2 декабря 2020

Вторая очередь замещения

«РусГидро» построит вторую очередь Якутской ГРЭС-2 на площадке «старой» ГРЭС, которая после полувека работы будет, наконец, полностью выведена из эксплуатации. А в Якутске заработают две современных ГТУ-ТЭЦ.
Поделиться в социальных сетях

В столице Республики Саха (Якутия) – Якутске – госхолдинг «РусГидро», в случае принятия Госдумой и правительством РФ всех необходимых нормативных документов, планирует до 2025 года реализовать большой инвестпроект – запустить в работу вторую очередь Якутской ГРЭС-2. Первая заработала еще в конце ноября 2017 года, на новой площадке – точнее, на двух, на горе Чочур-Муран и у ее подножия, соединенных технологической эстакадой и примыкающих к федеральному Вилюйскому тракту. Уже тогда предполагалось, что у ГРЭС-2 будет вторая очередь: под нее был создан и необходимый инфраструктурный задел. Но сейчас в «РусГидро» решили смонтировать новые газотурбинные установки (ГТУ) в паре с котлами-утилизаторами на территории действующей Якутской ГРЭС, которая исторически работает в северо-восточной части города, в центре тепловых нагрузок.

Первый энергоблок ГТ-25-700-2 на этой станции запустили еще… 10 января 1970 года! Для большой энергетики полвека – вроде бы и не срок, но нельзя забывать, что ЯГРЭС построили на вечной мерзлоте и оборудовали экспериментальными газовыми турбинами. Их паркового ресурса, который продлевали уже неоднократно, хватит лишь до 2027 года. После чего этот изношенный условиями Крайнего Севера и устаревший технически источник когенерации наконец-то можно будет отправить на свалку истории. И заменить абсолютно новым, современным и высокоэффективным, не ломая при этом сложившуюся топологию системы централизованного теплоснабжения (СЦТ) Якутска. 

Замещение выбывающих мощностей Якутской ГРЭС, проект весьма дорогостоящий, пришлось растянуть на несколько лет и на три больших шага. «Электрическая» часть этой станции нужна для того, чтобы сохранить имеющийся резерв мощности в Центральном энергорайоне (ЦЭР) Якутии. Тепловая же составляющая локализована, понятное дело, одним Якутском, СЦТ которого жизненно необходим новый и мощный источник тепла. Первая очередь Якутской ГРЭС-2 (193,48 МВт и 169 Гкал/час), в составе четырех ГТУ LM6000 производства General Electric с котлами-утилизаторами, а также пиковой водогрейной котельной из трех ПТВМ-100 (на 300 Гкал/час), стала одним из четырех приоритетных энергообъектов на Дальнем Востоке, построенных «РусГидро» в соответствии с указом президента РФ (по нему компания получила от государства целевые 50 млрд рублей). Перевод части как электрических, так и тепловых нагрузок, причем не только со «старой» ГРЭС, но и с Якутской ТЭЦ (второй мощный источник теплогенерации в городе), с тех пор постепенно набирает обороты. 

Вторым шагом, направленным на замещение только тепловых мощностей ЯГРЭС, стал ввод в эксплуатацию в прошлом году на ее же площадке ПВК на 300 Гкал/час, с тремя котлами КВГМ-100. Пока что эта котельная работает параллельно с действующим оборудованием «старой» электростанции, но в ближайшем будущем станет таким же «соседом» второй очереди ГРЭС-2, какой имеется и у первой.

Третьим этапом заместительных мероприятий станет ввод еще двух ГТУ типа 6F.03 производства ООО «Русские Газовые Турбины» суммарной электрической мощностью 154 МВт, также в паре с котлами-утилизаторами, еще на 194 Гкал/час. Похожие локализованные турбины этот же производитель поставит и на Хабаровскую ТЭЦ-4, что позволит «РусГидро», очевидно, сэкономить на едином крупном заказе (подробности здесь). 

Проект сооружения второй очереди ЯГРЭС-2 получил положительное заключение технико-ценового аудита и был утвержден на заседании НП «НТС ЕЭС». «РусГидро» рассчитывает «вписать» этот последний объект в федеральную программу модернизации тепловой генерации, т.н. «ДПМ-2». Таким образом, с 2026 года в Якутске, вместо одной большой ГРЭС, мощности которой еще 10 лет назад достигали 368 МВт и 661 Гкал/час, будут работать две похожих друг на друга «новых» ГРЭС, на разных площадках, суммарно способные выдавать 347 МВт и 963 Гкал/час (с учетом двух ПВК). И стратегическая цель – обеспечить «развитие централизованных энергосистем в соответствии с потребностями социально-экономического развития и устойчивого энергоснабжения потребителей Республики Саха – Якутия» - будет реализована. Подробнее – в материале «Кислород.ЛАЙФ».

Первая очередь Якутской ГРЭС-2 (193,48 МВт и 169 Гкал/час) стала в 2017 году одним из четырех приоритетных энергообъектов на Дальнем Востоке, построенных «РусГидро» по указу президента РФ.

Почему устарела Якутская ГРЭС?

Любой объект когенерации служит минимум двум целям – вырабатывает электроэнергию для энергосистемы, и отпускает тепло в локальные СЦТ. В этом плане Якутская ГРЭС не исключение – исторически эта уникальная электростанция обеспечивала более 90% потребления электроэнергии в Якутской агломерации, а также в девяти улусах республики, и более 50% теплопотребления ее столицы, отопительный сезон в которой в среднем длится 252 дня.

Тут стоит сразу пояснить, что Якутия – это самый большой по площади регион в России, до «временной реформы» третьего президента Дмитрия Медведева республика даже жила в трех часовых поясах! Сейчас – «всего» в двух. Неудивительно, что единой энергосистемы здесь никогда не было, а зона централизованного энергоснабжения до сих пор охватывает всего 36% территории, но, правда, 85% населения. И состоит из трех энергорайонов, которые еще недавно работали изолированно друг от друга – Западного, Центрального и Южно-Якутского. С прошлого года все они – в составе ОЭС Востока. С учетом высокого износа ЛЭП (основная часть которых в ЦЭР и ЗЭР выполнена на деревянных опорах) и оборудования подстанций, потери в сетях высоки и достигают 10-12%. Поэтому перетоки между районами не всегда эффективны. Кроме прочего, в каждом имеются собственные крупные потребители, поэтому и важно наличие на местах собственных мощных источников генерации. 

Например, в ЗЭР таковыми являются ГЭС Вилюйского каскада: первая и вторая, суммарной установленной мощностью 680 МВт, принадлежат «РусГидро», а третья, Светлинская (227,5 МВт), основному потребителю – АК «АЛРОСА». В Южной Якутии главный источник электроснабжения – Нерюнгринская ГРЭС (570 МВт, входит в состав АО «ДГК», «дочки» «РусГидро»). Установленная мощность электростанций (с учетом резервных ДЭС) в ЦЭР, куда входит Якутская агломерация, а также группа центральных и заречных улусов, на 1 января 2020 года снизилась до 443,052 МВт. Несмотря на это, энергорайон давно является избыточным по мощности (по итогам 2019 года фактический резерв составил 126 МВт), и полностью обеспечивает себя собственной выработкой.

Несмотря на близость к Кангаласскому месторождению бурого угля, энергетика Якутска давно базируется на газе: в качестве основного топлива для энергоисточников используется природный газ Средневилюйского месторождения, поступающего от Якутского газоперерабатывающего завода АО «Сахатранснефтегаз». Это топливо сжигается в камерах сгорания газовых турбин, горелках паровых и водогрейных котлов, в том числе на городских котельных. Суммарно в год на выработку тепла в Якутске уходит порядка 460 млн кубометров газа. В качестве аварийного топлива в основном используют дизельное.

Балансы ээ в ЦЭР.png

Как видно из приведенной выше таблицы, до 2017 года единственным источником электрогенерации в ЦЭР была одна Якутская ГРЭС, что, понятное дело, создавало определенные риски для более чем 400 тыс. жителей республики. С запуском первой очереди Якутской ГРЭС-2, а затем включением ЦЭР в единую энергосистему юга Дальнего Востока, эти риски существенно снизились. В ближайшие годы новая станция продолжит работать в паре со «старой», установленная мощность которой сократилась – с 356 до 186,955 МВт, и будет снижаться и дальше. А вот вклад ЯГРЭС-2 в суммарную выработку электроэнергии в ЦЭР будет расти, при одновременном сокращении производства на «старой» ЯГРЭС. 

Зачем «старушку» вообще решено было выводить из эксплуатации? Дело в том, что эта ГТУ-ТЭЦ в свое время стала первым объектом подобного типа в СССР, да к тому же и первой крупной станцией, построенной на свайном основании на вечной мерзлоте, с продуваемым подпольем. Для понимания: газовые ТЭЦ в Норильске, где в советские годы и придумали такую технологию строительства на многолетнемерзлых грунтах, возводили иначе, вынимая грунты до скального основания. В составе первой очереди ЯГРЭС мощностью 100 МВт, заработавшей в 1971 году, работало четыре установки ГТ-25-700-2. Вторую очередь – еще четыре ГТ-35-770-2 в сумме на 140 МВт – запустили в 1985 году. В 1988-м эти устаревшие уже к излету советской эпохи газовые турбины стали менять на более мощные ГТЭ-45-3, но по причине недостаточного финансирования процесс затянулся до 2005 года. В любом случае, у этих ГТУ украинского завода «Турбоатом» не было и до сих пор не появилось аналогов в мире. А энергоблок №1 даже имел статус опытной установки (как головной образец). 

Как следует из Схемы теплоснабжения Якутска, советский эксперимент сильно усложнил жизнь якутским энергетикам: «ГТЭ-45-3 характеризуются наличием ряда проблем, связанных с доводкой вибрационного состояния до норм ПТЭ и невозможностью работы оборудования в пиковом режиме, а также с ненадежной работой рабочих лопаток первой ступени турбины и неустойчивой работой компрессоров». «Ненадежная работа рабочих лопаток турбин ГТЭ-45-3 связана с износом оригинальных деталей и трудностями их замены в сложившихся политических и экономических условиях, в том числе с воспроизводством сплава (в соответствии с ТУ завода-изготовителя), из которого должны быть изготовлены лопатки», - сказано также в Схеме. 

С проблемой в «Якутскэнерго» («дочка» «РусГидро») пытались справится разными способами. Например, в 2010 году мощность ГРЭС была увеличена до 368 МВт за счет монтажа четырех установок по 12 МВт каждая (в составе газовой турбины ГТГ-12В и генератора Т-12-2ЭУ3), демонтированных с Мирнинской ГРЭС. У других ГТУ постоянно продлевали парковый ресурс (остался до 2027 года). И хотя электростанция работала с неплохим КИУМ 47%, удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии – 408 г/кВт*часов (данные 2017 года) – оставался довольно высоким для газовой генерации. На ЯГРЭС к тому же постоянно происходили аварии. Из недавних самая громкая случилась 1 октября 2017 года, когда в результате возгорания на одной из ГТУ на несколько часов был обесточен и сам Якутск, и несколько соседних улусов. Справится с этими «болезнями» в итоге решено было самым радикальным способом – полным замещением оборудования. 

Процесс постепенного вывода из эксплуатации энергоблоков на «старой» ГРЭС стартовал после запуска первой очереди Якутской ГРЭС-2. В 2018 году здесь остановили ГТУ №11 мощностью 12 МВт, в прошлом году – установки суммарной мощностью 127 МВт (ГТУ №1 на 45 МВт, потом №5 и 6 по 35 МВт каждая, а также №12 мощностью 12 МВт). В текущем году «отключили» ГТУ №9 и 10, также по 12 МВт каждая. Это позволяет постепенно смещать электрическую нагрузку на новые турбины ГРЭС-2. К счастью, в ЦЭР хватает резервов, да и в ближайшие годы здесь не прогнозируется существенного роста электропотребления. Связано это с тем, что крупной промышленности (как в других энергорайонах) в Центре Якутии нет, а основной потребитель – ГУП «Жилищно-коммунальное хозяйство РС(Я)» (одно из крупнейших теплоснабжающих предприятий республики) – спрос планирует даже снижать, «за счет увеличения роста выработки котельных на природном газе с сокращением объемов выработки тепла котельных на угле».

Красным выделены газотурбинные установки, уже выведенные из эксплуатации. Остальные ждет та же участь, растянутая на несколько ближайших лет.
ЦЭР потребление.png

Тем не менее, максимальная электрическая нагрузка по ЦЭР к 2030 году может вырасти до 345 МВт. Сложив мощности двух действующих ГРЭС – «старой» и «новой» – мы получим суммарные 350,987 МВт. Но так как ГТУ на Якутской ГРЭС до 2027 года планируется вывести полностью, дефицит мощности в ЦЭР может составить порядка 200 МВт (мощности ДЭС в размере 80 МВт в связи с их статусом аварийных источников электроснабжения и неучастия в покрытии максимумов нагрузки в расчетах не учитываются). Согласно анализу прогнозного потребления электрической мощности до 2030 года, проведенных АО «Институт Теплоэлектропроект», баланс в энергорайоне может сложиться с меньшим дефицитом – порядка 110 МВт. Под эти параметры и проектировалась «электрическая» составляющая второй очереди ГРЭС-2. 

Не менее важна и тепловая составляющая второй очереди. С запуском ПВК на площадке «старой» ГРЭС все условия для переключения нагрузок между тепловыми контурами двух действующих станций были сформированы с запасом. Однако, по прогнозам того же АО «Теплопроект», дефицит тепловой мощности в контурах ЯГРЭС и ЯГРЭС-2 к 2030 году может составить 101,6 Гкал/час. Эта цифра также учитывалась в расчетах.

Кто обогревает Якутск?

Столица Якутии, с 339,6 тыс. жителей, является крупнейшей на Северо-Востоке страны городской агломерацией, в составе одного города и 11 пригородных сел (в перспективе в нее может войти более 20-25 населенных пунктов, в том числе в правобережной части – если все-таки построят мост через реку Лену). С 1989 года численность населения Якутска выросла на 67% (!), в том числе за счет естественного прироста. Маятниковая миграция из пригородов ежедневно составляет, в зависимости от сезонов года, от 25 до 45 тыс. жителей. Суммарное потребление тепловой энергии здесь (без учета агломерации) стабильно – порядка 2,6 млн Гкал в год, наибольшую долю спроса формирует население (около 66,2%) и сфера услуг (29,8%). 

Выработку тепла на 70% (более 2,5 млн Гкал в год) обеспечивают сегодня три мощных источника когенерации – Якутская ГРЭС, первая очередь Якутской ГРЭС-2 и Якутская ТЭЦ (все объекты принадлежат «Якутскэнерго», их установленная мощность 1508 Гкал/час, располагаемая 1020 Гкал/час). Последнюю ввели еще в 1937 году, формально она до сих пор тоже вырабатывает электроэнергию – но давно уже исключительно для собственных нужд (что «роднит» ее, например, с Мурманской ТЭЦ). В перспективе отпуск тепла от ТЭЦ будет сокращаться – с одновременным увеличением отпуска от двух очередей ЯГРЭС-2. Источники «Якутскэнерго» соединены по радиально-кольцевой схеме, но работают на собственные контуры. И покрывают более 50% суммарной тепловой нагрузки. У компании есть еще три котельных, выведенных в холодный резерв.

На Якутской ТЭЦ установлено три паровых и пять водогрейных котлов, две турбины, мощные питательные, циркуляционные и сетевые насосы и деаэраторы.
Снимок экрана 2020-12-01 в 11.12.17.png

При этом по занимаемой территории системы теплоснабжения и охвату населенных пунктов в агломерации лидирующее положение занимают источники муниципального АО «Теплоэнергия» (в собственности и на техобслуживании – 41 котельная общей мощностью 419,781 Гкал/час, обеспечивают 17% выработки). Всего же в городе эксплуатируется 74 котельные с централизованной поставкой тепловой энергией (их суммарная мощность 697,66 Гкал/час), на индивидуальные источники тепла (крышные, квартирные, домовые котельные) приходится еще 232,58 Гкал/час.

Тепловая нагрузка потребителей в зоне централизованного теплоснабжения на отопление, вентиляцию и ГВС присоединена, в основном, через 57 ЦТП (в том числе 42 – от тепловых сетей «Якутскэнерго»). Общая мощность источников в Якутске составляет 2471,62 Гкал/час, при присоединенной нагрузке 1173,556 Гкал/час.

Набор основных проблем теплохозяйства здесь типичен для любого крупного города. Для СЦТ в Якутске характерны значительные объемы свободной мощности источников тепла, при сложившихся существенных ограничениях пропускной способности магистральных и распределительных трубопроводов. Общая протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении в городе превышает 636 км, из них в замене нуждаются более 60 км. Ежегодные реконструкции пока не позволяют радикально сменить тренд на деградацию инфраструктуры. Сложность еще и в том, что тепловые сети в Якутске, в связи с климатическими особенностями, проложены совместно с трубопроводами ХВС и ГВС (поэтому большая часть из 50 ТСО одновременно являются еще и поставщиками услуг водоснабжения). А износ этих сетей в среднем превышает 50%, и объемы ремонтов на них пока тоже крайне недостаточны. 

Несмотря на сохранение темпов строительства, резкого роста объемов потребления тепловой энергии в городе, по данным из Схемы теплоснабжения до 2032 года (актуализация на 2021 год), не прогнозируется. К 2032 году ожидается даже снижение спроса не менее чем на 45% в сопоставимых условиях (при ожидаемом увеличении населения до 500 тыс. человек и приросте площади строительных фондов более чем на 80%). Поэтому основные усилия в сфере тепла планируется направлять не столько на покрытие перспективной потребности в тепловой энергии (с запуском второй очереди ЯГРЭС-2 ее будет с избытком), сколько на оптимизацию и модернизацию сетевых сооружений (путем строительства ЦТП с ликвидацией убыточных котельных – в том числе и для более рационального использования крупных источников, особенно двух очередей ГРЭС-2). 

Процессы явно должны ускориться после объединения «Якутскэнерго» и «Теплоэнергии». Сейчас в Якутске действует пять зон ЕТО, в том числе три – на территории самого города. Центральную часть (четвертая зона) обслуживает ПАО «Якутскэнерго», южную и микрорайон Марха – «Теплоэнергия». С 1 января 2021 года все пять зон планируется объединить под крылом «Якутскэнерго», а потом, до конца следующего года, создать на базе активов этой компании и «Теплоэнергии» единое теплосетевое предприятие (ему перейдет статус главного ЕТО). Вполне возможно, что это позволит Якутску в будущем перейти и в ценовую зону теплоснабжения. На этом фоне включение в СЦТ двух современных ГРЭС стоит рассматривать как одно из ключевых условий повышения эффективности всей централизованной системы.

Снимок экрана 2020-12-01 в 11.23.54.png

Какой будет вторая очередь?

Технологически вторая очередь Якутской ГРЭС-2 будет такой же, как и первая. Хотя проектировщик провел сравнительный анализ 15 (!) различных вариантов, в том числе со строительством ПГУ, паросилового блока и газовых турбин нескольких производителей. в итоге было решено строить две, а не четыре, ГТУ, причем не американской GE (что в нынешних условиях выглядит логичным шагом), а российского ООО «Русские газовые турбины». В остальном же – это будет классический дуэт газовых турбин с водогрейными котлами-утилизаторами, который позволит получать на энергоблоках тепловую мощность в 194 Гкал/час.

Проектная годовая выработка электроэнергии второй очередью может превысить 1,33 млрд кВт*часов, тепла – 727 тыс. Гкал (всего отпуск по Якутску, с учетом котельных муниципального АО «Теплоэнерго», по итогам 2019 года составил 1,88 млн Гкал, к 2023 году прогнозируется рост до 1,99 млн Гкал). По этим показателям, кстати, выбранный для строительства вариант оказался вне конкуренции – проектная выработка и тепла, и электричества во всех других случаях оказалась бы скромнее. 

Хотя при строительстве первой очереди Якутской ГРЭС-2, как было сказано вначале, инфраструктурный задел под ее расширение заложили на той же новой площадке, вторую очередь построят все-таки на территории «старой» ЯГРЭС, с максимальным сохранением существующих там сооружений. Сделано это в целях «оптимизации выдачи тепловой мощности». Кроме всего прочего, для расширения главного корпуса на ЯГРЭС-2 под новые ГТУ пришлось бы вырубать лес – деревья лиственных (береза) и хвойных (лиственница и сосна) пород. Мало того, что на перевод земель лесного фонда в промышленные ушло бы много времени, потребовалось бы еще и закладывать затраты не только на выкорчевку пней и густого подлеска, засыпку ям, но и на лесовосстановительные мероприятия. 

В отличие от первой очереди ГРЭС-2, которая возведена на окраине, при строительстве ГТУ на «старой» ГРЭС придется дополнительно вложиться в установку шумозащитных экранов высотой не менее 16 метров, толщиной 0,5 метра и длиной примерно 900 метров – это необходимо для понижения уровня шума (главная «беда» всех ГТУ-ТЭЦ). Также нужно будет проложить еще один газопровод и смонтировать новую ДКС (основным и резервным топливом будет тот же газ Средневилюйского, а также Мастахского ГКМ, аварийным - ДТ). Но при этом здесь не потребуется строить ВПУ подпиточной воды теплосети (в качестве нее будет использоваться подготовленная вода от Якутской ТЭЦ). 

Таким образом, в Якутске с 2026 года должна будет заработать не одна Якутская ГРЭС-2, состоящая из двух очередей, а фактически две новые электростанции, на двух разных площадках. За счет этого «Якутскэнерго» сможет не только закрыть изношенную Якутскую ГРЭС, но и вытеснить часть устаревших, малоэффективных котельных, не отвечающих экологическим требованиям. Выбросы же загрязняющих веществ в атмосферный воздух от новых станций окажутся минимальными. На площадке ЯГРЭС построят две новых дымовых трубы по 60 метров каждая. Эта высота, по всем расчетам, позволит обеспечить рассеивание эмиссий окислов азота и СО (основных загрязнителей в газовой генерации) в рамках действующих ПДК.

В Якутске с 2026 года должна будет заработать не одна Якутская ГРЭС-2, состоящая из двух очередей, а фактически две новые электростанции, на двух разных площадках.
Александр Попов Учредитель и шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»
Если вам понравилась статья, поддержите проект