Типовые решения компании «Сименс» на примере проекта ТЭЦ «Международная»

А.В. Гущин, С.В. Медведев, В.Е. Торжков – ООО «Сименс»

В Москве на Краснопресненской набережной, на территории общей площадью около 60 га, ведется строительство Московского международного делового центра «Москва-Сити» (ММДЦ), представляющего собой концентрированную деловую зону. В состав Делового центра входят офисные здания, торговые и культурно-развлекательные объекты, апартаменты и гостиницы. На сегодня ММДЦ «Москва-Сити» является самым крупным инвестиционным и строительным проектом в России. Завершение строительства ММДЦ и пуск в эксплуатацию объектов на его территории планируется осуществить в 2010 году.
Для полноценного функционирования Международного делового центра необходимо было создать комплексную инженерную инфраструктуру с собственными источниками энерго- и теплоснабжения. Чтобы обеспечить надежное и эффективное энергоснабжение объекта, Правительством Москвы было принято решение о строительстве тепловой электростанции в непосредственной близости от ММДЦ. При этом особое внимание уделялось экологической безопасности станции.
Для реализации проекта ТЭЦ «Международная» (ранее ТЭЦ «Москва-Сити») была выбрана парогазовая технология. Это обусловлено тем, что электростанции с парогазовыми установками имеют более высокий КПД, чем станции, работающие в простом цикле. Другое важное преимущество ПГУ – меньшие капитальные затраты и более короткие сроки ввода в эксплуатацию по сравнению с традиционными паротурбинными электростанциями.
Проектированием станции занималась компания «Сименс», которая является не только производителем газовых и паровых турбин, но также и поставщиком комплексных решений на базе производимого оборудования. Проект предусматривал строительство двух парогазовых блоков на базе типовой электростанции «Сименс» – SCC-800 2x1 DH (Siemens Combine Cycle District Heating plant – теплофикационная электростанция комбинированного цикла в составе двух газовых турбин SGT-800 и одного парового турбоагрегата).
При возведении первой очереди ТЭЦ компания «Сименс» осуществляла комплектную поставку всего оборудования электростанции. В 2003 году по не зависящим от компании причинам реализация проекта была заморожена на стадии пусконаладочных работ. В настоящий момент с участием специалистов компании «Сименс» ведутся подготовительные работы к пуску энергоблока, который планируется ввести в эксплуатацию в текущем году.
В июне 2005 г. между Правительством Москвы и ОАО «ВО «Технопромэкспорт» был подписан инвестиционный контракт на строительство второй очереди ТЭЦ «Международная». Генеральным проектировщиком выступил институт «Теплоэлектропроект» – филиал Инженерного центра ЕЭС, генеральный подрядчик строительства – ОАО «ВО «Технопромэкспорт».
В ноябре прошлого года новый энергоблок был введен в эксплуатацию. Срок строительства второй очереди электростанции в условиях плотной городской застройки составил всего 18 месяцев. Суммарная площадь, занимаемая двумя блоками ТЭЦ, составляет 3 га. Планируется, что свободные мощности станции будут использоваться для энергообеспечения близлежащих жилых кварталов.
Вторая очередь ТЭЦ была реализована на базе проектных решений «Сименс». Компания выполнила оптимизацию рабочего цикла и тепловой расчет ПГУ, осуществила поставку газотурбинных энергоблоков и паротурбинной установки, АСУ ТП (ПТК) блока ПГУ, а также шефмонтажные и пусконаладочные работы.
Из основного оборудования в состав второго блока ТЭЦ входят два промышленных газотурбинных агрегата SGT-800 производства Siemens Industrial Turbomachinery АВ, Швеция (SIT АВ), два котла-утилизатора двух давлений (Austrian Energy s.r.o., Чехия) и одна паротурбинная установка SST-700 (SIT АВ).

Тепловая схема второго энергоблока

Газовое топливо из топливного коллектора и цикловой воздух из компрессора подаются в камеру сгорания газовой турбины. Продукты сгорания из газовых турбин поступают в котлы-утилизаторы двух давлений, в которых тепло отработавших газов используется для производства перегретого пара. Пар высокого давления поступает в головную часть паровой турбины. Пар, произведенный в контуре низкого давления котлов-утилизаторов, подается в проточную часть турбины через промежуточный подвод пара. Паровая турбина – однопоточная, противодавленческого типа. Использование в данной схеме турбины с противодавлением обусловлено значительной тепловой нагрузкой в течение всего года.
Электроэнергия производится тремя четырехполюсными генераторами с частотой вращения ротора 1500 об/мин. Привод двух генераторов осуществляется газовыми турбинами (через понижающие редукторы), третий генератор вращается паровой турбиной.
Нагрев сетевой воды осуществляется в двух пароводяных подогревателях. В первый подогреватель пар поступает из выхлопа паровой турбины, второй подогреватель питается из промежуточного отбора. Летом, когда потребность системы централизованного теплоснабжения в тепловой энергии снижается, часть сетевой воды охлаждается в сухих градирнях.
Конденсат из подогревателей сетевой воды поступает в атмосферный деаэратор, куда для подогрева конденсата и организации процесса его деаэрации подводится пар, отбираемый от паровой турбины. Из деаэратора с помощью питательных насосов высокого и низкого давления питательная вода подается в соответствующие нагревательные контуры котлов-утилизаторов. Питательный насос контура высокого давления снабжен регулируемым электроприводом, что обеспечивает эффективное управление подачей воды в контур высокого давления котлов-утилизаторов.
Для обеспечения гибкости процесса эксплуатации энергоблока в схеме предусмотрена система байпасирования паровой турбины. Данная система включается в работу при пусках и остановах турбины, а также в случаях сброса нагрузки или ее отключении. При байпасировании пар из котлов-утилизаторов, минуя паровую турбину, направляется в сбросной конденсатор, где, конденсируясь, отдает часть своей теплоты сетевой воде.
Для покрытия пиковых тепловых нагрузок в зимний период времени предусмотрен пиковый водогрейный котел тепловой мощностью 120Гкал/ч.

Газотурбинные двигатели SGT-800

Промышленная газовая турбина SGT-800 номинальной мощностью 45 МВт и КПД 37% (в настоящее время компания «Сименс» предлагает модернизированный вариант – мощностью 47 МВт и КПД 37,5%) оптимизирована для использования ее в парогазовом цикле. Высокая температура и большой массовый расход отработавших газов турбины позволяют организовать в котле-утилизаторе производство значительного количества пара с высокой потенциальной энергией. Высокие параметры пара дают возможность получить высокий КПД при выработке электроэнергии в паровом цикле, что положительно сказывается на эффективности всего парогазового блока.
Кроме того, данный агрегат характеризуется низким уровнем выбросов вредных веществ в атмосферу в широком диапазоне нагрузок. Это достигается за счет применения кольцевой камеры сгорания с системой сухого подавления выбросов (DLE – Dry Low Emission) третьего поколения. Конструкция камеры сгорания не требует использования дорогостоящей системы впрыска воды или водяного пара для подавления выбросов. Газовая турбина SGT-800 соответствует строгим стандартам по уровню шума, что также немаловажно при возведении электростанций в черте города.

Паровая турбина SST-700

SST-700 – 14-ступенчатая паровая турбина с противодавлением номинальной мощностью 30 МВт – предназначена для работы в теплофикационном режиме. Пар в первый сетевой подогреватель поступает из выхлопа турбины, второй подогреватель питается от нерегулируемого отбора пара. В конструкции турбины также предусмотрены один промежуточный подвод пара и нерегулируемый отбор пара на деаэратор. Паровая турбина является одноцилиндровой, однопоточной и имеет облопачивание активного типа. Поскольку SST-700 – высокооборотная турбина, привод генератора осуществляется через понижающий редуктор.
Следует отметить, что аббревиатура SST-700 не является обозначением конкретного турбоагрегата. Это маркировка использованной при создании турбины платформы, которая включает в себя набор предварительно спроектированных различных узлов турбоагрегата. Их комбинация позволяет создавать паровые турбины на различные параметры.
Используя платформу SST-700, можно изготавливать одно- или двухцилиндровые турбоагрегаты в диапазоне мощности от 30 до 130 МВт. Такой гибкий подход дает возможность создавать турбоагрегаты, наиболее полно отвечающие потребностям заказчика. Как положительный факт можно отметить также более короткий срок изготовления и меньшие затраты при производстве турбин, состоящих из предварительно спроектированных компонентов.
В общем случае, набор платформ «Сименс» позволяет создавать паровые турбины для различного применения и на различные параметры в диапазоне мощностей от сотен кВт до 200 МВт и выше.

Решения компании «Сименс» для ПГУ

При строительстве ТЭЦ «Международная» были использованы две различные схемы реализации проекта. При возведении первого блока компания поставляла комплектную электростанцию, проект которой был выполнен на основе типового парогазового теплофикационного дубль-блока SCC-800 2x1 DH. Для второй очереди в объем поставки «Сименс» вошли только комплект турбоагрегатов ПГУ и АСУ ТП блока.
Ниже приведена информация о наборе оборудования и объеме услуг «Сименс» для различных вариантов поставки.
Отдельный турбоагрегат (Turbine Package). В объем поставки входит собственно турбоагрегат, его система управления и вспомогательные системы. Компания «Сименс» гарантирует технические характеристики данного турбоагрегата, осуществляет его шефмонтаж и пусконаладку. Интеграция оборудования и оптимизация рабочего цикла ПГУ в данном случае входит в зону ответственности заказчика.
Комплект турбоагрегатов ПГУ (Power Train). Заказчик получает газовый(е) и паровой(ые) турбоагрегаты, локальные системы управления и вспомогательные системы. В данном случае «Сименс» выполняет оптимизацию рабочего цикла и производит расчет теплого баланса всей ПГУ. Кроме того, компания выдает гарантию на технические характеристики всей установки и осуществляет шефмонтажные и пуско-наладочные работы.
Силовой остров ПГУ (Power Island). Кроме комплекта турбоагрегатов ПГУ в объем поставки входит котел-утилизатор, ответственная арматура (клапаны, задвижки), конденсатные и питательные насосы. Компания «Сименс» также поставляет оптимизированную систему управления силовым островом. Кроме этого, заказчику выдается гарантия на технические характеристики всего силового острова парогазовой установки.
Комплектная парогазовая электростанция (Power Plant). Станция представляет собой силовой остров ПГУ в комплекте с механическим и электрическим вспомогательным оборудованием и системой управления всей электростанцией (АСУ ТП). При выборе данного объема поставки компания выполняет оптимизацию технологического процесса электростанции и выдает гарантию на все поставляемое оборудование.
Приведенная классификация типовых объемов поставки оборудования не является жестко фиксированной – в каждом случае комплектность поставки зависит от технических требований и предпочтений заказчика.

Типовые решения «Сименс» в области ПГУ

Компания предлагает большой выбор типовых парогазовых электростанций в широком диапазоне мощностей.
Типовая электростанция имеет обозначение SCC-X00 NxM L,
где SCC – Siemens Combine Cycle plant (электростанция «Сименс» комбинированного цикла);
N – количество газотурбинных агрегатов (и котлов-утилизаторов);
М – количество паровых турбин;
Х00 – тип газовой турбины, на базе которой спроектирована электростанция (например «800» означает, что в состав ПГУ входит газотурбинная установка SGT-800);
L – буква или комбинация букв, обозначающих тип паровой турбины: С (Condensing) – конденсационная; СЕ (Condensing & Extraction) – конденсационная с производственным отбором пара; DH (District Heating) – с отбором(ами) пара на централизованное теплоснабжение; В (Back pressure) – турбина с противодавлением.
Возможна также реализация ПГУ с дожиганием топлива в котле-утилизаторе. В этом случае к обозначению электростанции добавляются буквы SF - Supplementary Firing (дожигание).
Основные параметры конденсационных типовых станций SCC-800, созданных на базе газовых турбин SGT-800 (согласно ISO): электрическая мощность 64,4 МВт (1x1 С), 129 МВт (2x1 С) и 193,5 МВт (3x1 С); электрический КПД, соответственно, составляет 53,4%; 53,5%; 53,5%.
Также модельный ряд оборудования включает типовые электростанции, работающие в когенерационном цикле (ГТУ-ТЭЦ). Например, SSC-300 Cogen – это ГТУ-ТЭЦ на базе газотурбинного агрегата SGT-300 (SSC – Siemens Simple Cycle plant – газотурбинная электростанция «Сименс», работающая в простом цикле).
Применение при строительстве нового блока уже отработанных и проверенных технических решений, которые выполнены на основе хорошо зарекомендовавшего себя в ранее реализованных проектах набора оборудования, снижает риски при реализации проекта и обеспечивает более высокой уровень надежности работы всей электростанции. Специалисты компании, основываясь на опыте эксплуатации уже существующих объектов, постоянно работают над улучшением характеристик и повышением надежности работы оборудования типовых электростанций.
Типовая электростанция проектируется как единый модуль, что позволяет обеспечить высокий уровень функциональности и управляемости станции. Большим преимуществом для заказчика является возможность работы только с одним поставщиком, а также получение от компании «Сименс» гарантии на поставленное оборудование электростанции.
Как уже было отмечено выше, особенностью проекта ТЭЦ «Международная» является то, что и первый, и второй блок этой электростанции строились на основе проектных решений «Сименс», но с различной степенью участия компании в их исполнении. Если не рассматривать возможность поставки отдельных турбоагрегатов, то можно сказать, что данная ТЭЦ – пример практически максимального диапазона возможной степени вовлеченности компании в реализацию проекта – от поставки комплекта турбоагрегатов ПГУ до поставки комплектной парогазовой электростанции.
В силу этого потенциальный заказчик может, учитывая опыт строительства ТЭЦ «Международная», выбрать оптимальную схему реализации своего проекта, основываясь на собственных предпочтениях и возможностях. Турбины и Дизели