Д. А. Капралов – ООО «Турбомашины»

Станция, построенная ЗАО «Инновация» (Русинвестцентр) с использованием агрегатов Caterpillar, стала поддержкой для дефицитной алтайской энергосистемы. Создание ТЭС приобрело особую актуальность, так как Алтайский край попал в зону возможных отключений электроэнергии в связи с аварией на Саяно-Шушенской ГЭС. Теперь город-курорт Белокуриха обеспечен собственной электроэнергией. Это один из успешных проектов в энергетике с участием государственного и частного капитала.

Проект разрабатывался в качестве альтернативы угольной котельной. Станция необходима для перспективного развития г. Белокуриха в Алтайском крае. Она является также частью проекта комплексной газификации города. С вводом ТЭС сократился дефицит электроэнергии в городе и прилегающих районах.
Проектирование станции выполнила инжиниринговая компания «Е4-СибКОТЭС» силами специалистов Томского филиала, при этом учитывались особые мероприятия по сейсмической безопасности ТЭС. Поставку оборудования и техническое сопровождение обеспечивало ООО «Восточная Техника», официальный дилер компании Caterpillar на территории Сибири, Якутии и севера Дальнего Востока. ТЭС введена в эксплуатацию 1 октября 2009 г. Примерный объем инвестиций составил 1,3 млрд рублей.
ЗАО «Инновация» проделало большую работу по оценке всех факторов, влияющих на эффективность проекта. Условия реализации проекта, заданные заказчиком, были достаточно жесткие: требовалось поставить надежное оборудование в течение 6 месяцев, ввод в эксплуатацию обеспечить через 10 месяцев с момента подписания договора.
Выбор поставщика основного оборудования ТЭС – ООО «Восточная Техника» – обусловлен следующими факторами:
•    конструкция серийных двигателей G3520C хорошо отработана. Они отличаются надежностью в эксплуатации и простотой обслуживания, а также оптимальным соотношением цены и потребительских качеств;
•    мощность энергоблоков 2 МВт позволяет регулировать общую мощность ТЭС, а массогабаритные характеристики – доставлять ГПУ к месту строительства автотранспортом;
•    компания имеет штат сервисных специалистов и, как дилер Caterpillar, обеспечивает техническую поддержку заказчиков. В регионе имеется склад запчастей, что минимизирует затраты на ТО и время простоя.

Описание проекта

Курортный город Белокуриха расположен в Смоленском районе Алтайского края, в 74 км от г. Бийска – ближайшей железнодорожной станции. ТЭС построена в северо-западной части Белокурихи, на территории центральной котельной. Сейсмичность площадки строительства – 9 баллов по шкале MSK-64
Режим работы станции осуществляется по графику электрической мощности, параллельно с сетями 10 кВ «Алтайэнерго». При коэффициенте загрузки электрогенераторов 0,8 годовая выработка электроэнергии (8300 ч/год) составит 106,24 млн кВт•ч. Тепловая энергия, вырабатываемая ТЭС, замещает значительную часть тепловых нагрузок центральной водогрейной котельной. Максимальное количество тепла для нужд теплоснабжения составляет 18,85 МВт. Выдача тепла осуществляется через промежуточный теплообменник в тепловую магистраль перед водогрейными котлами.
Основным топливом ТЭС является природный газ высокого давления – 0,6 МПа. Резервное топливо не предусматривается, поскольку работа станции резервируется сетями 10 кВ по электрической мощности и существующей котельной – по теплу.
Одновременно со строительством ТЭС котельная переведена на природный газ. Снижение выработки тепла котельной ведет к экономии топлива, уменьшению вредных выбросов в атмосферу, снижает общую себестоимость тепла.
Поскольку объект находится в курортной зоне, к нему предъявляются повышенные требования по уровню шума. Звуковое давление на расстоянии 1 м от двигателя – 111,8 дБ(А).
Для снижения уровня шума предусмотрены следующие мероприятия:
•    звукопоглощающая облицовка внутренних поверхностей машинного зала и площадки приточно-вытяжной вентиляции;
•    звукоизолирующие дверные блоки в перегородках, двухкамерные стеклопакеты для световых панелей машинного зала;
•    отказ от ремонтных проемов для каждой ГПУ – выполнено только двое ремонтных ворот с шумопоглощающей облицовкой и уплотнениями в притворах;
•    стены машинного зала выполнены из газобетонных блоков толщиной 400 мм, эффективно гасящих низкие частоты (63...125 Гц). Снаружи стены изолированы базальтовыми плитами толщиной 50 мм и обшиты металлическими композиционными панелями с зазором 50 мм.
При загрузке ТЭС на номинальную мощность будут выполнены замеры уровня шумов на территории промплощадки энергоцентра и в прилегающей жилой зоне, на основании которых могут быть приняты дополнительные меры – установка по периметру промплощадки ТЭС шумоотражающего экрана высотой 6-8 м.
Для защиты строительных конструкций от вибраций работающего оборудования применены виброизолирующие фундаменты ГПУ с пружинными блоками.
Все основное оборудование размещается в машинном зале ТЭС (категория взрывопожаробезопасности «Г»). В машзале нет постоянно работающего персонала, и температура здесь поддерживается в пределах от 5 до 40 °С.

Генераторная установка G3520C HV

В машинном зале ТЭС размещены 8 установок Caterpillar G3520C HV электрической мощностью по 2 МВт с комплектом вспомогательного оборудования, систем контроля и управления. В состав ГПУ входит 4-тактный V-образный газопоршневой двигатель с турбонаддувом G3520C, генератор SR4B HV (Kato), блок вспомогательного оборудования, смонтированный на общей раме, и утилизатор тепла выхлопных газов производства Frerk Aggregatebau GmbH. Забор воздуха в двигатель осуществляется из машзала через одноступенчатый воздухоочиститель.
Электрогенератор переменного тока – бесщеточный, номинальной мощностью 2000 кВт, напряжение 10,5 кВ, КПД – 96%. Генератор с самовозбуждением на постоянных магнитах имеет изоляцию по классу Н, сверхпереходное сопротивление xd"=0,2074.
Регулирование напряжения осуществляется регулятором DVR15, компенсирующим снижение оборотов двигателя и линейных потерь, частоты тока для параллельной работы с другими установками. В генераторной установке применяются 4 трансформатора тока 200:5. Для защиты от коррозии используется подогреватель обмоток (230 В, 5 кВт). Защита корпуса выполнена по классу IP22.
Генерация электроэнергии может осуществляться неограниченное время при допустимой нагрузке. Оптимальный режим загрузки установки – от 60 до 80% от номинальной мощности, что составляет 1200...1600 кВт.

Система утилизации тепла

Глубокая утилизация отходящих тепловых потоков двигателя использует тепло охладителей 1-й ступени турбонаддува, маслоохладителя, рубашки двигателя и выхлопных газов общей тепловой мощностью 2356 кВт. Тепловой схемой ТЭС предусмотрено 4 независимых контура циркуляции теплоносителей.
Контур охлаждения рубашки двигателя, маслоохладителя и охладителя 1-й ступени наддува отводит тепло от двигателя, поддерживая его оптимальную температуру в пределах 90...98 °С. В качестве теплоносителя используется 50%-й водный раствор этиленгликоли (антифриз). Автоматическое регулирование температурного режима двигателя осуществляется трехходовым клапаном с электроприводом, перераспределяющим тепловой поток в контур утилизации тепла или контур внешних охладителей (воздушных радиаторов). Для передачи тепла в контур утилизации установлен пластинчатый теплообменник M10-BFM производства Alfa-Laval мощностью 1042 кВт.
Контур утилизации тепла предназначен для утилизации тепла выхлопных газов и тепла, отводимого от контура охлаждения рубашки двигателя, с последующей передачей тепла в контур сетевой воды. Теплоносителем является антифриз, температурный режим контура – 80...100 °С. В теплообменнике теплоноситель нагревается от 80 до 88,8 °С теплом от рубашки двигателя.
Для использования тепла выхлопных газов на каждый агрегат установлен утилизатор – жаротрубный теплообменник мощностью 1314 кВт. Он охлаждает выхлопные газы от 469 °С (при номинальной нагрузке) до 120 °С, подогревая теплоноситель после теплообменника контура утилизации рубашки двигателя. Контур утилизации тепла ГПУ (2356 кВт) через общестанционные коллекторы подключается к теплообменнику сетевой воды мощностью 1885 кВт.
Контур сетевой воды передает тепло от ТЭС в тепловые сети ЗАО «Теплоцентраль Белокуриха». Расчетный расход воды через сетевой теплообменник составляет 829,7 м³/ч с температурным графиком 90/70 °С. Теплообменник установлен в машзале без резерва (резервирование мощности обеспечивается котельной). Схема выдачи тепловой мощности от ТЭС предусматривает нагрев обратной сетевой воды до водогрейных котлов центральной котельной.
Для обеспечения циркуляции в городских тепловых сетях в котельной установлены 4 сетевых насоса (2 рабочих, 2 резервных). Давление в сети после котлов составляет 0,82 МПа. Для покрытия нагрузок ГВС в летний период только мощностями станции в схеме предусмотрена обводная линия водогрейных котлов.
Контур внешних охладителей используется для отвода от двигателя тепла в период, не требующий его утилизации. Высокотемпературный контур охладителя рассчитан с 10%-м запасом по мощности рассеивания тепла (до 1147 кВт). Циркуляцию в контуре внешних охладителей обеспечивает общий с рубашкой охлаждения двигателя насос, давление среды – 0,12 МПа. Переключение контуров осуществляется трехходовым клапаном.
Тепло от охладителей второй ступени турбонаддува не утилизируется ввиду его низкого потенциала (58...54°С) и отводится через низкотемпературный контур воздушного радиатора мощностью 164 кВт.
Тепловыделяющее оборудование и трубопроводы ТЭС покрыты теплоизолирующими конструкциями из базальтового волокна с температурой поверхностного слоя не более 45 °С.

Аварийный дизель-генератор

В качестве источника аварийного электроснабжения используется дизель-генератор ЗГД-140-3 мощностью 140 кВт. Его запуск происходит автоматически при потере напряжения на шинах РУСН-0,4 кВ, после срабатывания АВР трансформаторов собственных нужд 10/0,4 кВ (т.е. включен в работу резервный трансформатор собственных нужд, но напряжение 0,4 кВ не восстановлено).
Аварийный ДГ подает питание на панель №3 РУ-0,4 кВ. Дизель-генератор автоматически выводится из работы при восстановлении штатной схемы электропитания шин РУСН-0,4 кВ.

Электрическая схема

Генераторы энергоблоков подключаются на шины ЗРУ-10 кВ станции через вакуумные выключатели, номинальный ток – 630 А. Схема электрических соединений ЗРУ-10 кВ – двухсекционная, с одной системой сборных шин. Выдача мощности в распредсети «Алтайэнерго» осуществляется по двум фидерам 10 кВ.
Для электроснабжения собственных нужд ТЭС установлены два сухих трансформатора 10/0,4 кВ по 1000 кВА: один рабочий и один резервный. В состав РУСН 0,4 кВ входят три распределительные панели.
Панель №2 состоит из двух шкафов производства ABB: вводная панель с двумя выключателями и устройством АВР; панель для питания нагрузки двигателей.
Панель №4 служит для питания общестанционных потребителей. К ней подключены вентиляторы приточных и вытяжных систем, насосы масла и антифриза, грузоподъемные механизмы, компрессор, освещение ТЭС, электрокалориферы и др.
Панель №3 в нормальном режиме получает питание от панели №4. При отсутствии напряжения на шинах 0,4 кВ схема АВР 3 переключает питание панели №3 от аварийного дизель-генератора. От панели питаются потребители, обеспечивающие работу станции в аварийном режиме. Кроме того, от нее получают питание две ГПЭС для возможности запуска станции при отсутствии внешнего электроснабжения и в случае остановки остальных агрегатов.
В помещении РУ 10/0,4 кВ установлены две панели ВАТТ производства ABB для питания станции оперативным постоянным током 110 В.

Система управления ТЭС

ТЭС оснащена САУ Terberg, обеспечивающей надежную работу оборудования без постоянного присутствия персонала. САУ каждого агрегата состоит из панели управления собственных нужд и общей для всех агрегатов мастер-панели (MST). Система обеспечивает управление агрегатами в следующих режимах:
•    проверка готовности к пуску и запуск из различных тепловых состояний;
•    автоматическое поддержание заданных па¬раметров в островном режиме и при параллельной работе с сетью;
•    плановый останов, аварийная разгрузка и аварийный останов ГПА.
Управление работой агрегатов, контроль параметров осуществляется с автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, мастер-панели и через шкафы управления Terberg.
Панель управления (CTRL) представляет собой шкаф с сенсорным экраном, в котором установлены промышленный контроллер и компьютер, подключенный по CAN-шине к MST. На экран контрольной панели выводятся параметры работы двигателя, схемы тепловых контуров, электрические параметры, текущие и архивные сообщения. При любой неисправности в работе ГПА срабатывает световая сигнализация.
Панель собственных нужд (МСС) имеет в своем составе вводной автомат и отходящие фидеры для подключения электродвигателей исполнительных механизмов генераторной установки. Мастер-панель, подключенная через CAN-шину к компьютерам панелей управления каждого агрегата, получает всю информацию о технологических процессах и состоянии генераторов. Она управляет станцией в целом, обеспечивая параллельную работу агрегатов между собой и сетью, функцию частотной разгрузки, контроль параметров агрегатов. Дистанционное управление с MST работой каждого агрегата и станцией в целом позволяет свести к минимуму присутствие персонала в машзале.

Архитектурные решения

Здание ТЭС состоит из трех блоков, разделенных антисейсмическими швами. В центральной части здания находится машинный зал размерами 44x24 м. Здание оборудовано подвесными кран-балками грузоподъемностью по 3,2 т. Для защиты строительных конструкций от разрушения при взрыве природного газа предусмотрены легкосбрасываемые конструкции.
Помещение склада масла и антифриза оборудовано автоматическими установками порошкового пожаротушения, работа которых осуществляется как в автоматическом, так и в ручном режиме. Чтобы предотвратить срабатывание установок в момент, когда в помещениях находятся люди, предусмотрено отключение автоматического пуска установок при открытых дверях, а также в помещении операторской.
Все кабельные каналы оборудованы системами автоматического пожаротушения. Предусмотрена блокировка запуска пожаротушения при снятии технологических люков с кабельных каналов. Для обеспечения предела огнестойкости основные металлоконструкции здания покрыты огнезащитным составом.

Надежность энергоснабжения

ТЭС повысит надежность энергоснабжения г. Белокурихи, которое осуществлялось через Бийский энергоузел, являющийся дефицитным.
В связи с вводом станции удвоились также объемы потребления газа из магистрального газопровода Барнаул-Бийск-Горно-Алтайск, что ускорит его окупаемость. В течение последних лет потребление газа из этого газопровода снизилось до 0,6...0,7 млрд м³ в год, что позволяет загрузить «трубу» только на треть пропускной способности.
При развитии сетевой инфраструктуры ТЭС может снабжать энергией не только Белокуриху, но и ближайшие районы. Планируемое в дальнейшем объединение энергоцентра и котельной в единый энергетический комплекс обеспечит независимость города от колеблющейся конъюнктуры энергетического рынка.
Благодаря усилиям инвесторов проекта, властей Алтайского края, Белокуриха стала плацдармом для отработки передовых энергетических технологий. Проект не только совпадает с задачами краевой программы развития энергетики до 2020 г., но и является показательным примером взаимодействия энергетиков и газовиков на федеральном уровне, в котором ООО «Восточная Техника» планирует принимать активное участие и в дальнейшем.

Небольшой курортный городок Белокуриха расположен в живописном районе у подножья Алтайских гор, на самом юге сибирского края. Климат района – резко континентальный. Среднегодовая температура составляет +1,8°С. Количество солнечных дней здесь сопоставимо с курортами Крыма и Кавказа.
Белокуриха является отличным местом для развития отдыха и туризма. В современном санаторном комплексе «Белокуриха» одновременно могут лечиться и отдыхать 800 человек.