Мобильные электростанции вчера и сегодня
Опубликовано: 18 февраля 2011 г.
783
М. Александров
Автономное энергоснабжение промышленных объектов и населенных пунктов с помощью передвижных электростанций.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Массовое применение мобильных электростанций в нашей стране началось во время Великой Отечественной войны. Уже с конца 1941 – начала 1942 гг. одной из важнейших задач стало восстановление энергетического хозяйства на освобождаемой от захватчиков территории. В связи с этим Наркоматом электростанций СССР были внедрены так называемые энергопоезда – передвижные электростанции, перемещавшиеся по железным дорогам. Источником пара служил паровоз, турбоагрегат и конденсатор устанавливались на отдельных платформах, распределительное устройство с щитом управления монтировалось в крытом вагоне.
Запуск энергопоезда на объекте занимал от двух до четырех недель – неплохой показатель даже по сегодняшним меркам. Вырабатываемая энергия использовалась в основном для обеспечения восстановительных работ на промышленных объектах. После ввода в строй стационарных электростанций энергопоезд получал новое назначение.
По имеющимся данным всего в 1943–1944 гг. было построено 19 таких энергопоездов суммарной мощностью около 21 МВт, а их выработка за указанный период составила 15,5 млн кВт•ч.
От энергопоезда – к энерговагону
Нужда в мобильных источниках энергии не отпала и в мирное время. Позднее в СССР выпускались дизельные, газо- и паротурбинные энергопоезда мощностью до 5 МВт. Большая их часть предназначалась только для выработки электроэнергии, остальные – также для теплоснабжения. Как правило, в состав энергопоезда входили вагоны (платформы) с основным энергетическим и вспомогательным оборудованием, цистерны с горючим, пассажирский вагон для обслуживающего персонала (бригады из 8–20 чел.). Количество вагонов энергопоезда, состав оборудования и его размещение зависели от типа и мощности основного оборудования.
Одна из традиционных сфер применения мобильных электростанций в современной России – обеспечение нефтегазовых месторождений. Примером такого оборудования могут служить энерговагоны ПЭ-6М (используется и традиционный термин – «энергопоезд») производства Брянского машиностроительного завода (входит в Группу компаний «Трансмашхолдинг»). Основным оборудованием в них служат газодизельные двигатели Д-49 (ОАО «Коломенский завод»), широко применяемые в отечественном машиностроении и энергетике. (Мощность выпускаемых двигателей – от 588 до 4412 кВт.)
При задействовании энерговагонов на нефтегазовых месторождениях вместо дизельного топлива предпочтительнее использовать сырую нефть или попутный нефтяной газ (ПНГ). Работу по переводу серийно выпускаемых двигателей на альтернативные виды топлива выполняют специализированные компании. Например, один из видов деятельности ООО «Конвер» (Коломна, Московская обл.) – модернизация упомянутых выше энерговагонов ПЭ-6 с двигателями Д-49 мощностью 1050 кВт для работы в газодизельном и газонефтяном циклах.
Сегодня применение таких вагонов в качестве основных источников энергии не является самым энергоэффективным решением. По данным ОАО «РИТЭК», их электрический КПД уступает современным газопоршневым электростанциям, выпускаемым ОАО «Звезда-Энергетика» (Санкт-Петербург) на базе двигателей Cummins, в среднем на 30–34 %.
Кроме того, к недостаткам ПЭ-6 при работе на ПНГ относятся необходимость в установке дорогостоящего оборудования газоподготовки и невозможность сжигания ПНГ в чистом виде (только в комбинации с нефтью или дизельным топливом), что важно в свете поставленной властью задачи по доведению утилизации ПНГ до 95 %.
Тем не менее, в ряде случаев применение энерговагонов по-прежнему экономически оправдано. Их установка не требует значительных временных затрат на проектирование и согласование, такое решение является типовым и не нуждается в экологической экспертизе. Так, на месторождениях компании «РИТЭК» используется около тридцати энергопоездов (данные за 2009 г.).
Турбины на колесах - мобильные ГТЭС
В 60-х годах прошлого века в СССР начался выпуск мобильных газотурбинных электростанций (ГТЭС) ПАЭС-2500 мощностью 2,5 МВт. Станции широко применялись для обеспечения нефтегазовых месторождений. После вызванных развалом страны проблем с обслуживанием и ремонтом этих ГТЭС, изготовленных украинскими предприятиями, были разработаны проекты модернизации с использованием двигателей российского производства. Так, замену двигателей АИ-20 и ТГУ-8 на ГТУ-2,5П предлагает Пермский моторный завод (ОАО «Авиадвигатель»). Выполняемые работы включают демонтаж панели управления, маслосистемы, доработку автофургона для монтажа нового оборудования, монтаж ГТУ-2,5П и трансмиссии, устройств системы управления и контроля двигателя, пульта контроля и управления электростанции ПКУ-2500, электрооборудования внутреннего питания, маслоблоков и блока аппаратов воздушного охлаждения масла, а также проведение испытаний (72 ч).
Сегодня на российском рынке предлагаются новые ГТЭС – ПАЭС-2500Г-Т10500, созданные компанией «
Рис. 1. Мобильная ГТЭС ПАЭС-2500
Мотор Сич» (Украина) на базе ПАЭС-2500. Оборудование размещено в полуприцепе-фургоне, состоящем из расположенных на одной раме двух отсеков – моторного и кабины оператора. Между стенками отсеков предусмотрен воздушный зазор 50 мм, обеспечивающий непревышение допустимого уровня шума в кабине.
Газотурбинный двигатель ГТЭ-МС-2,5 оборудован редуктором со сниженной вибрацией и валопроводом с фрикционной предохранительной муфтой. КПД двигателя – 24 %, межремонтный ресурс – 25 тыс. ч. Подвеска двигателя обеспечивает простоту центровки и замены привода. Специально разработанный малогабаритный синхронный генератор напряжением 10,5 или 6,3 кВ оснащен современной бесщеточной системой возбуждения.
Установка имеет микропроцессорную систему управления и контроля, а также системы газовой безопасности, автоматического пожаротушения, шумоглушения всасывания и выхлопа.
В числе изготовителей мобильных ГТЭС, представленных на российском рынке, –GE, Solar Turbines (США), Kawasaki Gas Turbines (Япония), Rolls-Royce (Великобритания).
Наряду с энергоснабжением удаленных объектов, мобильные ГТЭС применяются для временного покрытия дефицитов электрической мощности до окончания строительства новых электростанций и реконструкции существующих подстанций. Например, несколько лет назад во Владивостоке в часы пиковых нагрузок имела место нехватка электроэнергии, вызванная удаленностью от основных генерационных мощностей региона и наличием единственной линии электропередачи. Для выхода из сложившейся ситуации в декабре 2008 г. ОАО «Мобильные ГТЭС» ввело в эксплуатацию две ГТЭС Mobilepac (изготовитель – американская компания Pratt & Whitney Power Systems) единичной мощностью 22,5 МВт.
Электростанция Mobilepac состоит из четырех модулей: силового (двигатель и электрогенератор), системы автоматического управления, повышающего трансформатора (10/110 кВ) и пульта управления станцией. Общая масса оборудования, размещенного в двух трейлерах, – 162 т (в том числе силового модуля – 82 т).
В силовом модуле размещена ГТУ МР25, в состав которой входит газогенератор GG8 с двигателем JT8D-219, силовая турбина FT-8 и электрогенератор. Система безопасности обеспечивает обнаружение и автоматическое тушение возгораний путем заполнения контейнера углекислым газом.
Работа установок предусматривалась только в зимний период и имела целью снижение утренней и вечерней пиковых нагрузок на городские тепловые электростанции. Реализация проекта заняла шесть месяцев. Накопленный опыт позволил синхронизировать монтажные и пусконаладочные работы.
Передвижные дизель-генераторы
Отдельный класс оборудования – передвижные дизель-генераторы или ДЭУ (дизельные электрические установки), используемые в качестве резервных и аварийных источников энергии. На российском рынке предлагается больший ассортимент отечественных и импортных ДЭУ различной конструкции. Передвижные ДЭУ могут исполняться под кожухом (капотом), в кузове-фургоне или в контейнере.
В зависимости от исполнения, кожух может обеспечивать защиту от осадков, пыли и внешних механических воздействий, шумопоглощение и теплоизоляцию. Мощность ДЭУ в кожухе достигает 500 кВт.
Рис. 2. Передвижная ДЭУ
Кузов обычно представляет собой бескаркасную теплоизолированную конструкцию, изготавливаемую из сэндвич-панелей на основе пенополиуретана высокой плотности. Снаружи кузов может иметь стальное или алюминиевое покрытие, изнутри – из металла, пластика или фанеры. Конструкция кузова лишена силовых элементов, нагрузку принимает рама шасси или переходной подрамник. Поэтому производители не рекомендуют использование таких ДЭУ без шасси. Мощность ДЭУ в кузове – до 200 кВт.
В отличие от кузова контейнер обладает несущим стальным каркасом с верхним и нижним силовыми поясами. Ограждение выполняется из сэндвич-панелей. Мощность контейнерных ДЭУ – до 1000 кВт.
Атом неисчерпаем
Испытания первой мобильной атомной электростанции прошли в СССР в первой половине 1960-х гг. Реактор мощностью около 2 МВт, системы управления и безопасности размещались в закрытом контейнере на гусеничном ходу. Эксплуатация была признана экономически нецелесообразной, но разработки продолжались. Последний из таких проектов, «Памир-630Д» успешно прошел заводские испытания в 1986 г. Для транспортировки использовались два тягача МАЗ с полуприцепами грузоподъемностью 65 т и три КРАЗа. В них размещались блок ректора мощностью 0,6 МВт, турбогенератор, системы управления и безопасности, вспомогательное оборудование. Началу эксплуатации установок помешала чернобыльская катастрофа – проект был закрыт, оборудование уничтожено.
Рис. 3. Мобильная ядерная электростанция
Но точку в истории отечественных АЭС малой мощности ставить пока рано. Так, в 2009 г. ОАО «Атомэнергопром» представило на минской выставке «Атомэкспо-Беларусь» проект блочной транспортабельной ядерной установки мощностью 2,5 МВт. Он будет поставляться в полной заводской готовности и вводиться в эксплуатацию в течение двух суток. Обслуживающий персонал – 10 чел. Одна загрузка топлива рассчитана на 25 лет работы. Объявлена и предполагаемая цена блока – около 755 млн руб. Действующий образец может быть создан в 2014 г.