УДК 621.438

Перспективы внедрения парогазовых установок (ПГУ) в России

Леонтьев Михаил Дмитриевич – студент магистратуры кафедры электроснабжения и электротехники Тверского государственного технического университета.

Аннотация: В статье рассмотрены перспективы внедрения парогазовых установок на тепловых электростанциях России. Описана структура потребления природного газа для электрогенерации в России и крупнейших странах мира. Перечислены причины, влияющие на понижение технико-экономических показателей функционирующих паротурбинных энергоблоков. Приведены преимущества внедрения и эксплуатации парогазовых установок средней и большой мощности.

Ключевые слова: тепловая электрическая станция (ТЭС), газовая турбина, парогазовая установка (ПГУ), газотурбинная установка (ГТУ), технико-экономические показатели, природный газ.

В этой научной статье рассматриваются возможности и особенности результативного применения парогазовых установок (или ПГУ) на территории Российской Федерации. При этом стоит отметить, что ключевым документом по вопросам энергоэффективности является ФЗ РФ №261 от 23.11.2009 года. В этом нормативно-правовом акте отмечены наиболее важные направления и сферы для формирования благоприятной среды сохранения редких природных ресурсов (которые относятся к категории невозобновляемых объектов) [1]. В актуальных условиях тенденциями развития мировой энергетики являются:

• Освоение парогазовых технологий, основанных на сжигании природного газа в мощных высокоэкономичных ГТУ;
• Внедрение технологий, которые используют возобновляемые источники энергии (солнце, ветер) для выработки электроэнергии.

Большинство развитых стран стараются увеличивать долю генерации за счет использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), однако доля использования углеводородов до сих пор велика. Все развивающие страны стараются разрабатывать и внедрять технологии для более эффективного и экономичного использования природных ресурсов.

Рисунок 1. Структура электрогенерации РФ и крупнейших стран мира

 Как видно из рисунка 1:

• Газ занимает доминирующую позицию в электроэнергетике РФ;
• Доля газа не может быть замещена возобновляемыми источниками или другими способами выработки электроэнергии в обозримой перспективе в ближайшие 50-70 лет;
• Помимо добываемого природного газа, доля газа может наращиваться путем газификации углей и отходов.

Таблица 1. Установленные мощности по типам электростанций

Тепловые электростанции - основной тип электростанций в России. Среди них главную роль играют мощные (более 2 млн. кВт) государственные районные электростанции (ГРЭС), обеспечивающие потребности экономического района, работающие в энергосистемах.

Однако значительная доля электростанций также представлена теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), которые располагаются в городах, из-за чего возникает необходимость сжигания исключительно природного газа для поддержания экологических норм на заданном уровне. ТЭЦ, наряду с отпуском электроэнергии, производит тепловую энергию. Отпуск двух видов продукции, накладывает особые условия на эксплуатацию и режим работы ТЭЦ. Электричество является вторичным видом генерации и напрямую связано с выработкой тепловой энергии. Несоответствие графиков электрической и тепловой нагрузки также приводит к высоким пережогам топлива.

Структура установленной мощности тепловых электростанций ЕЭС России на конец 2021 года по типам генерирующего оборудования представлена на рисунке 2 [2].

Рисунок 2. Структура мощности ТЭС ЕЭС России на 2021 год

Большая часть ТЭС является паротурбинными энергоблоками, в состав которых входят паровые котлы и турбины. Данное оборудования было введено в эксплуатацию в XX веке, не подвергалось должной модернизации или реконструкции и считается технически устаревшим.

Технический уровень оборудования паротурбинных энергоблоков, установленного на ТЭС России, существенно ниже современного, и последствия этого выражаются, прежде всего, в значительном пережоге топлива и соответственно в ухудшенных экономических показателях ТЭС. Электрический КПД традиционных ТЭС, работающих в нашей стране, составляет порядка 36%.

Рисунок 3. Сравнение экономичности энергоблоков ТЭС России и Запада

Опыт мировой энергетики в области применения парогазовых технологий показывает, что электрический КПД современных ГТУ составляет 38%. С учётом высокой температуры выхлопных газов в мощных ГТУ, комбинированное использование газовых и паровых турбин позволяет повысить эффективность использования топлива и увеличивает электрический КПД. Это позволяет получить КПД ПГУ на уровне 58 %. С ростом температуры газов на выходе из газовой турбины становится реальным достижение КПД ПГУ 60 % [3]. К преимуществам применения парогазовых технологий относится:

• высокую экономичность и эффективность (более высокий КПД (до 60%) по сравнению с отдельно взятыми газотурбинными и паротурбинными установками (до 40%));
• низкая стоимость единицы установленной мощности;
• более экологически чистые за счет утилизации уходящих газов после газотурбинной установки; меньшими выбросами оксида азота (NOx), углекислого газа (CO2), диоксида серы (SO2);
• значительно сократить использование природного газа, объем выделения которого для энергетики в настоящее время и на перспективу является ограниченным;
• для ТЭЦ со стабильным круглогодичным обеспечением природным газом и плотным годовым графиком тепловой нагрузки получить наиболее высокие экономические показатели имеет ГТУ, сбросные газы которой поступают в котёл-утилизатор или в газовый сетевой подогреватель.

Подводя итог выполненному анализу по теме перспектив использования парогазовых установок в России, можно сделать несколько важных выводов. Во-первых, эти вопросы являются весьма актуальными, их решение стоит на первом месте для развития мировой энергетики. Во-вторых, сооружение ПГУ с отличными эксплуатационными характеристиками (по результативности и по мощности) – это главная тенденция в отечественной теплоэнергетике. При этом важно понимать, что применение такого оборудования имеет нюансы.

Доказана выгода использования парогазовых установок в долгосрочной перспективе (с экологической и финансовой позиций). Однако для создания необходимой инфраструктуры потребуется время и серьезные вложения. По мнению экспертов, сейчас целесообразно развивать использование ПГУ, в том числе увеличить долю оборудования этой категории на тепловых станциях. В будущем сложатся максимально благоприятные условия для повсеместного внедрения ПГУ. Особенно актуальным является замена паротурбинных и иных установок на действующих ТЭС. Подготовлена методологическая база по указанной теме, что позволяет повысить и точно обосновать финансовые показатели, результативность принимаемых инвесторами решений – в теме мировой и отечественной энергетики.

Список литературы

1. Федеральный закон "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23.11.2009 N 261-ФЗ (последняя редакция)
2. ОАО «СО ЕЭС». Отчеты о функционировании ЕЭС России в 2012 – 2022 годах
3. Култышев А. Ю., Голошумова В. Н., Алешина А. С. Парогазовые установки и особенности паровых турбин для ПГУ: учебное пособие //СПб. ПОЛИТЕХ-ПРЕСС. – 2022. – Т. 163.