CC BY
18УДК 621.311.238
А.В. Максимов, И.Е. Васютин1
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ЯПОНСКОГО КОНЦЕРНА KAWASAKI HEAVY INDUSTRIES В РОССИЙСКИХ УСЛОВИЯХ
В статье рассматривается опыт эксплуатации генерирующих установок японского концерна Kawasaki Heavy Industries в фактических режимно-балансовых ситуациях, отличных от предусмотренных проектными решениями, в рамках действующего тарифного регулирования и законодательства, регулирующего сферу производства электро- и теплоэнергии.
Ключевые слова: газотурбинные установки (ГТУ), мини-ТЭЦ, о. Русский, тепловая и электрическая энергия, режимно-балансовая ситуация.
Введение
Акционерным обществом «Дальневосточная энергетическая управляющая компания» (далее АО «ДВЭУК») в рамках реализации Федеральной целевой программы «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья на период до 2013 года» построен и введен в эксплуатацию энергетический кластер на о. Русский, г. Владивостока, включающий в себя три высокотехнологичных малых теплоэлектроцентрали (далее мини-ТЭЦ):
- мини-ТЭЦ «Северная», установленная мощность: электрическая 3,6 МВт, тепловая - 10,836 Гкал/ч;
- мини-ТЭЦ «Центральная», установленная мощность: электрическая 33 МВт, тепловая -123,3 Гкал/ч;
- мини-ТЭЦ «Океанариум», установленная мощность: электрическая 13,2 МВт, тепловая - 29,54 Гкал/ч.
Ключевой особенностью вышеуказанных мини-ТЭЦ является наличие в парковом составе основного оборудования иностранного производства - газотурбинных установок (ГТУ) японского концерна Kawasaki Heavy Industries и голландской компании OPRA Turbines.
Требования к установленным электрическим и тепловым мощностям источников генерации определены проектными решениями на основании заявок потребителей на выдачу технических условий по подключению к электро- и теплосетям. Источники генерации предусмотрены под обеспечение энергоснабжения объектов федерального значения, возведенных к проведению в сентябре 2012 г. саммита Азиатско-Тихоокеанского экономического сотрудничества и иных объектов, вводимых в эксплуатацию в рамках развития инфраструктуры о. Русский.
Режимы производства электрической и тепловой энергии
Существующий энергетический кластер осуществляет теплоснабжение ряда объектов: - от мини-ТЭЦ «Центральная» - кампуса Дальневосточного федерального университета, участка полиции № 9, филиала Пожарно-спасательной академии и автономной системы резервного водоснабжения с использованием опреснительных установок КГУП «Приморский водоканал», с общей договорной нагрузкой 93,122 Гкал/ч;
1 Анатолий Викторович Максимов - первый заместитель генерального директора - главный инженер АО «ДВЭУК», тел: (423) 279-12-41;
Иван Евгеньевич Васютин - заместитель начальника службы производственного планирования и контроля АО «ДВЭУК», e-mail: [email protected]
Таблица 1
Состав и технические характеристики генерирующих установок
Наименование Мини-ТЭЦ «Северная» Мини-ТЭЦ «Центральная» Мини-ТЭЦ «Океанариум»
Газотурбинные установки (ГТУ)
Тип ГТУ OPRA DTG 1,8 Kawasaki GPB 70D Kawasaki GPB 70D
Количество ГТУ 2 5 2
Установленная мощность ГТУ, МВт:
- на основном виде топлива (природный газ) 1,8 6,6 6,6
- на аварийном виде топлива (дизельное топливо) 1,8 5,8 5,8
Установленная мощность 4,3/3,698 10,68/9,18 10,68/9,18
котла-утилизатора, МВт/Гкал/ч
Пиковые водогрейные котлы (ПВК)
Тип ПВК Термотехник ТТ 100 Термотехник ТТ 100 Термотехник ТТ 100
Количество ПВК 2 6 2
Установленная мощность ПВК, МВт/Гкал/ч 2,0/1,72 15,0/12,9 6,5/5,59
- от мини-ТЭЦ «Океанариум» - научно-образовательного комплекса «Приморский океанариум», с договорной нагрузкой потребителя - 18,16 Гкал/ч и резервной нагрузкой для потребителя первой категории надежности - 11,18 Гкал/ч.
Ввиду отсутствия потребителей и в ожидании развития инфраструктуры о. Русский основное и вспомогательное оборудование мини-ТЭЦ «Северная» выведено из эксплуатации (переведено в режим консервации). В период прохождения отопительных периодов мини-ТЭЦ «Центральная» через присоединенную магистральную тепловую сеть осуществляет теплоснабжение мини-ТЭЦ «Северная» для обеспечения собственных нужд (подогрев баков дизельного топлива базового склада для поддержания нормативного состояния аварийного запаса топлива и иных нужд).
Отпуск электрической энергии от источников генерации производится на розничном рынке электрической энергии (мощности) в рамках договора купли-продажи с гарантиру-
ющим поставщиком на территории Приморского края - ПАО «ДЭК». Фактический состав генерирующих установок в разрезе объектов генерации приведен в табл. 1.
Основным режимом работы данных мини-ТЭЦ является комбинированная выработка электрической и тепловой энергии (режим ко-генерации) на базе газотурбинных установок с использованием теплоты уходящих газов в котлах утилизаторах для подогрева сетевой воды на нужды теплоснабжения присоединенных к магистральной тепловой сети потребителей.
Турбина (рис. 1) приводится в действие за счет энергии производимой в результате сгорания газа. Данная турбина имеет 4 ступени (4 комплекта турбинных сопел и лопаток). Для того чтобы справиться с высокой температурой продуктов горения, установлены сопла и лопатки первых ступеней воздушного типа, охлаждаемые отбираемым от компрессора воздухом, а также используется специальный металл с сопротивлением высокой температуре и покрытие, создающее термический ба-
Рис. 1. Трубина ГТУ
РАСХОД ГОРЯЧ Eft НОЛЫ: (ill Ki/t П \ШГРЛ1У FA В П V (KF-'ti ЬШ УГ КГ : l«Ç
подаваемый к уплотпениго иоздух, 0,05 кг/с, Т — 10 °С; 26,83 кг/с, 484 °С;
горячая пода M = 60 кг/с, Т = 70 °С; горячая вода M = 60 кг/с, Т 10 °С;
Рис. 2. Котел-утилизатор после ГТУ Kawasaki GPB 70D
рьер. Турбинные диски соединены в осевом направлении распорными болтами. Горизонтальная разъемная крышка корпуса турбины облегчает выполнение работ по техническому обслуживанию.
С целью обеспечения работы установки на режимах запуска, набора мощности и номинального и максимального режимов работы при всех климатических условиях газотурбинным установкам необходима подача природного газа с давлением 2,1 МПа. На источниках генерации мини-ТЭЦ «Центральная» и «Океанариум» установлены дожимные компрессорные станции типа VWFD-5.1/8-23 производства КНР в количестве 6 и 3 единиц соответственно, которыми природный газ ком-примируется с 1,2 до 2,1 МПа и подается на газотурбинные установки.
Система утилизации теплоты уходящих газов выполнена на базе котла-утилизатора типа ROSINK ЕСО^Р1-5,5 сингапурской компании EUROASIATIC (рис. 2). Отработавший газ от газовой турбины подводится к котлу-утилизатору посредством байпасной (обходной) системы выхлопных газов. Такая система состоит из байпасного (обходного) канала с заслонкой, что может обеспечивать подачу отработанных газов к байпасному пучку труб посредством
глушителя этих газов. Байпасный пучок установлен на стальной опорной конструкции, а глушитель подвешен под ней. Впускной и выпускной каналы байпасной заслонки снабжены компенсаторами теплового расширения.
В газотурбинных установках типа Kawasaki GPB 70D коэффициент использования теплоты (КИТ) топлива достигает 85% и более при условии достижения максимальной загрузки котла утилизатора и номинальной мощности газотурбинной установки. Основным недостатком применения данного типа газотурбинных установок является возможность достижения максимально возможного КИТ только при максимальной величине тепловой нагрузки. Если теплопотребление присоединенными потребителями не осуществляется или осуществляется в неполном объеме, то либо ГТУ должна осуществлять работу с выбросом теплоты уходящих газов в атмосферу, либо ГТУ необходимо останавливать и покрывать существующую электрическую нагрузку за счет перетока от энергосистемы, что невозможно исходя из необходимости соблюдения плановых показателей выработки и отпуска электрической энергии.
Максимальная электрическая мощность газотурбинной установки зависит от температу-
Рис. 3. График зависимости мощности ГТУ от температуры окружающего воздуха
Таблица 2
Показатели наработки ГТУ
Генерирующие установки Эквивалентное число часов наработки Нормативное число часов наработки до проведения обслуживания/ремонта Требуемый вид ремонта/ технического обслуживания по достижению нормативной наработки
ГТУ ст. 1 мини-ТЭЦ «Центральная» 7533 7600 Инспекция горячей части на базе среднего ремонта
ГТУ ст. 2 мини-ТЭЦ «Центральная» 7355 7400 Инспекция горячей части на базе среднего ремонта
ГТУ ст. 3 мини-ТЭЦ «Центральная» 7090 7300 Инспекция горячей части на базе среднего ремонта
ГТУ ст. 4 мини-ТЭЦ «Центральная» 7930 10000 Бороскопная инспекция на базе технического обслуживания
ГТУ ст. 5 мини-ТЭЦ «Центральная» 9486 10000 Бороскопная инспекция на базе технического обслуживания
ГТУ ст. 1 мини-ТЭЦ «Океанариум» 2287 3500 Бороскопная инспекция на базе технического обслуживания
ГТУ ст. 2 мини-ТЭЦ «Океанариум» 3112 3500 Бороскопная инспекция на базе технического обслуживания
7000 ч. щ 10500/ 14000 ч. 17500 ч. 21000 ч.
Инспекция горячей части ни Инспекция горячей Бороскопная инспекция 4--Н Инспекция горячей части
5 560 тыс. йен/ 70 120 тыс. йен
5 560 тыс. йен (~2,84 млн. руб.)
70120 тыс. ||||||||||Д|||,
йен (~35,76 ■ г ■ ,
млн. руб.) 11111111
15000 ч.
а) 80
20000 ч.
5 560 тыс. йен 5 560 тыс. йен ьштт. 55 690 тыс.
(~2,84 млн. (~2,84 млн. : : : йен (~28,41
руб.) руб.) млн. руб)
б) ММ247
25000 ч.
5 560 тыс. йен
(~2,84 млн. ■ , ......
руб.) ШВШИр
5 560 тыс. йен (~2,84 млн. руб.)
30000 ч.
Инспекция ■им Бороскопная Бороскопная Капитальный
горячей части ШШШг инспекция ■—¡у инспекция ремонт
168 630 тыс. йен (~86,01 млн. руб.)
Рис. 4. Уровни инспекции при наработке эквивалентного числа часов в зависимости
от типа установленных лопаток
Таблица 3
Основные показатели действующего режима теплопотребления
Объекты генерации Единица измерения Установленная тепловая мощность Договорная присоединенная тепловая мощность Максимальная фактически потребляемая тепловая мощность
Мини-ТЭЦ «Северная» Гкал/ч 10,836 0 0
Мини-ТЭЦ «Центральная» Гкал/ч 123,3 93,122 37,77
Мини-ТЭЦ «Океанариум» Гкал/ч 29,54 18,16 (11,18 резерв) 6,24
ры наружного воздуха. График зависимости мощности от температуры окружающего воздуха приведен на рис. 3.
Текущее эксплуатационное состояние газотурбинных установок
В основном режиме газотурбинные установки осуществляют выработку и отпуск электрической энергии с апреля 2015 года. Эквивалентное число часов наработки в разрезе генерирующих установок в конце ноября 2017 г. приведено в табл. 2.
Заводом-изготовителем установлена периодичность инспекций и выполнения различных видов технического обслуживания и ремонтов в зависимости от эквивалентного числа часов наработки газотурбинной установки. Уровень инспекции наработки эквивалентного числа часов также зависит от типа установленных лопаток на первой ступени турбины -RENE 80 (рис. 4а) или ММ247 (рис. 4б).
Средняя стоимость обслуживания эквивалентного часа наработки газотурбинной установки во всем производственном цикле установлена японским концерном Kawasaki Heavy Industries в размере 8219 иен (приблизительно 4191 руб. по курсу ЦБ РФ на 30.11.2017).
Режимно-балансовая ситуация: существующие проблемы
Проектными решениями предусмотрена круглогодичная загрузка имеющихся газотурбинных установок с обеспечением необ-
ходимого резервирования и покрытие пиковых тепловых нагрузок в период прохождения зимнего максимума пиковыми водогрейными котлами.
Режимы работы источников генерации необходимо задавать исходя из загрузки ГТУ в максимально возможном когенерационном режиме, для эффективного комбинированного производства электрической и тепловой энергии и покрытия пиковых тепловых нагрузок в период прохождения зимнего максимума пиковыми водогрейными котлами. Базовым показателем для планирования режимов работы генерирующих установок является режим те-плопотребления потребителей.
Выработка и отпуск электрической энергии от источников генерации производится в рамках объемов, установленных регулирующим органом в сводном прогнозном балансе производства и поставок электрической энергии по субъектам Российской Федерации на соответствующий период. При необходимости газотурбинные установки вводятся в работу для исполнения поступивших команд от филиала АО «СО ЕЭС» Приморское РДУ Существующий режим теплопотребления (табл. 3) не позволяет на эффективном уровне производить загрузку генерирующих установок, что приводит к росту себестоимости производимых ресурсов.
Коэффициент использования установленной тепловой мощности по мини-ТЭЦ «Центральная» по итогам 2016 г. составил 14%, мини-ТЭЦ «Океанариум» - 6%.
Установленные генерирующие мощности пиковых водогрейных котлов в полном объеме позволяют покрыть тепловую нагрузку существующих потребителей. Текущий режим теплопотребления обеспечивает полный объем когенерационной выработки с максимально достижимым КИТ только тремя единицами газотурбинных установок на мини-ТЭЦ «Центральная» в период прохождения отопительных периодов с ноября по март, при этом существует риск получения низкого КИТ в условиях недозагрузки утилизационных теплообменников.
Комбинированная выработка и отпуск электрической энергии от мини-ТЭЦ «Океанариум» осуществляется одной газотурбинной установкой с ноября по март включительно, при этом существующая тепловая нагрузка может достигать 60% от необходимой величины.
Сложившаяся режимно-балансовая ситуация требует от АО «ДВЭУК» постоянной работы с существующими потребителями на предмет высвобождения неиспользуемых договорных нагрузок, а также с органами местного самоуправления государственной власти на предмет развития инфраструктуры о. Русский для улучшения инвестиционной привлекательности территории. При этом действующим законодательством, регулирующим сферу теплоснабжения в Российской Федерации, не предусмотрен правовой механизм в части оказания теплоснабжающей организацией мер по понуждению потребителей к пересмотру/снижению присоединенной неиспользуемой тепловой нагрузки.
Присоединенная нагрузка потребителей закреплена в договорах теплоснабжения и может изменяться в соответствии с порядком определенным гл. 3 Приказа Министерства регионального развития РФ № 610 от 28.12.2009 «Об утверждении правил установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок». Возможным мотивирующим фактором по понуждению потребителей к пересмотру/сни-
жению присоединенных неиспользованных тепловых мощностей является установление для потребителей теплоснабжающей организации двухставочного тарифа на отпускаемую тепловую энергию, в котором вводится ставка за содержание присоединенной договорной мощности.
Опыт западных регионов России, в которых применяется двухставочный тариф на тепловую энергию для юридических лиц, показал положительную динамику как и по дифференцированию затрат, относимых на потребителей при применении тарифа, так и по стимулированию потребителей к выравниванию договорной и фактической присоединенной мощности, что, в свою очередь, позволило оптимизировать энергетические балансы и высвободило дополнительные резервы мощности. АО «ДВЭУК» проводится планомерная работа с органами тарифного регулирования на предмет установления двухставочного тарифа и с Министерством энергетики РФ на предмет применения на законодательном уровне штрафных санкций в отношении потребителей за содержание неиспользуемых договорных мощностей.
Выводы и перспективы
При текущей загрузке генерирующих установок и объеме выработки электрической энергии на мини-ТЭЦ «Центральная» к 2021 г. три ГТУ выходят на капитальный ремонт. Это требует существенного объема финансовых вливаний, что в итоге отразится на тарифах для конечных потребителей.
С учетом значительного времени поставки сменных запасных частей с завода-изготовителя и высокой стоимости осуществления технического и ремонтного обслуживания газотурбинных установок иностранного производства, риска колебания валютных курсов и невыборкой существующей инфраструктурой о. Русский заявленных тепловых нагрузок, и как следствие - невозможности достижения
проектных режимов работы источников генерации, АО «ДВЭУК» ведется работа по определению оптимальных режимов производства ресурсов для минимизации износа основного оборудования и затрат на техническое и ремонтное обслуживание.
Эффективная эксплуатация объектов генерации достижима при взаимодействии с органами местного самоуправления и исполнительной власти в части привлечения инвестиционных средств на развитие территории и изменения тарифной политики. Распоряжением Правительства РФ от 30 мая 2017 г. № 1134-р утверждена концепция развития о. Русский, как ключевого центра интеграции России в экономическую, научную и технологическую среду Азиатско-Тихоокеанского региона. В рамках данной концепции запланировано расширение на территории острова существующей инфраструктуры со строительством и вводом в эксплуатацию ряда объектов федерального значения.
Первоочередной задачей реализации данной концепции развития является проработка вопроса подключения перспективных потребителей к инженерным коммуникациям источников генерации. В условиях развития о. Русский как территории опережающего социально-экономического развития (ТОСЭР), целесообразно установление регулирующим органом прогрессивных тарифов на отпускаемые ресурсы, позволяющих обеспечить экономическую целесообразность проведения потребителями мероприятий по энергосбережению, эффективному использованию энергетических ресурсов и выравниванию договорных и
фактических тепловых нагрузок. Эффективной мерой, отвечающей данным требованиям, является установление для потребителей АО «ДВЭУК» двухставочного тарифа на тепловую энергию.
При существующей режимно-балансовой ситуации необходимо эффективное применение двухставочного тарифа на отпускаемую электрическую энергию в рамках концепции работы газотурбинных установок в качестве резервных источников электрической мощности для покрытия дефицита электрической энергии (мощности) в энергосистеме Приморского края в период развития аварийных ситуаций.
Значительный опыт АО «ДВЭУК» в создании и эксплуатации энергетического кластера на о. Русский показывает, что эффективная работа высокотехнологичных установок невозможна в условиях неразвитости инфраструктуры и отсутствия возможности применения мер воздействия на изменение режимно-ба-лансовой ситуации.
Востребованность высокотехнологичных газотурбинных установок в условиях когене-рационного производства ресурсов возможна после комплексного выполнения распоряжения Правительства РФ от 30 мая 2017 г. № 1134-р и создания на о. Русский ТОСЭР со значительным увеличением величины потребляемых нагрузок. Достижение проектных режимов работы позволит обеспечить энергоснабжение новых потребителей в условиях социально-приемлемых тарифов с покрытием необходимых затрат на техническое обслуживание.
ЛИТЕРАТУРА
1. Паровые и газовые турбины для электростанций: учеб. для вузов, 3-е изд., А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний. М.: Изд. дом МЭИ, 2008. 556 с.
2. Комплект газотурбинного генератора Kawasaki GPB70D. Руководство по эксплуатации, Kawasaki Heavy Industries, Ltd. 2016. 79 с.
3. Техническое описание котла-утилизатора ROSINK ECO-SPI-5,5. EUROASIATIC, 2015. 40 с.
Поступила в редакцию 05.12.2017 г.
A.V. Maksimov, I.E. Vasyutin2
EXPERIENCE GAINED BY JAPANESE CORPORATION KAWASAKI HEAVY INDUSTRIES IN GAS-TURBINE POWER PLANT OPERATION UNDER RUSSIAN CONDITIONS
The article covers the power plant operation experience gained by Kawasaki Heavy Industries, a Japanese corporation, under actual balance operating conditions different from ones provided by design solutions within the limits of existing tariff regulation and legislation governing the electrical and heat energy generation industries.
Keywords: gas-turbine power plants, small-scale co-generation plant, Russky Island, heat and electrical energy, balance operating conditions.
2 Anatoly V. Maksimov - First Deputy General Director - Chief Engineer at JSC «Far-East Power Management Company», тел: (423) 279-12-41;
Ivan E. Vasyutin - Deputy Chief of Production Planning and Inspection Service at JSC «Far-East Power Management Company», e-mail: [email protected]
l04 • Выпуск l • 20l8
