Я.М. Швыряев, к.э.н. – ООО «НафтаСиб Энергия»
В.Ф. Александров – ЗАО «ТЭПинжениринг»

В ходе реализации проекта внедрена схема, исключающая участие посредников. Взаимодействие заказчика, подрядчиков и поставщиков оборудования осуществлялось напрямую. Это позволило в два раза сократить стоимость проекта и сроки его реализации в сравнении с аналогичными электростанциями.

В конце мая 2009 года введена в эксплуатацию газотурбинная электростанция «Коломенское». ГТЭС, построенная ООО «НафтаСиб Энергия» (инвестор – группа «НафтаСиб»), стала первой из восьми станций, сооружаемых на крупных межрайонных котельных Москвы.
Газотурбинные установки когенерационного цикла позволяют экономить около 30% природного газа, по сравнению с раздельным производством тех же объемов тепла и электроэнергии.
Для снижения потерь при обеспечении потребителей электрической и тепловой энергией Правительством Москвы принята программа строительства восьми современных газотурбинных электростанций общей стоимостью $2 млрд. Выполнение программы идет с отставанием – ООО «НафтаСиб Энергия» стало единственной компанией, которая смогла обеспечить ввод станции в эксплуатацию соответственно плану.
Проект реализован в соответствии с распоряжением Правительства Москвы «Об итогах закрытого конкурса по выбору инвестора на реализацию инвестиционного проекта строительства ГТЭС «Коломенское» и с инвестиционным контрактом.
В общую сумму строительства ГТЭС, которая составляла $262 млн, 30% вложила группа «НафтаСиб», на остальную сумму предоставила кредиты государственная корпорация «Внешэкономбанк», при этом была использована лизинговая схема поставок оборудования через ОАО «ВЭБ-лизинг».
С учетом продажи электроэнергии и тепла по утвержденным тарифам РЭК планируется окупить инвестиции в течение восьми лет. Приемлемый срок окупаемости позволил строить станцию на условиях проектного финансирования – основную долю расходов по строительству берет на себя сторонний инвестор.
Удельные капитальные вложения на 1 кВт энергии по ГТЭС «Коломенское» составили 35 тыс. рублей, с внешними сетями и лизинговыми платежами – 41 тыс. рублей. Работы на станции были начаты 18.07.2007 г., разрешение на ввод в эксплуатацию получено 26.05.2009 – таким образом, строительство заняло всего 22 месяца.
Особенность ГТЭС «Коломенское» в том, что она расположена в зоне жилой застройки, к ней предъявляются повышенные требования по эмиссии и шумовым характеристикам. ГТЭС соответствует действующим санитарным нормам с большим запасом.
Станция обеспечивает энергией потребителей южного округа Москвы – района Москворечье-Сабурово. Электрическая мощность ГТЭС составляет 135 МВт, тепловая – 171 Гкал/ч. Горячая вода поступает непосредственно в сети МОЭК, в результате потери тепла сведены к минимуму.
На ГТЭС оптимально сочетаются передовые западные технологии и хорошо зарекомендовавшее себя отечественное оборудование:
•    газотурбинные установки SGT-800 (Siemens) стационарного типа сочетают высокий КПД с надежностью и ремонтопригодностью оборудования;
•    котлы-утилизаторы (производства ОАО «ЗиО-Подольск»), позволяющие эффективно утилизировать тепло уходящих газов ГТУ, обеспечивают выработку необходимого количества тепловой энергии во всем диапазоне температур наружного воздуха.
Выбранная конфигурация оборудования позволяет достичь коэффициента использования тепла топлива ГТЭС на уровне 82,9%.

Реализация проекта

ООО «НафтаСиб Энергия» осуществляло конкурсный отбор поставщиков оборудования и подрядчиков по строительству, организовало процесс проектирования ТЭС. Кроме того, была проведена весьма сложная работа по освобождению земельного участка от объектов несанкционированной застройки.
Нельзя не отметить большую помощь, которую на протяжении всего строительства электростанции оказывало ОАО «МОЭК».
Генпроектировщик станции – ЗАО «ТЭП-инжениринг». При разработке задания на проектирование ГТЭС было проработано много вариантов, чтобы выбрать оптимальный. Решения по компоновке здания главного корпуса и сооружений на площадке обусловлены размерами территории, наличием на площадке действующих инженерных коммуникаций, технической зоны метрополитена, а также характеристиками основного и вспомогательного оборудования и др.
На площадке электростанции (1,7 га) находились городские сети и коммуникации, которые были вынесены из зоны строительства либо реконструированы. В частности, был реконструирован городской водосточный коллектор диаметром 1,5 м, расположенный на глубине 11 м, переустроены приемные камеры и колодцы. Вынесены из зоны строительства двухтрубная теплотрасса и газопровод, подающий газ на РТС «Коломенская», районные сети на 10 кВ, а также городской водопровод.
Проанализировав вариант присоединения электростанции к сетям 110 кВ МОЭСК через ПС «Сумская», специалисты ООО «НафтаСиб Энергия» предложили выполнить его через ВЛ 220 кВ на шины КРУЭ-220 кВ. При разработке проекта отказались от установки двух ДЭС на 10 кВ мощностью 4 МВт и общей стоимостью около 100 млн рублей – вместо них установлены две ДЭС 0,4 кВ по 320 кВт для аварийного резерва, стоимость которых составила 4,7 млн.

Главный корпус станции

Машинное и котельное отделения главного корпуса располагаются в двухпролетном здании размерами 84x50x13 м (котельное отделение с пролетом 20 м, машинное – с пролетом 30 м). Высота до уровня ферм перекрытия в машинном отделении составляет 11,5 м, в котельном – 19,5 м. С одного торца здания к машинному залу примыкает отделение электротехнических устройств, с другого торца – пункт подготовки газа с дожимными компрессорами и узлом очистки и учета расхода.
В котельном отделении возле каждого котла на нулевой отметке установлены сетевые насосы и насосы рециркуляции, расположены магистрали ввода и вывода обратной и прямой сетевой воды, коллекторы трубопроводов сетевой воды с секционными задвижками.
В машинном отделении на нулевой отметке размещаются ГТУ со вспомогательным оборудованием. Вентиляция кожуха ГТУ выполнена с забором воздуха и выхлопом над кровлей машинного отделения. На кровле машинного отделения располагаются КВОУ, коллектор газопровода, площадки для обслуживания оборудования.

Газотурбинные установки

В основе станции – три установки SGT-800. Модульное исполнение, малое количество деталей, высокий ресурс компонентов и простота обслуживания гарантируют продолжительный период между капремонтами и низкие эксплуатационные затраты.
Надо отметить, что по существующей в мире традиции газотурбинным установкам присвоили имена – «Наталия», «Екатерина» и «Анастасия» (что подчеркивает отношение компании к реализованному проекту).
Ротор компрессора и трехступенчатая турбина ГТУ опираются на два гидродинамических сегментных подшипника с самоустанавливающимися колодками. Генератор находится с холодного конца установки, что обеспечивает простую и эффективную конструкцию выхлопа.
Высокая эффективность компрессора обеспечивается за счет аэродинамических профилей с управляемым пограничным слоем. Первые три ступени имеют изменяемую геометрию. Минимизация утечек на концах лопаток достигается за счет истираемых уплотнений на 4-15-й ступенях. Обоймы лопаток секции высокого давления (ступени 11-15, лопатки которых имеют малую длину) изготовлены из сплава с низким коэффициентом расширения, что позволяет сохранять минимальные зазоры.
В ГТУ применена малоэмиссионная камера сгорания кольцевого типа, которая обеспечивает эмиссии NOx и СО менее 15 ppm (15% О₂) при работе на природном газе.
Генератор соединяется с двигателем через редуктор параллельного типа с двойным косозубым зацеплением. Пусковой электромотор с переменной частотой вращения соединен с редуктором через самосинхронизирующуюся обгонную муфту и специальный пусковой привод.
Система управления SGT-800 выполнена на средствах Simatic S7 и имеет контроллеры серии AS400 со станциями ввода/вывода серии ЕТ-200М. Интерфейс «человек-машина» включает станцию оператора с графическим цветным монитором и резервный пульт управления.
Электрооборудование, оборудование САУ, шкафы управления установкой и аккумуляторные батареи размещены в модульном локальном пункте управления, расположенном рядом с ГТУ.
Звукотеплоизолирующий кожух ГТУ закрывает рамы основного и вспомогательного оборудования, включая двигатель и диффузор выхлопа. В КВОУ имеется двухступенчатый сменный воздушный фильтр, шумоглушитель и теплообменник противообледенения.
ГТУ SGT-800 удобна в техническом обслуживании. Одна сторона двигателя свободна от трубной обвязки, кабелей и соединений, что упрощает проведение инспекций. На двигателе предусмотрены бороскопические отверстия для обследования ступеней компрессора. На передней стороне камеры всасывания установлен люк с прозрачным армированным окном для доступа к конфузору компрессора.
Корпус компрессора имеет вертикальный разъем вдоль оси, обеспечивающий легкий доступ к ротору и деталям статора. Средняя линия ротора, находящаяся на высоте 1,5 м от уровня пола, создает дополнительное удобство при инспекциях. Конструкция камеры сгорания позволяет проводить замену каждой из тридцати DLE-горелок без демонтажа корпуса КС, что также упрощает инспектирование.
Внутри кожуха ГТУ установлена кран-балка и предусмотрено свободное пространство вокруг установки для прохода обслуживающего персонала.

Котлы-утилизаторы

Котлы-утилизаторы работают в связке с ГТУ. Отпуск тепла осуществляется по графику 150/70 °С со срезкой на 130 °С за счет подмеса обратной сетевой воды в существующие сети РТС. Котел-утилизатор имеет вертикальный профиль, собственный каркас, газоплотную внутреннюю обшивку, внешнюю теплозвукоизоляцию и декоративную обшивку. Над котлом устанавливается дымовая труба, ствол которой имеет собственный каркас, совмещенный с каркасом котла. Внутренний диаметр трубы – 3200 мм, высота трубы – 70 метров.
По газовому тракту котел соединяется с фланцем ГТУ через компенсатор, после которого устанавливается горизонтальный диффузор с компенсатором перед котлом, поворотный короб, вертикальный короб поверхности нагрева. За поверхностью нагрева установлен двухступенчатый шумоглушитель, конфузор, газоход к дымовой трубе с компенсатором. На входе дымовой трубы предусмотрена дождевая заслонка с электроприводом и дренажом для защиты шумоглушителя и поверхности нагрева от атмосферных осадков, а также для поддержания котла в горячем резерве при остановах.
Аэродинамическое сопротивление котла составляет не более 2,5 кПа. Температура на поверхности тепловой изоляции не превышает 45 °С. Уровень звукового давления на расстоянии 1 м от обшивки котла – менее 80 дБ. Элементы котла проходят на предприятии контроль, включая все виды необходимых испытаний. Срок службы КУВ до списания составляет 30 лет.

Тепловая схема ГТЭС

Зона действия ГТЭС объединяет зоны РТС «Коломенская», «Нагатино», «Ленино-Дачное», КТС-16, КТС-17. В отопительный период в балансе участвуют тепловые нагрузки данных зон (497,2 Гкал/ч), в летний период – тепловые нагрузки горячего водоснабжения (83,7 Гкал/ч).
Выдача тепловой мощности ГТЭС осуществляется с разделением тепловых потоков горячей воды после КУВ на два тепловых вывода и далее – на два направления по тепловым сетям.
Для выдачи 94,4 Гкал/ч по первому тепловому выводу разработано специальное технологическое решение, так как гидравлические режимы потребителей РТС «Нагатино» не позволяют передавать сетевую воду из зоны ГТЭС в тепловые сети «Нагатино». Это связано со значительной разницей в геодезических отметках (более 25 м), с зависимой схемой присоединения системы отопления у значительной части потребителей РТС «Нагатино», а также с ветхим состоянием подогревателей в ЦТП.
С помощью подогревательной установки (теплообменник), размещенной на РТС «Нагатино», потоки сетевой воды разделены на два независимых контура. В течение отопительного периода теплообменник передает сетевой воде РТС, циркулирующей по 2-му контуру, 80 Гкал/ч с постоянным расходом воды 1600 т/ч (130/80 °С).
Таким образом, сохраняется собственный существующий контур тепловых сетей зоны РТС с устоявшимся гидравлическим режимом. Водогрейные котлы РТС работают в пиковом режиме.
От каждого направления осуществляется отвод и возврат сетевой воды на подогреватели химически очищенной воды и деаэрационную установку РТС, а также на тепловой пункт (в главном корпусе) для обеспечения отопления и хозяйственных нужд ГТЭС. На энергоблоках сетевая вода используется для подогрева рабочего тела в теплообменниках замкнутого контура противообледенительной системы ГТУ и системы вентиляции кожуха двигателя.
Ввод и вывод магистралей теплосети выполнен по двум направлениям: в сторону теплового узла РТС «Нагатино» и камеры-павильона КП-1 на тепловых выводах существующей РТС «Коломенская».
Насосное оборудование системы теплофикации включает 6 сетевых насосов СЭ-1250-140-11 и 3 насоса рециркуляции котла типа НКУ-250. Сетевые насосы по входу и выходу объединены в общие коллекторы с секционированием по каждому блоку. Каждая секция напорного коллектора обеспечивает подвод сетевой воды к котлу соответствующего блока, отвод воды осуществляется в общий коллектор.

Система охлаждения

Система охлаждения оборудования ГТЭС – оборотная, с испарительными вентиляторными градирнями. Компоновка системы – блочная. По подводящим и отводящим трубопроводам охлаждающая вода циркуляционным насосом подается на основное оборудование и далее – к градирням. Для масло- и газоохладителей генераторов каждой ГТУ, сетевых насосов и насосов рециркуляции установлено по два циркуляционных насоса KSB Etanorm G-100-160 G010 с подачей 269 м³/ч и давлением 0,27 МПа (один рабочий и один резервный).
Нагретая в теплообменниках ГТУ вода по трубопроводу отводится на свою группу охладителей, состоящую из трех вентиляторных градирен «Росинка-80/100». Градирни размещены на кровле главного корпуса и обеспечивают температуру охлаждающей воды 29 °С при расчетных метеоусловиях.
Чтобы предотвратить обрастание теплообменного оборудования и трубопроводов биологическими организмами, охлаждающая вода обрабатывается раствором биоцида. Для этой цели предусмотрена специальная установка подготовки и дозировки раствора биоцида.

Система газоснабжения

Основным и резервным топливом ГТЭС является природный газ. Подвод газа к пункту подготовки осуществляется двумя газопроводами от распределительной станции РТС: на 1,2 МПа и 0,6 МПа. Пункт подготовки газа для ГТУ включает в себя узел очистки и учета газа и дожимную компрессорную станцию для увеличения давления газа до 2,8 МПа.
Оборудование узла очистки и учета расхода газа (поставка НТЦ «Прибор», Москва), скомпонованное в одном контейнере, состоит из трех параллельно включенных линий. При работе на газе с давлением 1,2 МПа работает одна линия, при давлении 0,6 МПа – две. В состав каждой линии входят газовый фильтр, коммерческий счетчик турбинного типа, САУ и запорная арматура.
Дожимная станция фирмы Enerproject SA (Швейцария) состоит из четырех винтовых маслонаполненных компрессорных установок, работающих на общий коллектор подачи газа на ГТУ. В зависимости от начального давления газа в работе находятся либо три компрессора (0,6 МПа), либо два (1,2 МПа).

Главная электрическая схема

Главная электрическая схема электростанции включает в себя:
•    комплектное распределительное элегазовое устройство на 220 кВ (КРУЭ-220 кВ). В помещении КРУЭ предусмотрены резервные места для расширения станции;
•    три трансформатора мощностью по 63 МВА производства ETD Transformatory (Чехия), служащие для связи КРУЭ-220 кВ и главного генераторного распределительного устройства на 10 кВ;
•    комплектное генераторное распределительное устройство на 10 кВ (КГРУ-10 кВ), с использованием ячеек Siemens NXAIR Р, с релейными отсеками на микропроцессорах Siprotec;
•    комплектное распределительное устройство на 10 кВ (КРУ-10 кВ), включающее 98 ячеек, собранных из шкафов типа Simoprime производства фирмы Siemens;
Основная мощность – 108 МВт – поступает потребителям (10 кВ) по кабельным линиям. Избыток мощности выдается в сеть 220 кВ. КРУЭ-220 кВ распределяет вырабатываемую и потребляемую (в зависимости от режима работы) мощности и осуществляет связи с энергосистемой. КРУЭ выполнено с двумя системами шин и одним шиносоединительным выключателем. Распределительное устройство состоит из 9 ячеек, составленных из унифицированных модулей Siemens 8DN9-2 с коммутационными электрическими аппаратами и вспомогательным оборудованием. Соединение с трансформаторами связи осуществляется посредством однофазных экранированных кабелей, а с воздушными линиями – комплектным элегазовым токопроводом.
КГРУ-10 кВ состоит из трех отдельных секций, не связанных друг с другом. К каждой из них подключается свой генератор и два реактора, питающих секции КРУ-10 кВ.
Каждая секция КГРУ состоит из пяти ячеек – ячейки ТН, двух ячеек питания соответствующих подчиненных секций КРУ-10 кВ с вакуумными выключателями (ВВ), одной генераторной и одной трансформаторной ячейки с ВВ.
От каждой из трех секций КГРУ запитано по две секции КРУ-10 кВ. Для ограничения токов КЗ питающие линии выполнены реактивными. Распределительные устройства Simoprime сертифицированы на дугостойкость при внутренних КЗ и обеспечивают любые переключения при закрытой дверце отсека выключателя.
ГТЭС «Коломенское» подключена к энергосистеме по схеме «заход-выход» ВЛ-220 кВ. С этой целью перед зданием электротехнических устройств построен входной портал на четыре ВЛ. На конструкциях портала в каждую воздушную линию 220 кВ установлены высокочастотные заградители, конденсаторы связи и ограничители перенапряжений.

Автоматизированная система управления

Имея опыт в разработке заданий, выборе системы управления и ее эксплуатации, компания «НафтаСиб Энергия» провела большую работу в части АСУ ТП и КИПиА, которая дала очень хороший результат. В соответствии с техническим заданием на АСУ ТП были получены предложения от ряда фирм.
Наиболее предпочтительной, с технической точки зрения, была предложенная фирмой Siemens новейшая система управления SPPA Т3000. Она имеет широкие возможности для решения всех задач по контролю и управлению электростанцией, по оптимизации работы оборудования, расчетов технико-экономических показателей.
Одним из основных преимуществ системы является то, что АСУ ТП и локальные САУ газотурбинных установок и дожимных компрессоров выполнены на однотипных аппаратных и программных средствах. Это позволило организовать «бесшовную» интеграцию в АСУ ТП без применения дополнительного оборудования и, таким образом, получить единое информационное пространство.
Управление всем оборудованием ГТЭС осуществляется с центрального щита управления (ЦЩУ). На ЦЩУ организованы автоматизированные рабочие места начальника смены станции, машиниста энергоблоков и дежурного инженера-электрика. АРМ оборудованы специальной мебелью с регулируемыми по высоте столами и подставками для мониторов операторских станций. Щит управления оснащен видеостеной, на которую можно вывести любую технологическую схему с отображением текущих параметров работы оборудования, а также кадры от камер видеонаблюдения, расположенных в производственных помещениях и на территории электростанции.
В связи с широкой номенклатурой приборов КИПиА был определен единый поставщик, в обязанности которого входила детальная проработка спецификаций, заказ приборов, доставка, хранение на собственных складах и передача в монтаж по мере необходимости. Комплексную поставку приборов выполнила московская фирма «Пламя-Э», включая систему контроля эмиссии уходящих газов (экологический мониторинг).
Все оборудование станции подбиралось тщательно и рационально, продумана компоновка оборудования и систем. Созданы отличные условия работы для персонала – начиная от центрального щита управления с плазменными панелями, которые автоматически подстраиваются под оператора (сидя/стоя), размещения оборудования и систем и удобства их обслуживания. Интересен и инженерный дизайн главного корпуса. Станция действительно является самой передовой из введенных в России. В ней использованы новейшие разработки в области микроэлектроники и проектирования.

Сравнительно короткий опыт эксплуатации – четыре месяца – уже позволяет отметить правильность принятых технических решений по компоновке электростанции и примененного на ней оборудования. Процессы проектирования, согласования и строительства станции осуществлялись параллельно. Это позволило сократить огромное количество времени и ресурсов.
В ходе создания ГТЭС сформирована команда из опытных строителей и энергетиков, способная реализовать энергетические проекты любой мощности в любом регионе страны. В планах ООО «НафтаСиб Энергия» – реализация проектов на базе парогазовых, паросиловых (угольных), газотурбинных и газопоршневых установок с применением передовых инженерных решений.