22 Мая 2018

Ликбез №27: Охладить и сбросить

Водохранилища могут создаваться не только для ГЭС, но также для атомных и тепловых станций. В таком случае они обеспечивают охлаждение оборудования, то есть участвуют в выработке энергии, но опосредовано. Объясняем на примере Березовской ГРЭС компании «Юнипро».

Поделиться в социальных сетях

В конце апреля пресс-служба Березовской ГРЭС (филиал ПАО «Юнипро», расположен в Шарыпово Красноярского края) распространила сообщение о том, что компания «никогда не использовала воду из водохранилища для отопления потребителей». О том, что это не так, якобы говорилось в публикациях в краевой прессе. Найти эти публикации нам не удалось, видимо, история вышла локальная, потому и не попала в сводки «Яндекс.Новостей». Тем не менее, в «Юнипро» поспешили объяснить, что вода из Березовского водохранилища после охлаждения оборудования станции не используется для подогрева теплоносителя, и не попадает в отопительную систему. 

Для нас важна сама новость – вопреки расхожим представлениям, водохранилища бывают не только у ГЭС, но и у тепловых станций (а также у атомных). По своей сути это – пруды-охладители, создаваемые на русловых и пойменных участках рек, перекрываемых тоже плотинами. В очередном ликбезе рассказываем о специфике таких рукотворных водоемов. Которые, как ни крути, используются для выработки электроэнергии – но, в отличии от ГЭС, вода в данном случае не является источником генерации, а обеспечивает эффективную работу основного оборудования.

Угольный гигант в сердце Сибири

Березовская ГРЭС – крупнейшая в СФО тепловая станция. И одна из самых новых в ОЭС Сибири: строить ее начали еще в 1976 году, но пуск первого энергоблока состоялся лишь 1 декабря 1987 года, а второго – в апреле 1991 года. Изначально проектом планировалось возвести восемь энергоблоков по 800 МВт каждый. Таким образом, планируемая установленная мощность ГРЭС должна была составить 6,4 ГВт. Но до сих пор мощность станции составляет 2,4 ГВт (три энергоблока по 800 МВт каждый; один в ремонте). 

При это даже сейчас доля выработки станции в ОЭС Сибири – примерно 6%: по итогам 2017 года ГРЭС произвела 6,5 млрд кВт*часов электрической энергии. Доля установленной мощности ГРЭС в ОЭС Сибири - 4,6%, а среди всех тепловых электростанций Сибири – 9%. При этом КИУМ по итогам прошлого года равнялся всего лишь 30%, хотя еще в 2011 году превышал 81%. Связано это с общей ситуацией в ОЭС Сибири, где по традиции идет битва между дешевой гидро- и более дорогой тепловой генерацией. 

ГРЭС во многом уникальна. Это единственная электростанция в России с энергоблоками мощностью 800 МВт, где в качестве топлива используется уголь (в данном случае – бурый); все остальные ТЭС с блоками такой мощности работают на газе. Здесь организована уникальная схема поставки топлива (по двум 14-километровым открытым конвейерам прямо с Березовского месторождения). Дымовая труба ГРЭС высотой 370 метров – самый высокий подобный технический объект в России и пятый по высоте в мире. Подвесные котлы энергоблоков имеют высоту 120 метров, а общая масса каждого превышает 25 тыс. тонн. 

Но при всей своей неоспоримой уникальности, Березовская ГРЭС является типичной конденсационной ТЭС (как и расположенная в том же Красноярской крае Назаровская ГРЭС, входящая в СГК). Обыватели часто путают ГРЭС и ГЭС, что, на наш взгляд, совсем за гранью и не имеет прощения. Но многие не понимают и разницы между ГРЭС и ТЭЦ. А разница, хоть и первое, и второе – объекты тепловой генерации, - существенна. Для ее понимания достаточно вспомнить правильную расшифровку аббревиатуры – государственная районная электростанция. Весь производственный цикл ГРЭС направлен, прежде всего, на выработку электричества, тогда как для теплофикационных станций – или теплоэлектроцентралей – приоритет: отпуск тепловой энергии. Конечно, все смешалось в доме Облонских давно, и ТЭЦ теперь активно работают на ОРЭМ, тем более что электроэнергия, в отличие от тепла, продается по рыночным, а не регулируемым тарифам. Но о главном своем предназначении никто не забывает. 

При этом всем тепловым станциям требуется вода для охлаждения оборудования. И много воды: общее водопотребление ТЭС и АЭС в СССР на уровне 1984 года оценивалось, например, в 70 млрд кубометров в год. И вряд ли с тех пор ситуация сильно изменилась. На ТЭЦ, которые обычно «втыкали» в густонаселенных районах, для водообеспечения чаще всего ставили градирни. А вот при ГРЭС – строили водохранилища, либо размещали такие станции на берегах крупных рек, больших озер (Гусиноозерская ГРЭС в Бурятии) или даже морей (Сахалинская ГРЭС на берегу залива Терпения Охотского моря). Такие искусственные водоемы, естественно, пригодны для комплексного использования – от орошения и рекреации до рыборазведения.

Дымовая труба Березовской ГРЭС высотой 370 метров – самый высокий подобный технический объект в России и пятый по высоте в мире.

В отличие от рукотворных морей, используемых для выработки электроэнергии, к охладителям выдвигаются несколько иные требования. Главные характеристики – транзитный поток (площадь, в границах которой происходит движение потока от водовыпуска к водозабору), количество и площадь водоворотов, тепловая нагрузка (количества теплоты, поступающей в охладитель с теплой водой), и, естественно, метеоусловия (ветер, влажность воздуха, солнечная радиация и т.д.). Вместо полезного объема в прудах-охладителях используют понятие «площадь активной зоны». Это объем воды, необходимый для охлаждения при соответствующих метеоусловиях (рассчитывается как сумма активной зоны транзитного потока и активной зоны водоворотов). Отношение площади активной зоны к площади зеркала водохранилища определяет коэффициент использования такого водоема. 

Охладители могут быть проточными и непроточными. В первом случае они имеют постоянный приток и сток воды, во втором — пополнение осуществляется либо в паводок, либо путем подкачки из других водоемов. «При применении системы прямоточного водоснабжения не требуется больших капиталовложений на строительство и обеспечиваются низкие и устойчивые температуры охлаждающей воды. Однако расходы воды, достаточные для прямоточного водоснабжения мощной электростанции, могут быть получены только из больших рек, на которых размещение тепловых электростанций по совокупности технико-экономических показателей (топливоснабжение, выдача электроэнергии) оправдывается лишь в редких случаях. Возможность размещения электростанций на реках ограничивается также повышенными требованиями к условиям сброса воды в водоемы, связанными с тем, что изменение температурного режима реки оказывает большое влияние на происходящие в ней биологические процессы. Поэтому крупная теплоэнергетика в дальнейшем будет развиваться преимущественно с применением оборотного водоснабжения», - говорилось в учебнике Н.Н. Абрамова «Водоснабжение» от 1974 года.

Только для своих нужд

Водохранилище Березовской ГРЭС было наполнено к 1988 году, при площади 37,6 кв. км оно аккумулирует около 200 млн кубометров воды. Это «море» очень гармонично вписалось в окружающий ландшафт. В компании объясняют, что искусственным водоем является лишь частично. В 1958 году четыре местных совхоза в складчину построили для своих нужд маленькую ГЭС мощностью 500 кВт, для работы которой на месте старого пруда было образовано водохранилище. А когда в 1980-х завершалось строительство ГРЭС, его просто увеличили в размерах, построив новую плотину. 

Сегодня водохранилище позволяет в сезонном режиме регулировать сток трех рек – Базыр, Кадат и Береш. Первые две реки впадают в Береш, которая, в свою очередь, является притоком реки Чулым (которая тоже является притоком – но уже Оби). Наполнение охладителя зависит от естественных условий: основной приток формируется с апреля по сентябрь, а также с октября по март. Средняя глубина водоема – шесть метров, максимальная – 15 метров; он сильно страдает от стоков, прежде всего, в реку Кадат, которая протекает по промышленной зоне Шарыпово и собирает там все, что только можно. Очистные сооружения города не обеспечивают достаточно эффективной очистки от загрязнений, так что качество воды - точно не вина ГРЭС. В «Юнипро» подчеркивают: энергетикам как раз важно, чтобы водохранилище оставалось чистым, не заиливалось, чтобы в нем не появлялись вредные для биобаланса водоросли. Что, кстати, в таких водоемах является весьма серьезной проблемой как раз из-за температурного воздействия (тут достаточно вспомнить о проблемах Гусиного озера в Бурятии). 

Как рассказали «Кислород.ЛАЙФ» в «Юнипро», «водохранилище служит емкостью для технического водоснабжения Березовской ГРЭС, используется в качестве охладителя отработанного пара, вращающего турбину. Из глубинного водозабора вода из открытого подводящего канала поступает к конденсаторам турбины и охлаждает отработанный пар. Пар превращается в воду и направляется обратно для очистки и парообразования. Совершив свою охлаждающую миссию, потеплевшая вода по сбросным трубопроводам поступает обратно в открытый отводящий канал длиною 1360 метров». 

Теплофикационное оборудование на Березовской ГРЭС установлено только для собственных нужд, и теплоснабжения близлежащих населенных пунктов – города Шарыпово, поселка Дубинино и села Холмогорское. Отсюда и столь скромные показатели по отпуску тепловой энергии – 650 тыс. Гкал по итогам 2017 года (при мощности в 986,6 Гкал*час). И эти объемы остаются относительно стабильными уже долгие годы. Для сравнения: лишь одна Красноярская ТЭЦ-1, имеющая тепловую мощность 1677 Гкал*час, производит в год почти 3 млрд Гкал тепла.

«Вода, поступающая из водохранилища, после технологического цикла по охлаждению оборудования, возвращается обратно в водохранилище с температурой не более 15-20 градусов по Цельсию зимой и до 30 градусов по Цельсию летом. Такой температурный потенциал не может быть использован для отопления населенных пунктов. Кроме того, эта вода не может быть использована в качестве теплоносителя по СанПиН. А для нужд отопления и горячего водоснабжения Березовская ГРЭС приобретает воду питьевого качества у поставщика холодной воды для Шарыпово по действующим тарифам, умягчает ее, нагревает в сетевых подогревателях и воздухо-водяных теплообменниках. При этом филиал «Березовская ГРЭС» ПАО «Юнипро» поддерживает самый низкий в регионе тариф на отопление для населения», - объяснили в компании.

На фото 1986 года – перекрытие реки Береш, создание водохранилища Березовской ГРЭС.
Александр Попов шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»