23 Июля 2019

Чем уникальна программа комплексной модернизации ГЭС «РусГидро»?

Масштабом и глубиной. Крупнейшая в отрасли программа обновления действующих электростанций продолжается восьмой год и является тотальной – меняют все, от гидротурбин до распредустройств. В итоге гидроэнергетика России получает практически новые ГЭС.

Поделиться в социальных сетях

В июне госхолдинг «РусГидро» объявил о старте комплексной модернизации Чиркейской ГЭС – крупнейшей не только в Дагестане, но и на всем Северном Кавказе. Эта станция мощностью 1 ГВт, введенная в эксплуатацию на реке Сулак в 1974 году, известна, прежде всего, своей арочной плотиной, по высоте (232,5 метров) – второй в стране, после Саяно-Шушенской. Уникальное по красоте и прочности сооружение построено на века, а вот оборудование ГЭС, отработавшее уже более 40 лет, сильно устарело и достигло высокой степени износа. Поэтапно, за 2021-2027 годы, без остановки ГЭС и ограничения энергоснабжения ее потребителей, здесь заменят почти все – гидротурбины, генераторы, силовые трансформаторы и распределительное устройство. В результате мощность ГЭС еще и возрастет на 100 МВт!

Но главное – Чиркейская станет, по сути, новой станцией, только в «старых» декорациях (реконструкция, тем не менее, затронет и гидротехнические сооружения ГЭС). Проект на этой ГЭС – еще одно звено масштабной Программы комплексной модернизации (ПКМ), которую ПАО «РусГидро» последовательно реализует с 2012 года во всех своих филиалах и дочерних обществах. Для отечественной энергетики ПКМ во многом уникальна и даже беспрецедентна. Главная особенность этой программы, которую не устают подчеркивать в госхолдинге – ориентация не на точечную замену отдельных узлов и агрегатов, а именно на комплексную модернизацию объектов генерации как единых технологических комплексов, с полной заменой или глубокой реконструкцией как основного, так и вспомогательного оборудования, общестанционных систем и ГТС. Программа не затрагивает, пожалуй, только водохранилища, поскольку эти объекты в России находятся в федеральной собственности.

Более того, реализация ПКМ ведется исключительно на собственные средства «РусГидро», без дополнительной нагрузки на потребителей ОРЭМ – в отличии от ДПМ, используемых в программах обновления тепловых электростанций. 

Новости о тех или иных позитивных изменениях в своих филиалах госхолдинг выпускает регулярно – они уже стали рутиной. Но не стоит забывать, что на наших глазах, шаг за шагом, планомерно и по четкому графику, происходит практически полное преображение целой отрасли – гидроэнергетики. Ведь модернизацией принадлежащих им гидроэлектростанций занимаются и другие энергокомпании, но по масштабу и амбициозности ПКМ «РусГидро» нет равных. Комплексным подходом госхолдинга, который свои ГЭС обновляет тотально, от гидротурбин до распределительных устройств, проникся «Кислород.ЛАЙФ».

http://www.dagestan.rushydro.ru/upload/iblock/8cf/PKM-Volzhskaya-GES-Foto-A-Kopaeva.jpg
На наших глазах, шаг за шагом, планомерно и по четкому графику, идет практически полное преображение целой отрасли – гидроэнергетики.

Масштабнее нет и не будет

Очевидный факт – практически все мощные ГЭС в России были построены и введены в эксплуатацию в годы СССР. Наиболее «древние» станции сосредоточены на Северо-Западе и Северном Кавказе, где советское гидростроительство в рамках легендарного плана ГОЭЛРО совершало первые шаги и набивало шишки. Большинство ГЭС Волжско-Камского каскада запускали в 1950-х-1960-х, когда в послевоенном СССР уже окрепло энергетическое машиностроение и нарабатывался опыт больших комсомольских строек. Относительно молодые – по меркам энергетики – объекты гидрогенерации работают на реках Сибири. Но совсем уж «юные» ГЭС в России можно пересчитать по пальцам – в 2013-м, к примеру, запустили Усть-Среднеканскую в Магаданской области. 

Жизненный цикл гидротехнических сооружений любой ГЭС – минимум век (а для крупных ГЭС он может исчисляться и тысячелетиями), но внутренняя «начинка», особенно гидросиловое (турбины и генераторы) и электротехническое оборудование (повышающие трансформаторы, распределительные устройства, токопроводы, системы релейной защиты и автоматики, телеуправления, связи и т.п.), конечно, устаревает намного быстрее. Тем более в наш век стремительного технического прогресса! Более того, за десятилетия, прошедшие с момента запуска станций, изменились и экологические требования, и стандарты безопасности; совершенствовались технологии и в самой гидроэнергетике. 

Периодические ремонты и замены отдельных узлов на ГЭС не останавливались даже в «лихие» 1990-е, ведь главное в энергетике, вопреки расхожим мифам, это надежность и безопасность. Но экономические трудности тех лет не позволяли запускать большие программы замены устаревшего и изношенного оборудования. К концу 2000-х годов стало ясно – точечными решениями переломить тенденцию «старения» ГЭС больше не получится. В итоге модернизацией так или иначе занялись все гидрогенераторы. 

В декабре 2011 Программу комплексной модернизации всех генерирующих объектов утвердили в «РусГидро», поставив в ней крайне амбициозные цели. Например, заменить 55% от общего парка турбин (всего 154 турбины), 42% от общего парка генераторов (119 генераторов), 61% от общего парка трансформаторов (176 штук), 396 высоковольтных выключателей, около 8 тыс. единиц оборудования вторичной коммутации и более 4 тыс. единиц вспомогательного оборудования. А также – произвести реконструкцию ГТС. «Результатом реализации программы должно стать отсутствие на станциях компании оборудования, отработавшего нормативный срок эксплуатации», - подчеркивают главную цель в госхолдинге.  

Первыми проектами, реализованными в новой, уже «комплексной», идеологии, стали восстановление Саяно-Шушенской ГЭС в Хакасии и Баксанской ГЭС в Кабардино-Балкарии. Они были, конечно, во многом вынужденными – первая станция пострадала от крупной аварии, вторая – от диверсии. Всего же по итогам 2012 года в рамках ПКМ заменили 17 турбин и девять генераторов общей мощностью 479 МВт, а также 12 силовых трансформаторов и более 1000 единиц вспомогательного оборудования (системы защит, автоматического управления, связи и др.). За счет этого только за первый год реализации программы установленная мощность ГЭС «РусГидро» выросла на 26,5 МВт, что сравнимо с мощностью той самой Баксанской ГЭС. 

С начала реализации ПКМ заменено уже 56 гидротурбин, 32 генератора, 57 трансформаторов, 263 высоковольтных трансформаторов, более 5 тыс. единиц вспомогательного и электротехнического оборудования. В результате замены оборудования на более эффективное мощность модернизируемых ГЭС возросла на 365 МВт.

https://www.ruscable.ru/news/images/big-71987-4.jpg
Первыми проектами, реализованными в новой, уже «комплексной», идеологии, стали восстановление Саяно-Шушенской ГЭС в Хакасии и Баксанской ГЭС в Кабардино-Балкарии.

В целом за счет реализации ПКМ мощность ГЭС «РусГидро» к 2025 году планируется увеличить на 779 МВт, а выработку – на 1,3 млрд кВт*часов. Но это – не самоцели, тем более что средний КИУМ в гидроэнергетике России колеблется на уровне 40-45%. А выработка в большей степени зависит не от установленной мощности конкретной станции, а от гидрологической обстановки и тонкого управления режимами, которые для любой ГЭС в стране определяет госрегулятор – Росводресурсы. К тому же у «РусГидро» и так доминирующее положение по этим показателям в России и одно из лидирующих – в мировом масштабе. Гигаваттом больше, гигаваттом меньше – это, согласитесь, не главное. 

Гораздо важнее – повышение надежности работы оборудования и станций в целом, что вносит безусловный вклад в надежность энергоснабжения потребителей. А, учитывая уникальные свойства ГЭС (высокоманевренность, скорость разгона, участие в регулировании частоты и управлении режимами), и долю гидроэнергетики в энергобалансе страны (порядка 20%), модернизация генерирующих объектов «РусГидро» становится, без ложного пафоса, ключевым условием роста надежности всей ЕЭС России.


Четыре обновленных. Камская ГЭС (552 МВт) еще в 2015 году стала первой в «РусГидро», где полностью заменили все 23 вертикальных гидроагрегата – включая их рабочие колеса (вместе с камерами), обмотку статоров генераторов и воздухоохладителей, направляющие аппараты, а также турбинные подшипники. За счет этого мощность каждого из обновленных агрегатов выросла на 3 МВт (в сумме прибавка равноценна тому, как если бы на станции установили две дополнительных машины), но главное – их работа стала надежнее и эффективнее. Удалось минимизировать и экологические риски – конструкция новых рабочих колес исключает попадание турбинного масла из системы регулирования в реку Кама. Подобные решения приняты и в других аналогичных проектах. 

В 2017 году замена всех 20 гидротурбин на новые была завершена на Жигулевской ГЭС, в прошлом году – на Миатлинской ГЭС в Дагестане (обе действующие машины по 110 МВт каждая), а в июне этого года – на Новосибирской ГЭС. На Жигулевской станции перемаркировка последнего из обновленных гидроагрегатов, №20, завершилась в начале июля – в итоге мощность станции выросла суммарно на 188 МВт, до 2488 МВт. На Новосибирской заменили все семь турбин, но перемакрировка последних еще продолжается – в финале мощность единственной на реке Обь ГЭС вырастет с исходных 455 до 490 МВт. Примечательно, что ни на одной из станций «РусГидро» не меняют тип турбин. На Аушигерской ГЭС в Кабардино-Балкарии планируют заменить действующие колеса из черного металла на колеса из нержавеющей стали. Это позволит снизить абразивный и кавитационный износ гидроагрегатов, вызванный мутным речным потоком.


На Чебоксарской ГЭС в рамках ПКМ рабочим колесам возвращают исходный поворотно-лопастной режим. По итогам прошлого года перевели 13 из 18 турбин, еще две сейчас в реконструкции.

Эффекты для экономики

Комплексный характер ПКМ рождает и массу мультипликативных эффектов для экономики России, оценка которых – предмет для серьезной научной работы. Но и при поверхностном взгляде понятно, что речь можно вести и о стабильном заказе предприятиям энергетического машиностроения, и о загрузке самых разных бизнесов – проектных бюро, транспортных и строительных компаний (и связанных с ними отраслей), и о дополнительных налоговых отчислениях в регионах реализации проектов. 

Хотя на некоторых ГЭС в рамках ПКМ ставят иностранное оборудование (например, турбины для Саратовской станции делает Voith Hydro), основной портфель заказов в ходе конкурсных процедур был распределен между питерскими «Силовыми машинами», сызранским «Тяжмашем» и другими отечественными заводами. Стоит отметить и участие «РусГидро» в создании новых предприятий – речь, конечно же, про построенный в саратовском Балаково завод «ВолгаГидро», запуск которого состоялся буквально в июне. Изначально это было совместное предприятие, но теперь оно целиком принадлежит иностранному партнеру – Voith Hydro. «Мы полностью выполнили задачу по локализации на территории России современного производства гидротурбинного оборудования. Строительство завода позволило перенести в Россию опыт одного из ведущих мировых производителей гидротурбин, чье оборудование успешно применяется на Миатлинской, Угличской и Саратовской ГЭС, устанавливается на готовящейся к промышленному вводу Зарамагской ГЭС-1. Уверен, мощности завода будут востребованы не только российскими, но и зарубежными заказчиками», - говорил на открытии завода председатель правления – генеральный директор ПАО «РусГидро» Николай Шульгинов.


Саратовская ГЭС. Здесь впервые реализован проект по полной замене гидрогенераторов – еще в 2016 году здесь завершилась реконструкция всех 21 вертикальных устройств, на которых поменяли активное железо статоров и их обмоток, установили новые катушки полюсов ротора и несущие узлы подпятников (оба горизонтальных гидроагрегата заменили еще раньше). Работы шли с конца 1990-х, но ускорить их удалось только в рамках ПКМ. В прошлом году на Саратовской ГЭС завершились и начатые в 2009 году работы по замене всех девяти силовых трансформаторов, что позволило обеспечить выдачу в энергосистему повышенной мощности и дополнительной выработки электроэнергии. 

Параллельно на станции, естественно, меняют и гидротурбины. Саратовская ГЭС – единственная, где работы ведутся в рамках контракта с австрийской Voith Hydro. Уже заменили девять турбин, еще две выведены на реконструкцию. На каждой из них меняют закладные части, рабочее колесо и его камеру, вал, турбинный подшипник, крышку, направляющий аппарат, маслоприемник и маслонапорную установку, а также вспомогательные системы. У новых турбин – пять лопастей вместо четырех, а сервомотор интегрирован в рабочее колесо как завершенный конструктивный узел, благодаря чему давление масла на уплотнения лопаток почти в двадцать раз меньше, чем в «старой» конструкции. В результате реализации ПКМ установленная мощность Саратовской ГЭС уже увеличилась на 55 МВт (до 1415 МВт), а после завершения проекта по замене всех гидротурбин (в начале 2030-х) достигнет 1505 МВт.


Используемые на Саратовской ГЭС турбины являются крупнейшими по своим размерам в России: рабочие колеса имеют диаметр 10,3 метра, а их вес в полной сборке – 314 тонн.

Таким образом «РусГидро» вносит вклад и в решение политической задачи импортозамещения, что весьма символично, если вспомнить: почти все ГЭС и в СССР строились на отечественном оборудовании. Которое производили зачастую на тех же самых заводах, что сегодня делают все по второму кругу – но, конечно, совершенно по новому!

Однако госхолдинг действует на этом поле без фанатизма. «У нас есть программа импортозамещения, в ней предусмотрено, что к 2023 году доля импортного оборудования должна составлять всего 20%. Генераторы, турбины у нас производят. Что касается IT, программного обеспечения, то это общая проблема, - говорил Николай Шульгинов в интервью газете «Ведомости» в сентябре 2018 года. – Есть неприятные моменты для энергетики и для нас тоже, потому что часть оборудования – устройства релейной защиты, выключатели различные, IT – у нас пока не производится. Комплектные распределительные устройства 500 кВ, 330 кВ импортные. Но наши заводы начинают осваивать новое производство. Например, КРУЭ-110 начинают делать. У нас есть украинские трансформаторы, ABB и др. Сейчас наши заводы выпускают трансформаторы не хуже». 

Ежегодно госхолдинг вкладывает в модернизацию ГЭС порядка 20 млрд рублей. Еще в 2016 году в интервью «Интерфаксу» Николай Шульгинов отмечал повышенный контроль над расходами на ПКМ – в компании стремятся максимально экономить: «Мы идем двумя путями. Первый – это снижение денежной стоимости, строительно-монтажных работ, договариваемся с производителями о снижении цены. Кроме того, переносим финансирование на последующие годы». Но при этом глава компании подчеркивал, что «мы не должны упустить тот момент, когда снижение выделяемых средств может повлиять на безопасность. Это недопустимо».


Надежность и безопасность. Особенно стоит отметить уникальные проекты, реализуемые в рамках ПКМ на гидротехнических сооружениях – они направлены, прежде всего, на повышение надежности и усиление безопасной эксплуатации ГЭС. Так, в 2015 году на Егорлыкской ГЭС, входящей в состав Каскада Кубанских ГЭС, запустили холостой водосброс. За счет этого максимальная пропускная способность гидроузла (с учетом пропуска воды через турбины) выросла до 250 кубометров в секунду (это позволит теперь без проблем пропускать даже сильные паводки). 

А на Гизельдонской ГЭС в Северной Осетии в 2017 году построили обводной канал головного узла, что помогло восстановить водохранилище до проектных размеров – за 80 лет эксплуатации станции заиленым оказалось 75% от всего объема, это около 441 тыс. кубометров наносов. Прежде очищали лишь порог перед самим водоприемником. Запуск зимнего обводного канала в обход головных сооружений Эзминской ГЭС поможет лучше очищать воду от песчаных взвесей, что снизит износ проточной части гидротурбины, в том числе рабочих колес. Канал также даст возможность отводить воду и проводить реконструкцию водосбросных сооружений ГЭС без остановки станции. Эти работы начнутся уже в ближайшие годы, причем Эзминская ГЭС за несколько лет будет модернизирована полностью – с заменой вообще всего оборудования, от гидроагрегатов до затворов плотин. Даже стены самого здания ГЭС, построенные в 1950-х годах из непрочного шлакобетона, разберут и возведут заново, из сейсмостойкого монолитного бетона.


На Зеленчукской ГЭС-ГАЭС был оборудован инженерно-сейсмологический комплекс. Он повысит не только эксплуатационную надежность, но эффективность контроля безопасного состояния ГТС Карачаево-Черкесского филиала.

Еще один немаловажный эффект ПКМ – вклад в развитие современных технологий и инноваций. Гидроэнергетика и в России, и в мире считается консервативной отраслью, с устоявшимися за более чем век стандартами и техническими решениями. Прорывы обычно фиксируют в других сегментах ВИЭ – солнце и ветре. На ГЭС же огромным достижением считается, например, пара процентов прироста КПД гидроагрегата. На это, естественно, в «РусГидро» также делают ставку: все новое гидросиловое оборудование – и мощнее, и проще и дешевле в эксплуатации, и экологичнее старого. И, конечно, новые агрегаты могут вырабатывать больше чистой электроэнергии, причем на тех же объемах воды! 

Но инновационные технологии затрагивают буквально все составляющие каждой конкретной ГЭС. И если размещение солнечных панелей на плотине Нижне-Бурейской ГЭС и стоит пока рассматривать лишь как смелый эксперимент по гибридизации гидрогенерации и СЭС, то, к примеру, запуск в эксплуатацию фазоповоротного трансформатора на Волжской ГЭС можно отнести к настоящим прорывам. Не менее прорывное решение – широкое применение нетипичных для российских ГЭС комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (т.н. КРУЭ). Наиболее масштабные работы по этому направлению затронули станции Каскада Кубанских ГЭС и ту же Волжскую ГЭС. Но КРУЭ ввели и на двух станциях крупнейшего по мощности в России Саяно-Шушенского гидроэнергокомплекса, и на Воткинской ГЭС, которая является одним из узловых пунктов сети электроснабжения восточно-европейского района России и связывает между собой пять энергосистем: Пермскую, Удмуртскую, Кировскую, Башкирскую и Свердловскую (по высоковольтной линии 500 кВ через ГЭС замыкается электрическая связь «Урал – Центр»). В этом году присоединение Загорской ГАЭС с существующего ОРУ 500 кВ также переведут на КРУЭ аналогичного напряжения, после чего выдача мощности с этой станции пойдет в московскую энергосистему. 

Там, где применение КРУЭ нецелесообразно, элегазовые выключатели вместо воздушных ставят и на традиционных открытых распредустройствах. На Жигулевской ГЭС, к примеру. в прошлом году завершили обновление всех ОРУ напряжением 110, 220 и 500 кВ. Кроме выключателей, там поменяли и разъединители, и трансформаторы тока и напряжения, и высокочастотные заградители, и конденсаторы связи. Вообще. электрическая «начинка» ГЭС заменяется наиболее активно. «Все защиты, системы управления и мониторинга прошлого века строились на электромеханической и микроэлектронной базе, с применением реле и полупроводниковых элементов. Современные комплексы релейной защиты и автоматики, а также системы мониторинга построены на микропроцессорной базе. Такая замена положительно влияет на надежность работы всей станции, а также на организацию труда. Обслуживающий и эксплуатирующий персонал непосредственно с рабочего места может проводить мониторинг оборудования, получать данные о его состоянии в реальном времени, а также просматривать информацию из архивов. Система предоставляет возможность самодиагностики, что позволяет минимизировать аварийные ситуации», - отмечал по этому поводу директор Камской ГЭС Виктор Алексеев. Под его словами подпишутся и коллеги с других станций. 

По новым технологиям монтируют и устройства возбуждения гидроагрегатов, и противоаварийную автоматику, и даже защиту от киберугроз, о которых прежние поколения гидроэнергетиков не могли и подумать, и системы управления станциями в целом (если совсем уж упрощать, они становятся максимально автоматизированными). Маслонаполненные кабели к трансформаторам меняют на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена – гораздо более надежные и экологически безопасные.

Модернизация затрагивает и механическое (затворы, сороудерживающие решетки, грузоподъемные механизмы, краны для обслуживания гидротурбин и гидрогенераторов), и вспомогательное (системы технического водоснабжения, пневматического и масляного хозяйства, осушения и т.п.), и даже санитарно-техническое (отопление, вентиляция, пожаротушение, водоснабжение и канализация) оборудование станций, а также системы связи.

Так, в конце прошлого года на Угличской ГЭС, одной из старейших в «РусГидро», завершили замену всех семи сегментных затворов водосливной плотины, с помощью которых регулируется пропуск воды мимо турбин в половодье и паводок. В перспективе запланировано обновить и семь донных затворов, которые эксплуатируются с момента пуска станции в 1940 году! Ранее в Угличе заменили быстропадающие щиты аварийно-ремонтных затворов, сороудерживающие решетки обеих гидроагрегатов, дренажные и осушающие системы, и т.д. В прошлом году замену затворов водосливной плотины закончили и на Нижегородской ГЭС.

Эзминская ГЭС в Северной Осетии стала первой в «РусГидро», где в качестве приводов грузоподъемных механизмов головного узла теперь используются электроцилиндры. А на Воткинской ГЭС поменяли систему воздухообдува рабочих затворов водосливной плотины – это позволит надежно маневрировать оборудованием при низких температурах и избегать деформации от ледовой нагрузки. В рамках ПКМ на Загорской ГАЭС, например, отремонтируют даже кровлю главного здания и трансформаторной мастерской, не менявшуюся с 1988 года. На Саратовской ГЭС за несколько дет полностью восстановили бетон в зоне переменного уровня, и продолжают усиливать конструкции железобетонных плит крепления откосов со стороны верхнего и нижнего бьефа. Все это позволит повысить эксплуатационную надежность грунтовых ГТС и увеличить срок их эксплуатации. А на первой гидроаккумулирующей электростанции России, Кубанской ГАЭС, в рамках ПКМ даже построят новое здание станции.

Наиболее крупный проект по замене всего гидромеханического оборудования с 2007 года идет на Камской ГЭС – там меняют затворы и крышки водосливов, сороудерживающих решеток и турбинных затворов. Всего там будет установлено 24 комплекта нового оборудования,

«На выходе» гидроэнергетика России получает практически новые ГЭС. И это, безусловно, совершенно фантастический эффект от программы. «ПКМ, возможно, в нынешнем виде выглядит в некотором роде избыточной, но это во многом результат того, что появилась возможность компенсировать многолетнее недофинансирование отрасли. В ходе ПКМ реально внедряются новые технологии, что, кстати, сильно отличает ее от той же «ДПМ-2». Стоит также отметить, что ПКМ – это действительно первый крупномасштабный проект в отечественной энергетике со времен СССР», - отметил в комментарии для «Кислород.ЛАЙФ» профессор кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ МЭИ Расим Хазиахметов

«Модернизация – это насущная необходимость. Любой объект гидроэнергетики – это сложный природно-технический комплекс, который нуждается в обслуживании и модернизации не только для повышения операционной эффективности, но и в целях безопасности персонала и населения. Начатая «РусГидро» программа модернизации ГЭС действительно комплексно подходит к техперевооружению, обновлению и реконструкции. Но кроме очевидных плюсов для самих ГЭС и снижения техногенных рисков, есть и другие плюсы, менее очевидные. Модернизация существующих объектов помогла многим инжиниринговым и машиностроительным организациям выжить на рынке в условиях спада строительства и ввода новых мощностей. И это тоже очень важный эффект. Есть и еще важный нюанс. Согласно действующей нормативно-правовой конструкции, за счет оптового рынка электроэнергетики обеспечивается только частичная компенсация затрат на модернизацию генерирующего оборудования. А вот реконструкция самих гидротехнических сооружений не обеспечивается. Такая ситуация приводит к отсутствию инвестиционных стимулов для комплексной модернизации объектов, особенно ГТС. Но, несмотря на это, «РусГидро» вышла за пределы привычной замены изношенных узлов основного оборудования, и комплексно ведет работы по объектам оборудования и сооружений, поставив целью повышение производственной безопасности», - отмечает эксперт по ВИЭ и устойчивому развитию гидроэнергетики Артур Алибеков.

За счет ПКМ гидроэнергетика России получает практически новые ГЭС. И это, безусловно, совершенно фантастический эффект от программы «РусГидро».
Александр Попов шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»