Новая станция объединит функции газотурбинной ТЭЦ и электрической подстанции

В ОАО “Энергомашкорпорация” (Россия) началось изготовление первого из серии турбоагрегатов для модернизированной ГТ ТЭЦ с частотой вращения роторов турбогенератора и турбины 6000 об/мин.

Впервые в мировой энергетике они устанавливаются на магнитных подшипниках.
В рамках создания новой серии ГТ ТЭЦ 009 М инженерным центром силовых агрегатов корпорации (Санкт-Петербург) разработан турбогенератор мощностью 10 МВт с частотой вращения 6000 оборотов в минуту. Благодаря этому номинальная частота вырабатываемого им тока будет равна 100 Гц. Для приведения частоты 100 Гц к стандартной промышленной частоте 50 Гц между турбогенератором и сетью будет установлен преобразователь частоты. Условия же совместной работы турбогенератора и преобразователя частоты определили необходимость монтажа на статоре генератора шестифазной обмотки, что наложило соответствующий отпечаток на всю конструкцию статора и ротора турбогенератора.
Разработка преобразователя передана другому инженерному центру корпорации — ИЦ электротехнического оборудования (Екатеринбург).
К новшествам, примененным при компоновке турбоагрегата, относится отсутствие редуктора. Ротор турбогенератора соединен непосредственно с ротором турбины. Кроме того, ротор генератора, как и ротор газовой турбины, установлен на магнитных подшипниках, что позволяет отказаться от громоздкой маслосистемы, присущей всем конструкциям с подшипниками скольжения. Подобные магнитные подшипники уже применяются на мощных компрессорных установках, но на турбогенераторах они устанавливаются впервые в мировой энергетике.
В ОАО “Энергомашкорпорация” основным поставщиком турбогенераторов является завод “Уралэлектротяжмаш” (Екатеринбург). Здесь уже закончена технологическая подготовка и начинается производство генераторов. Специалисты отмечают, что в практике генераторостроения еще не производились турбогенераторы столь высокой частоты вращения.

Поэтому при изготовлении ротора были использованы специальные материалы, что обеспечило необходимую механическую прочность всех элементов конструкции. В настоящее время изготовлены два ротора турбогенератора ТФЭ-10-2(3x2)76000, заканчиваются их заводские испытания.
В настоящее время в России одновременно возводится несколько десятков газотурбинных ТЭЦ, оснащаемых оборудованием производства ОАО "Энергомашкорпорация". Это ГТ ТЭЦ трех серий. В чем их принципиальное отличие? Почему были разработаны и строятся станции именно с такими характеристиками?
По информации ИЦ концептуального проектирования корпорации, развитие проекта газотурбинной станции на основе блока мощностью 9 МВт началось уже через полгода после появления чертежей первого агрегата. Дело в том, что вначале блок ГТ-009 предполагался для использования, в основном, в качестве котельной (зимой установка работает, летом простаивает). Исходя из существовавших тогда тарифов на электроэнергию и тепло, даже такой режим работы считался целесообразным. Проект был завершен, выпущена документация, сделаны все расчеты, но появилась идея сделать приличным и летний КПД станции, то есть разработать вариант регенеративной ГТ-009. Достаточно было допроектировать регенератор, и у станции сразу же получался хороший (на уровне 34-35%) КПД в режиме электрификации. У этого варианта был один недостаток — такая станция могла выдавать лишь строго ограниченное количество тепла (10 ГКал/ч).
На следующем этапе к проектированию регенератора подключился (а затем и полностью взял на себя его проектирование) ИЦ департамента теплообменного оборудования корпорации (Волгодонск). Практически весь объем рабочей документации был выпущен, но поднялись тарифы на тепло, и руководством корпорации было принято решение о создании энергоблока, в котором предусматривалось бы регулирование выдачи тепла и летом (ГВС), и зимой практически от 0 до 20 ГКал/ч на один энергоблок.
Этот вариант был запроектирован, запатентован и реализован в металле. Так появилась станция "девятка" — ГТ ТЭЦ на основе блока ГТЭ-009. Была обеспечена ее высокая надежность, подтверждением чего являются уже построенные и работающие станции подобного типа в Вельске, Белгороде, Реже.

Но уже в то время разработчикам стало ясно, что можно сделать станцию еще лучше, и особенно в области повышения ее эксплуатационной надежности. Началась разработка проекта станции без маслосистемы и без редуктора. После этого разработчики перешли на высокооборотный генератор и поставили к нему высокочастотный преобразователь, то есть стали разрабатывать станцию повышенной надежности с электронным управлением. Такая схема позволяет полностью снять вопросы вибросостояния оборудования, маслосистемы со всеми ее фильтрами, решить проблемы анализа и заправок дорогого огнестойкого масла, баббитовых подшипников.
Очень интересно и необычно то, что на модернизированную станцию были получены ТУ, подписанные Главным пожарным управлением России и Госстроем России, в которых говорится о том, что при эксплуатации станции нет необходимости в системе пожаротушения. Дело в том, что на новой станции не осталось никаких элементов в составе электротехнического и основного оборудования, которые поддерживали бы горение. Одновременно были разработаны принципиально новые подходы архитектурного решения корпуса станции. Была тщательно проработана внутренняя компоновка машинного зала с тем, чтобы объем его использовался оптимально — как в подводной лодке. Так было найдено новое функциональное применение металлоконструкциям здания — воздуховод и все кабели были убраны в колонны здания.
В ходе решения задач, связанных с частотным преобразователем, ИЦ ДТО (Волгодонск) предложил схему регенератора оригинальной конструкции. В результате в составе проекта появляются пиковые котлы, которые позволяют получать уже не 40, а 80 ГКал/ч тепла. Была поставлена цель запроектировать распределенную систему автоматического управления станцией, где верхний уровень был бы первым среди равных. Система управления станцией — цифровая, построенная на интеллектуальных датчиках. Она позволяет в разы экономить количество кабеля, снижать стоимость объекта, повышать его надежность, а главное — со временем перейти на дистанционное управление станцией по спутниковой связи.

В итоге был получен качественно новый продукт энергетического проектирования — станция с индексом "М" (модернизированная). Подобные объекты уже успешно возводятся в Екатеринбурге, Элисте. Уже изготовлены и поступили на сборочные участки первый ротор турбины "эмки", магнитные подшипники, преобразователи.
Однако в процессе реализации программы строительства ГТ ТЭЦ выяснилось, что на местах наблюдается не самая лучшая ситуация не только с теплотрассами, но и с электрическими сетями и подстанциями. Где бы управление реализации проектов корпорации ни возводило ГТ ТЭЦ, оказывалось, что местным сетям необходимо модернизировать свое запущенное хозяйство. Это и неудивительно: энергетические объекты в России не строились уже более десяти лет, а ОАО “Энергомашкорпорация” вышло на рынок с самым современным оборудованием. В результате пришли к выводу, что в габаритах корпуса модернизированной станции неплохо было бы установить электротехническое оборудование не только для выдачи в сеть электрической мощности от своих турбогенераторов, но и самим работать в режиме подстанции (от сети и от себя) на потребителя по линии 6,3 или 10 кВ.
Так появилось решение модифицировать "эмку" и создать новую ГТ ТЭЦ МЭ. Принципиальное отличие этой серии и состоит в том, что новая станция будет нести в себе функцию ГТ ТЭЦ и электрической подстанции одновременно.
Будет у новой серии и другая компоновка здания начиная с фундамента. Вес корпуса станции вместе с основным оборудованием и каркасными металлоконструкциями будет уменьшен более чем в 7 раз по сравнению с ГТ ТЭЦ М. Уже проводятся инженерные изыскания на строительных площадках будущих ГТ ТЭЦ МЭ — это площадки, расположенные в Волгодонске и Анапе.

А что такое инженерный центр? Что представляет собой данное корпоративное подразделение? Инженерный центр — это единый научно-технический комплекс, который на высоком профессиональном уровне обеспечивает достаточную широту спектра выполняемых работ благодаря наличию высококвалифицированного персонала и разработке новых конкурентоспособных технологий с привлечением ведущих российских научно-исследовательских институтов и фирм, занимающихся разработками в области развития энергетики.
Многие комплексные задачи, решаемые ИЦ ОАО "Энергомашкорпорация", базируются на накопленном научном и производственном опыте, что особенно ценят его заказчики. В данной связи можно говорить о консультациях, проектировании и монтаже энергоустановок на объектах (сдача под ключ), сервисном обслуживании, работах по инжинирингу и программному обеспечению проектирования турбин, турбогенераторов, систем возбуждения, техническом и профилактическом обслуживании энергоустановок на тепловых и атомных станциях, монтаже и вводе в эксплуатацию энергосилового оборудования, а также, разумеется, об обучении персонала заказчика необходимым навыкам обслуживания энергетического оборудования в процессе эксплуатации последнего.
В заключение хотелось бы отметить, что завод “Уралэлектротяжмаш” был одним из самых активных участников прошедшей недавно в Минске 8-й международной специализированной выставки-конгресса EnergyExpo-2003 (Энергетика. Экология. Энергосбережение. Электро).

Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ