Голуб/водолей

Эра "Водолея" еще не пришла

Никогда не перестанут удивляться заморские гости парадоксам отечественной экономики, которую, как говорится, аршином общим не измерить. С одной стороны, ее характеризует высокий уровень потребления электроэнергии на единицу ВВП, а с другой - огромный невостребованный потенциал науки и техники, способный снизить издержки сразу и навсегда. Второй аспект, неподвластный разуму, - пресловутый волюнтаризм как стремление реализовать желанные цели без учета объективных обстоятельств и возможных последствий. То есть нереальные планы.

Светлана Медофф

В Энергетической стратегии Украины предполагается до 2010 года в 2,5 раза уменьшить энергоемкость на единицу ВВП и довести ее до 0,36 кг условного топлива на 1 доллар за счет структурного и технологического энергосбережения. В этом ключе одной из основных задач предполагается стимулирование максимального внедрения высокоэффективных технологий и энергосберегающего оборудования. Именно таким стимулом можно считать награждение Государственной премией Украины в области науки и техники 2006 года группы специалистов николаевского научно-производственного комплекса газотурбостроения "Заря-Машпроект" за создание новейшей экологически чистой газопаротурбинной технологии "Водолей" и внедрение ее в энергетическую отрасль страны с целью радикального уменьшения потребления топлива.

Стоит сказать, что "Заря-Машпроект" - предприятие с такими непоколебимыми новаторскими традициями, что по большому счету в стимулировании не нуждается. Технологии, которые здесь разрабатываются, всегда на шаг впереди своего времени. Впрочем, как и положено. Так, работа по созданию "Водолея" (ГТУ-16К) была начата еще 15 лет назад. В 2003 году установка мощностью 16 МВт прошла пусконаладочные испытания и была включена в опытно-промышленную эксплуатацию на магистральном газопроводе, она успешно работает на газоперекачивающей станции "Ставищенская", расположенной в 150 км от Киева. С тех пор ни одной установки "Водолей" в Украине не внедрено, несмотря на то, что ее использование экономит 7 млн 920 тыс. м3 газа в год, что в денежном эквиваленте составляет более миллиона долларов (при цене газа 130 долларов за 1000 м3). Какой еще стимул нужен государству Украина для широкого внедрения этой энергосберегающей технологии, учитывая насущную задачу уменьшения зависимости Украины от импортных энергоресурсов, о которой трубят везде и всюду?.. Уверена: для украинских ученых и конструкторов лучшей наградой было бы широкое внедрение их разработок.

Лауреатами Государственной премии стали генеральный директор предприятия Юрий Бондин, первый заместитель генерального директора Борис Исаков, ведущие инженеры-конструкторы Виль Кривуца и Виктор Романов, бывший генеральный директор предприятия "Машпроект".

- У истоков идеи стояли также профессор Николай Дикий, работающий сейчас в Киеве, и ведущий специалист "Укргазпрома" Валентин Коломеев, - рассказывает Виктор Романов. - Первая установка такого типа мощностью 25 МВт успешно эксплуатируется на нашем предприятии с 1995 года, обеспечивая завод электроэнергией, и отработала уже более 10000 часов. "Водолей-16" имеет ряд преимуществ по сравнению с предыдущими конструкциями. Среди главных - увеличение в 1,5 раза мощности, уменьшение на 25% расхода топлива и значительное снижение количества вредных выбросов в атмосферу. Такого эффекта удалось достичь путем внедрения новой схемы работы двигателей UGT 10000, 15000. Вообще, принцип утилизации продуктов сгорания известен уже давно. Технически он осуществлялся путем установки утилизационного котла, который производил пар, используя высокую температуру отработанных в двигателе газов. Далее этот пар шел или на выработку энергии в дополнительно установленной паровой турбине, или на обогрев. В установке "Водолей-16" пар, произведенный в утилизационном котле, используется принципиально новым способом. На пути выпускных газов установлено еще одно устройство - контактный конденсатор, в котором за счет орошения водой происходит охлаждение выхлопных газов до температуры ниже точки росы водяного пара, высаживание воды и сбор конденсата. Собранная вода поступает в бак-накопитель, очищается от примесей и подается снова в котел-утилизатор. Здесь она превращается в пар и направляется в турбину, разделяясь на два потока. Первый, энергетический, попадает в камеру сгорания и дает возможность получить дополнительную мощность. Второй, экологический, поступает в топливные форсунки турбины и обеспечивает резкое уменьшение вредных выбросов. В этом суть оригинальной технологии "Водолей", позволяющей выделять пар из выхлопных газов и возвращать конденсат воды для повторного использования в цикле. Установка сохраняет номинальную мощность при температуре воздуха от -45№ до +50№С. Технология на 100% отвечает европейским требованиям, так как обеспечивает не только высокий уровень топливной экономичности, но и очень низкий процент вредных выбросов в атмосферу. Идеально подходит для работы в маловодных и экологически чистых районах, где есть жесткие ограничения по количеству вредных эмиссий и водяного пара в выхлопных газах. Еще одно достоинство двигателя подобной конструкции - КПД 40-45%, тогда как в большинстве ГТУ он не превышает 31%. Установка окупается за 3-4 года. Кстати, конструкция имеет потенциальные резервы. Сегодня срок эксплуатации ГТУ-16К составляет около 30 тыс. часов, однако при серийном производстве создаются условия для дальнейшего совершенствования и доведения моторесурса до 50 тыс. часов.

В феврале прошлого года в бюллетене Укринформа "Новости ВПК, авиации и космонавтики" была размещена информация "Как получить 1000000 киловатт и не израсходовать ни грамма топлива". Примерно процитирую ее: "Это не вечный двигатель и не фантастика. Это реальность. В Украине есть возможность получать регулярно даже большую мощность. Источником бесплатной электроэнергии могут стать магистральные газопроводы, проходящие через территорию Украины. На газопроводах стоит более 500 компрессорных агрегатов с газотурбинным приводом, многие из которых установлены в 60-70-е годы и имеют коэффициент полезного действия в пределах 20-25%. "Укртрансгаз" в настоящее время проводит работу по замене старых двигателей на современные производства НПКГ "Заря-Машпроект", имеющие КПД 35-36%. Это даст примерно 30% экономии топливного газа. К сожалению, данная работа проводится крайне медленно - в год (и то не каждый!) устанавливается 1-2 новых двигателя. Чтобы добиться еще большей экономии, необходимо использовать так называемые установки комбинированного цикла, или парогазовые установки. Они давно и широко используются во флоте, например, на газотурбоходах типа "Владимир Васляев". Суть данной установки в том, что на выхлопной трубе газотурбинного двигателя устанавливается паровой котел для утилизации тепла выхлопных газов и превращения этого тепла в пар. Такого бросового пара, получаемого от двигателя мощностью 10000 кВт, достаточно для работы паротурбогенератора мощностью примерно 3000 кВт. Если учесть, что таких двигателей на украинских газопроводах более 500, то суммарная мощность утилизационных паротурбогенераторов может превысить 1 миллион кВт. Это равно мощности одного блока на Южно-Украинской или Чернобыльской атомной электростанции. При этом электроэнергия будет получена только за счет полного использования топлива, которое все равно сжигается для транспортировки газа. Внедрение установок комбинированного цикла и полное использование топлива с их помощью позволит улучшить экологическую обстановку, удешевить перекачку газа, создать новые рабочие места, улучшить качество электроснабжения. Реализовать данную идею технически несложно, все необходимое оборудование для этого производится в Украине серийно (в Николаеве, Харькове, Новой Каховке), разработать конкретные варианты применения таких систем не составит большого труда. Проблемы могут быть только организационные, так как газопроводы и электростанции принадлежат разным ведомствам, хотя и входят в Минтопэнерго. Но получения дополнительной электроэнергии таким путем более выгодно, чем строительство новых блоков на атомных электростанциях, так как нет необходимости хранения радиоактивных отходов".

Интересно, не правда ли? Попробуем проанализировать данную идею более предметно, обратившись к конкретным цифрам и расчетам. На самом деле в разветвленной газотранспортной системе Украины (ДК "Укртрансгаз", ДК "Укргаздобыча" и ЗАО "Газтранзит") работают 455 газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с газотурбинными приводами. Из них 267 промышленных газовых турбин, 98 авиационных газотурбинных двигателей и 90 судовых газотурбинных двигателей. Их технические аспекты явно дают повод для беспокойства. Проанализировав парк газотурбинных ГПА на КС "Укртрансгаза" и "Укргаздобычи", специалисты ОАО "ИПП "ВНИПИТРАНСГАЗ" установили, что 32% агрегатов отработали до 15 лет, 27% их в эксплуатации более 16-20 лет; 41% превысили 20-летний срок службы. Свыше 90% газовых турбин мощностью 10 МВт выработали свой ресурс, малоэффективны и морально устарели. Таким образом, через 7-10 лет произойдет повальная деградация отдельных КС, газопроводов и газотранспортной системы в целом, потребуются солидные финансовые затраты и значительные мощности строительно-монтажных организаций, что в нынешних экономических условиях для Украины весьма проблематично. "Нефтегаз Украины" осуществляет программу реконструкции 72 компрессорных станций, в ходе которой предполагается заменить 197 устаревших ГТД на современные производства НПК "Заря-Машпроект", Сумского НПО им. Фрунзе и АО "Мотор-Сiч". Нужно сказать, что за 10 лет их заменили всего 56 (по последним данным "Укртрансгаза"). Средняя скорость реконструкции составляет примерно 6 двигателей в год, а это означает, что понадобится еще 25 лет. С такими темпами модернизации нынешние современные двигатели безнадежно устареют.

Главный конструктор проектов ДП НВКГ "Заря-Машпроект" по газотурбинным двигателям и агрегатам газотранспортного направления А.Л. Боцула считает, что суммарное сбережение топливного газа при модернизации агрегатов составит 2677,7 млн нм3 в год при нормированной годовой наработке каждого двигателя 6000 часов. Ежегодная экономия составит $629,3 млн при цене газа $235/1000 нм3, или $294,57 млн при цене газа $10/1000 нм3. Если учесть экономию топливного газа при замене устаревших агрегатов ГТ-750-6 (47 шт., ГТК-5 (3 шт.), ГТН-6 (44 шт., ГТ-6-750 (3 шт., которая составит до 800 млн нм3 в год, это сбережет $188 млн при цене газа $235/1000 нм3 или $88 млн при цене газа $110/1000 нм3. Внедрение технологии утилизации тепла продуктов горения газотурбинных двигателей с изготовлением нагретой воды или пара может дополнительно сэкономить больше 2 млн т условного топлива в год. Замена нагнетателей или их проточных частей может дополнительно снизить потребление топливного газа на 2-3%. При этом возможно и целесообразно применения таких прогрессивных технических решений, как сухое уплотнение и магнитная подвеска роторов. Внедрение современных систем автоматического управления с антипомпажным регулированием нагнетателей, кроме повышения экономичности агрегатов на 2-5%, будет способствовать надежности ГПА, компрессорных цехов и всей газотранспортной сети. Использование газоперекачивающих агрегатов сложных циклов типа "Водолей" приведет к дальнейшему сокращению потребления топливного газа (до 25%).

- Мировой опыт показывает, что сегодня практически 90% (то есть порядка 1600) всех изготавливаемых за рубежом газотурбинных двигателей используется для нужд энергетики. Общая стоимость заказов энергетических машин в мире на сегодня оценивается в $40 млрд в год - это, конечно, очень большой рынок. Поэтому надо на нем работать, - считает Анатолий Сташок, заместитель начальника УМПП ГП НПКГ "Заря-Машпроект".

Газотурбинными установками "Зари-Машпроекта" оснащены более 100 компрессорных станций и около 60 электростанций России, Украины, Казахстана, Беларуси, Чехии, Канады, Азербайджана, Ирана, Туркмении, Узбекистана и других cтран. Специально для энергетики в 90-х годах созданы промышленные одновальные двигатели UGT2500 и UGT110000 мощностью 2,5 и 110 МВт. ГТД UGT2500 с 1996 года успешно эксплуатируются на электростанциях Канады и Чехии и имеют общую наработку около 100 тыс. часов на различных видах топлива, в том числе и биотопливе. За последние два года на компрессорные станции "Газпрома", "Укртрансгаза", "Белтрансгаза", "Булгаргаза" и Ирана поставлено около 60 двигателей ДТ71, ДТ70, ДГ90, ДЖ59, ДН80 и ДУ80. На стендах комплекса завершаются длительные ресурсные испытания дожимного компрессора, который позволит применять газотурбинные установки "Зари-Машпроекта" в сетях с низким давлением газа. На базе судовых двигателей третьего и четвертого поколений в НПК разработаны энергетические установки с утилизацией тепла для когенерационных и парогазовых электростанций. В 2004-2006 годах они были введены на Березовской ТЭЦ, в городе Кзыл-Орда в Казахстане, на цементном заводе в Беларуси, на Рубежанском картонно-тарном комбинате и компрессорной станции "Ромненская".

Нельзя сказать, что когенерационные технологии типа "Водолей" государство не интересуют. Теоретически - да. На практике получается, что ими некому заниматься, да и денег нет. Так, реконструкция компрессорной станции "Богородичаны" тянется уже четвертый год, а планы модернизировать КС "Ильинцы", "Долина" и "Тальное" так и остались планами.

Парадоксом энергосбережения является то, что оно жизненно необходимо наиболее бедным в энергетическом и финансовом плане странам. Но именно в этих странах на энергосбережение не хватает денег. По мнению специалистов, энергетическая стратегия Украины подразумевает такие огромные вложения, что не может быть реализована в принципе. Чиновники от энергосбережения открыто называют государственные программы документами о намерениях.