автономную работу ЭГТЭС Корвет-1,7К на нагрузочные устройства, так и выдачу генераторного напряжения на промышленную нагрузку ЛПУ.
В проведении пусконаладочных работ участвовали и японские специалисты, отметившие высокое качество изготовления ЭГТЭС и грамотность инженерно-технического персонала предприятия.
В программу ПНР и стендовых испытаний входили проверки каналов контроля и управления САУ, технологических защит, механизмов и вспомогательных систем энергоблока, холодная прокрутка двигателя, запуск на холостой ход, набросы и сбросы нагрузки до 1 МВт, работа под нагрузкой в течение 72 часов.
ЭГТЭС Корвет-1,7К подтвердил высокие эксплуатационные показатели. Сбросы и набросы нагрузки высокооборотного двигателя в сочетании с достаточно массивным генератором не вызывали отклонений частоты, выходящих за пределы допустимых параметров, время переходного процесса оказалось меньше заявленного в два раза.
После проведения всех видов проверок энергоблок был представлен межведомственной комиссии, которая выдала Акт, разрешающий применение пилотной партии ЭГТЭС Корвет-1,7К на объектах ОАО «Газпром».
Прошедший испытания энергоблок готовится к отгрузке для опытно-промышленной эксплуатации на площадке Копейского завода изоляции труб. Для повышения энергоэффективности проект привязки предусматривает установку теплоутилизатора мощностью до 2,4 МВт для отопления и горячего водоснабжения производственных объектов.
Теплоутилизатор при этом конструктивно выполнен таким образом, что позволяет организовать работу без заполнения его теплоносителем, подача теплоносителя в горячий теплообменник также является штатным режимом продувки.
Все оборудование ЭГТЭС Корвет-1,7К сертифицировано для применения на территории стран Таможенного Союза, также имеется сертификат системы «ГазпромСерт».
Помимо строительства новых электростанций, перспективным выглядит уже отработанное решение по модернизации существующих энергоблоков типа ПАЭС-2500 или аналогов с применением конструктива «Корвет». Там, где позволяет технологический режим, двигатель АИ-20 (или Д-30 для ПАЭС-2500М) можно заменить современной турбиной Kawasaki, а также остальное устаревшее или выработавшее свой ресурс оборудование – более современным из состава конструктива «Корвет». Заказчик в таком случае получает новую электростанцию, отвечающую всем требованиям безопасности и экологическим нормам, причем с минимальными капитальными затратами.