CC BY
60ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
РЕАЛИЗАЦИЯ ПОТЕНЦИАЛА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАО «ГАЗПРОМ» НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТУРБОДЕТАНДЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
УДК 330.524:620.9
И.А. Яценко, ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, РФ) Г.А. Хворов, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», (Москва, РФ) М.В. Юмашев, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», M_Yumashev0vniigaz.gazprom.ru Е.В. Юров, ООО «Газпром ВНИИГАЗ»
В ПАО «Газпром» разработана и успешно реализуется Программа по внедрению турбодетандерных установок на ГРС для получения сжиженного природного газа и выработки электроэнергии (утверждена 22 марта 2016 г. Заместителем Председателя Правления ПАО «Газпром» В.А. Маркеловым).
В статье определены роль и место турбодетандерных технологий в современных условиях энергосбережения и энергетической эффективности ПАО «Газпром», сформулированы приоритетные направления реализации этой высокоэффективной технологии с учетом технических возможностей реализации потенциала энергосбережения в период до 2035 г.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ПОТЕНЦИАЛ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ, РЕАЛИЗАЦИЯ ПОТЕНЦИАЛА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ, ТУРБОДЕТАНДЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА.
Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1] определил в качестве одного из главных стратегических ориентиров долгосрочной государственной энергетической политики России повышение энергетической эффективности экономического комплекса страны на основе реализации инновационных высокоэффективных энергосберегающих технологий (проектов). Основными задачами энергосберегающей политики ПАО «Газпром», определенными Концепцией энергосбережения и повышения энергетической эффективности ОАО «Газпром» на период 2011-2020 гг. [2], являются повышение энергетической эф-
фективности дочерних обществ и организаций ПАО «Газпром» на основе применения инновационных технологий и энергетического оборудования и обеспечение снижения техногенной нагрузки на окружающую среду.
В ПАО «Газпром» проводится целенаправленная работа по внедрению на газораспределительных станциях (ГРС) высокоэффективных технологий утилизации энергии высоких давлений природного газа в процессе его поставок потребителям. Природный газ в России транспортируется по магистральным газопроводам (МГ) с высоким давлением (5,5-7,5-11,5 МПа). В регионах природный газ от МГ по газопроводам-отводам поступает на ГРС, и в дроссельных устройствах происходит понижение его давления (1,2-0,6-0,3 МПа) в зависимости от видов конечных
потребителей. При этом энергия избыточного перепада давления газа безвозвратно теряется в процессе редуцирования.
Энергию избыточного давления целесообразно использовать для выработки электроэнергии с помощью газорасширительных турбодетандерных генераторных установок. Данная технология является эффективной, экологически чистой и позволяет повысить надежность энергообеспечения ГРС. Вырабатываемую при этом электроэнергию целесообразно использовать в первую очередь для нужд ГРС, что обеспечит сокращение эксплуатационных расходов. Кроме того, электроэнергию, вырабатываемую на ГРС, в настоящее время можно передать по энергосетям другим потребителям.(В перспективе есть возможность использовать электроэнергию в коммерческих
СОХРАНЯЯ ПРИРОДУ
Рис. 1. Общий вид автономного источника электрической энергии МДГ-20
целях при принятии в России соответствующих юридических норм, регламентирующих этот процесс.)
Для этого в Обществе принята Программа по внедрению турбо-детандерных установок на ГРС для получения сжиженного природного газа и выработки электроэнергии [3]. Данная Программа целенаправленно реализуется в части выработки электроэнергии при использовании технологии турбодетандерной энергетической установки (ТДЭУ) в ряде дочерних обществ: ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург», ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», ООО «Газпром трансгаз Пермь».
В ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» на ГРС «Сер-толово» внедрен микротурбо-детандерный электрогенератор с расширительными турбинами МДГ-20 для выработки электрической энергии мощностью 20 кВт напряжением 380 В/220 В в целях покрытия электрических нагрузок собственных нужд ГРС. Общий вид автономного источника электрической энергии мощностью 20 кВт на базе микро-турбодетандерного генератора (МДГ-20) представлен на рис. 1. Разработчиком этой технологии является ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии» совместно с ГОУ «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».
В перспективе ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии» подготовило к внедрению на объектах ПАО «Газпром» автономный источник энергии мощностью на 100 кВт на базе газовых больше-шаговых малорасходных расширительных турбин конструкции ЛПИ (Ленинградского политехнического института) и современного высокооборотного генератора.
Микротурбодетандерный электрогенератор и вспомогательное оборудование выполнены во взрывозащищенном исполнении. Основные технические характеристики МДГ-20:
• номинальная электрическая мощность - 20 кВт;
• рабочее тело - природный газ;
• входная температура газа -35-45 °С;
• давление газа - 0,3; 0,6; 0,9 МПа;
• скорость вращения ротора -40 тыс. об/мин;
• перепад температуры по газу -не более 40 °С;
• расход газа - 0,324 кг/с (1200 м3/ч);
• КПД - 90 %.
Эффект от использования МДГ-20 состоит в 100%-м замещении электрической энергии, расходуемой ГРС «Сертолово» на собственные технологические нужды, снижении эксплуатационных затрат, повышении надежности энергоснабжения ГРС.
Функционирование расширительных турбин МДГ-20 органически вписывается в технологический процесс редуцирования газа на ГРС - турбоэлектрогенератор устанавливается на одной из ниток редуцирования и выполняет функции редуцирования с генерацией электрической энергии. Общий вид микротурбогенератора МДГ-20 на испытательном стенде представлен на рис. 2.
В 2016 г. на ГРС «Сертолово» ЛПУМГ «Северное» были проведены приемочные испытания энергоустановки на базе микро-турбодетандерного генератора МДГ-20. Было установлено, что характеристики и режимы функционирования МДГ-20 соответствуют требованиям технического
Рис. 2. МДГ-20 на испытательном стенде
ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
СПЕЦВЫПУСК № 1 | 750 | 2017 г.
Блок управления
Пропорциональный регулятор
Турбогенератор
Обратный клапан
Щит управления
Регулятор давления
Теплообменник
Фильтр
Выход
Вход
0,6 МПа 1,5 МПа
Габаритные размеры блок-бокса LxBxH (мм): 6000x2400x3000 Рис. 3. Компоновочная схема размещения МДГ-20 в блок-боксе ГРС «Сертолово»
Рис. 4. Структурная схема применения турбогенератора мощностью 2-5 кВт на ГРС
задания и техническим условиям, нормативной документации РФ в ПАО «Газпром». Комиссия рекомендовала принять в эксплуатацию головной образец МДГ-20. Общая компоновочная схема размещения МДГ-20 в блок-боксе на ГРС «Сертолово» представлена на рис. 3. Следует отметить, что в
настоящее время в ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» на шести ГРС успешно проводятся плановые работы по реализации технологии МДГ-20.
В ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» находятся в эксплуатации четыре турбодетандерные энергетические установки произ-
водства фирмы ООО «НПК «НТЛ» (г. Верхняя Салда) с диапазоном мощности 1-5 кВт и суммарной наработкой турбодетандеров более 60 тыс. ч. Приемочные испытания головного образца турбогенератора на промышленной площадке АРП «Сысерть» Мало-истокского ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» были успешно проведены в 2009 г. По результатам испытаний получены Сертификат соответствия и Разрешение Ростехнадзора РФ на применение турбодетандер-ных установок данного типа.
В 2013 г. были успешно проведены приемочные испытания турбодетандерной энергетической установки ТДУ-2 на ГРС г. Кировограда Невьянского ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург».
В период 19-23 мая 2014 г. комиссия ОАО «Газпром» провела успешные приемочные испытания головного образца ТДЭУ номинальной электрической мощностью 5 кВт на ГРС г. Верхняя Салда Невьянского ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург». Акт приемочных испытаний утвержден 18 июня 2014 г. членом Правления, начальником Департамента 123 ПАО «Газпром» О.Е. Аксютиным. По результатам на данный образец ТДЭУ получены сертификаты соответствия СДС ГАЗПРОМСЕРТ и Таможенного союза.
Структурная схема применения ТДЭУ мощностью 2-5 кВт в составе технологического оборудования ГРС представлена на рис. 4. Различные компоновочные схемы ТДЭУ - на рис. 5 и 6.
Впервые в ПАО «Газпром» в рамках энергосервисного контракта между ООО «Газпром трансгаз Чайковский» и ООО «ГПБ-Энерго-эффект» реализуется проект по строительству ТДЭУ на ГРС «Доб-рянка-2». Данный проект включен в Программу по внедрению турбодетандерных установок на ГРС для получения сжиженного природного газа и выработки
СОХРАНЯЯ ПРИРОДУ
Рис. 5. Компоновочная схема применения турбогенератора на распределительном пункте Сысерть
Рис. 6. Компоновочная схема применения турбогенератора на ГРС г. Верхняя Салда
электроэнергии [3]. Эта работа направлена на повышение энергетической эффективности ООО «Газпром трансгаз Чайковский».
В настоящее время выполнено технико-экономическое обоснование компоновочных вариантов технических решений ТДЭУ на базе ГРС «Добрянка-2», преобразующей энергию сжатого
газа в электрическую энергию для замещения покупной электроэнергии от сети, потребляемой объектами газотранспортной сети ООО «Газпром трансгаз Чайковский». Выбрана схема компоновочного решения, содержащая два турбодетандера производства компании «ТурбоДэн» (Россия) и ОАО «Калужский турбинный завод» ЭТДА-8000 с
подогревом газа на водогрейной котельной.
Технико-экономические показатели компоновочного решения ТДЭУ:
• номинальная электрическая мощность: 8000 кВт;
• число турбодетандеров: 2;
• давление газа на входе: 4,43-7,4 МПа;
• давление газа на выходе: 1,2 МПа;
• температура газа на входе: 0-8 °С;
• температура газа на выходе: -5-0;
• расход газа через ТДЭУ: 100,0-526,6 тыс. м3/ч;
• максимальная выработка электроэнергии: 140,2 млн кВт-ч.
Экономия энергоресурсов (газа и электроэнергии) при внедрении ТДЭУ в денежном выражении для условий 2015 г. составила 207,7 млн руб., что соответствует, например, годовым затратам на компримирование газа двумя компрессорными цехами КС «Гремя-чинская».
В настоящее время в ПАО «Газпром» эксплуатируется 3935 ГРС. Анализ показал, что по техническим возможностям тур-бодетандерные технологии могут быть реализованы на 589 ГРС. При этом может быть потенциально выработана электрическая энергия мощностью примерно 439 МВт [3].
Таким образом, применяемые в дочерних обществах ПАО «Газпром» в современных и перспективных условиях тур-бодетандерные технологии являются высокоэффективными, и их дальнейшее внедрение может обеспечить до 61 % экономии электроэнергии в магистральном транспорте газа в период до 2035 г. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
2. Концепция энергосбережения и повышения энергетической эффективности в ОАО «Газпром» на период 2011-2020 гг. (утв. Постановлением Правления ОАО «Газпром» от 8 декабря 2010 г. № 364).
3. Программа по внедрению турбодетандерных установок на ГРС для получения сжиженного природного газа и для выработки электроэнергии (утв. 22 марта 2016 г. Заместителем Председателя Правления ПАО «Газпром» В.А. Маркеловым).
