Новое в проектировании энергетических объектов

Возведение энергетических объектов и сегодня является сравнительно консервативной отраслью, опирающейся на достижения и многократно апробированные технологии прошлых лет. В то же время в этой сфере появляются и инновации, меняющие некоторые стандарты строительства. В числе самых заметных тенденций можно отметить переход к новым формам проектирования, снижающим временные и финансовые затраты, а также возросшее влияние экологических требований при сооружении энергообъектов.

Стройка в 6D-измерении

Реализация крупных проектов по введению новых энергомощностей в России, например, выявила проблему отставания отечественной школы проектирования, связанную с тем, что в 90-х годах прошлого века строительство в этой сфере было практически заморожено.

Общая мировая тенденция сегодня – переход на компьютерные технологии и в части расчетов, и в части графики. Появление в России западных энергетических компаний благоприятно сказалось на распространении в стране систем трехмерного проектирования, например, 3D-систем для тепловых электрических станций компании Aveva.

Технология трехмерного проектирования позволяет практически полностью исключить ошибки в работе, улучшить качество и сократить сроки проектирования. Например, проект Среднеуральской ГРЭС создан именно в 3D.

Самой же прогрессивной технологией является 6D-проектирование. Если 3D целиком основывается на физических измерениях, то в 6D к ним добавляются еще три параметра: время – в виде календарно-сетевого планирования сооружения блока; оборудование – как информация о конфигурации, комплектации и поставке необходимых материалов и агрегатов; ресурсы – трудовые, технические, финансовые и иные. Как отмечают специалисты, уже успевшие обкатать программу, 6D-проектирование помогает не просто сконструировать виртуальный объект и наблюдать за его развитием, но и отследить его состояние на всех этапах жизненного цикла при различных сценарных условиях и с участием различных агентов. Затем эта виртуальная конструкция реализовывается на практике.

Например, в Японии, где 6D-проектирование впервые получило широкое распространение при сооружении объектов энергетического назначения, удалось достичь тридцатипроцентного сокращения трудозатрат, в целом оптимизировав строительные процессы.

Существенно ускоряет возведение энергетических объектов сокращение этапов, а, следовательно, и сроков согласования при применении системы одностадийного проектирования. В России такой подход внедряется, например, компанией Ruukki. В этом случае производитель предлагает заказчику стандартный набор документации, уже имеющей разрешительные визы ключевых инстанций. Такой подход позволяет начать строительство практически сразу после землеотвода. Исходным документом для начала стройки в этом случае является собственно архитектура сооружения – отметки перекрытий, точки кранового оборудования, точки приложения нагрузок и их величины (то есть оборудование, важное с точки зрения нагрузки на каркас). В итоге появляется готовое строительное задание с архитектурой и нагрузками. После этого проектирование ведется в одну стадию – заводское проектное бюро выдает как чертежи КМД (конструкции металлические деталировочные) для производства, так и монтажные схемы для строительства. Это параллельный процесс, возведение может начаться сразу после изготовления конструкции, без дальнейших согласований.

Одностадийное проектирование часто применяется при строительстве зданий энергоблоков энергостанций, поскольку их корпуса часто возводятся из легких металлоконструкций (ЛМК). В этом случае скорость строительства возрастает и за счет высокой степени заводской готовности ЛМК и простоты их сборки.

По подобной технологии, например, было построено здание нового энергоблока Шатурской ГЭС. Блок мощностью 400 мегаватт значительно повышает надежность энергоснабжения потребителей восточной части Московской энергосистемы. Строительство осуществлялось турецкой компанией, которая специализируется на возведении объектов подобного рода.

Основным требованием подрядчика была точность изготовления конструкций, которая существенно превышала существующие в России стандарты, и жесткие требования по соблюдению графика работ. По заданию турецких строителей допуски в этих конструкциях были обеспечены на уровне всего в 0,3 миллиметра, что фактически на порядок меньше, чем требуют российские стандарты. Благодаря современным технологиям изготовления конструкций производитель сумел точно выдержать заданные характеристики.

Высокая заводская готовность и современные конструктивные решения позволили обеспечить скорость и точность монтажа зданий. Благодаря этому все работы проводились в заранее отведенные сроки. А тесное сотрудничество поставщика конструкций с подрядчиком, позволяющее оперативно решать все текущие вопросы, четкое соблюдение графика поставок дают возможность закончить строительство и открыть новый энергоблок в запланированное время.

Чистая выгода

Не только проблема уменьшения сроков и расходов находится в центре внимания при возведении энергетических объектов; остро стоит и вопрос снижения их негативного влияния на окружающую среду.

Ужесточение национального и международного законодательства в сфере экологии диктует новые правила строительства; широкое применение находят современные технологические методы подавления вредных выбросов.

В настоящее время специалисты предлагают коренным образом изменить само направление движения выбросов. Например, сделать так, чтобы они попадали не в атмосферу, а хранились под землей.

Весной этого года правительство Германии одобрило законопроект о безопасности планирования и инвестиций для пилотных проектов по технологии CCS (Carbon dioxide Capture and Storage). В этом случае отработанные газы с электростанций на угольном топливе подвергаются тщательной фильтрации с целью удаления большей части экологически вредной двуокиси углерода. Затем углекислый газ под высоким давлением подвергается сжижению и закачивается в подземные хранилища.

Технология CCS заимствована у самой природы. Здесь используются те же принципы хранения углекислого газа, которые позволили нефти и газу миллионы лет находиться под землей. Значение подобного ноу-хау трудно переоценить. Дело в том, что уменьшение количества угольных электростанций было связано во многом именно с экологическими требованиями. Они обосновывались тем, что на электростанциях, использующих в качестве топлива уголь, на один выработанный кВт*ч электроэнергии приходится значительно большая эмиссия парниковых газов, чем на газовых станциях.

Если новая технология получит широкое применение, у человечества появится возможность шире использовать этот привычный и довольно распространенный вид топлива (Россия – один из мировых лидеров по залежам угля), не нанося вреда природе. Первая опытная угольная электростанция на основе технологии CCS уже построена в Германии немецкой энергетической компанией Vattenfall.

Помимо этого, в ближайшее время стоит ожидать появления электростанций, работающих на синтетическом газе (смеси угарного газа и водорода, получаемого в результате переработки угля). Сжигание синтетического газа является более экологически чистым процессом, чем работа на угле. Но наиболее привлекательными для инвесторов становятся такие проекты, которые не привязаны ни к одному из видов топлива. Например, осенью этого года было выдано разрешение на строительство первого в России энергоблока с использованием технологии сжигания твердого топлива в циркулирующем кипящем слое (ЦКС) на Новочеркасской ГРЭС.

Данная технология позволяет сжигать различные виды топлива – от высококалорийного антрацита до биомассы. Энергоблок с котлом ЦКС имеет более высокий КПД, снижая число выбросов в атмосферу.

Если же говорить о завтрашнем дне энергетике, то, видимо, он за гибридными электростанциями. Первый такой объект заработает в Германии в 2010 году. Подобная станция производит энергию из ветра, биогаза и воды без возникновения при этом вредного для климата земли парникового углекислого газа. Благодаря совмещению нескольких энергетических источников работа такой станции не зависит от погодных условий и климата, поэтому такая технология может использоваться в любых уголках Земли.

Современные технологии проектирования и строительства энергетических объектов будут определять развитие отрасли на многие годы. В ближайшее время не только России и Беларуси, но и всему человечеству предстоит решить дилемму: как в короткие сроки увеличить количество энергообъектов для удовлетворения возрастающих потребностей человека в энергии, одновременно сохранив экологию? Ответ дают уже существующие и появляющиеся новые методы проектирования и строительства энергетических объектов.

Надежда ВЕРХОВЕЦ