Кирилл Астахов
Двигатели внутреннего сгорания отлично зарекомендовали себя в сфере производства электроэнергии. Фото с сайта www.wartsila.com
Потребление электроэнергии в мире все возрастает. По мнению экспертов, в ближайшие пару десятилетий замедления роста спроса в этой сфере не ожидается, более того, меняется и его характер. Нагрузки на сеть и требования к качеству также неуклонно растут, генерирующим компаниям все сложнее справляться с периодами пикового потребления. А в странах, сделавших ставку на возобновляемые источники энергии (ВИЭ), решать эти проблемы вдвойне нелегко из-за непостоянного уровня мощности в силу самой природы ВИЭ. В финской компании Wartsila («Вяртсиля»), ориентированной на рынок судового и энергетического оборудования, разработали концепцию интеллектуального производства электроэнергии Smart Power Generation (SPG), призванную снизить затраты и повысить эффективность существующей энергосистемы.
Сложные системы с ВИЭ
Финские специалисты считают, что современные энергоустановки, хоть и создавались, учитывая колебания потребления, уже не способны их сглаживать из-за возросшего спроса. Что в первую очередь справедливо в отношении ветровых (ВЭС) и солнечных электростанций. Скорость ветра, например, может снизиться за считаные минуты на несколько метров в секунду, вследствие чего мощность крупных ветротурбин падает на десятки процентов от номинальной. При этом в Европе западные фронты низкого давления часто вызывают сильный ветер на всей территории одновременно, поэтому даже сильно удаленные друг от друга ветровые электростанции не могут взаимно компенсировать перепады. Такие скачки приводят к дестабилизации системы, увеличивают расходы на эксплуатацию и даже уровень эмиссии парниковых газов. В некоторой степени схожая ситуация наблюдается и при использовании солнечных электростанций. Перепады мощности и в том и другом случае приходится компенсировать установками другого типа.
Интеллектуальное решение
Предлагается доукомплектовывать сегодняшние негибкие паротурбинные агрегаты динамичными мощностями, готовыми сбалансировать крупные сети благодаря быстрым пускам, остановкам и набору мощности. В системах с ветровыми электростанциями динамичные установки, по мнению финских экспертов, должны покрывать около 50% от вводной мощности ВЭС.
Установки SPG могут работать в самых разных режимах: от эффективного базового до балансирующего динамичного. Подача первых мегаватт начинается в течение всего одной минуты после холодного пуска простым нажатием кнопки, а выход на номинальную мощность возможен уже через 5 минут. Количество пусков и остановок не влияет на сроки службы. Системы SPG являются многотопливными, в них может использоваться жидкое, газообразное или возобновляемое топливо. Таким образом, обеспечивается постоянный горячий резерв, способный оперативно отработать пиковые нагрузки. Низкий уровень шума, эмиссии парниковых газов, расхода технологической воды (вплоть до нулевого) и уровня давления топливного газа (5 бар) агрегатов SPG минимизирует требования к инфраструктуре и позволяет устанавливать их в непосредственной близости к потребителю.
SPG помимо прочего предусматривает следующие режимы эксплуатации:
– производство базовой нагрузки;
– быстрое следование за изменяющейся нагрузкой в утреннее время;
– поочередный запуск агрегатов по мере увеличения потребления и наброс их нагрузки;
– обеспечение требуемой пиковой мощности для периодов высоких нагрузок;
– балансирование ветряных энергетических установок, то есть «управление ветром»;
– пуск, наброс нагрузки и быстрая остановка при изменении ветрового режима;
– балансирование системы (быстрое регулирование частоты и эффективное подключение горячего резерва);
– сверхбыстрое подключение холодного резерва сети (с отсутствием выбросов) при возникновении любых нештатных ситуаций;
– осуществление быстрого холодного пуска сети при отключении энергосистемы.
Судовой мотор вместо турбины
Добиться такой гибкости энергосистем компании удается прежде всего за счет использования двигателей внутреннего сгорания (ДВС), прототипом которых послужили главные двигатели крупных транспортных судов. Подобные агрегаты сегодня зачастую оказываются значительно более эффективными, чем привычные паровые и газовые турбины.
Активное развитие технологий производства двигателей внутреннего сгорания, обычно ассоциирующихся с легковыми машинами, грузовиками и кораблями, превратило за последние три десятилетия газомоторные двигатели в надежный и конкурентоспособный базовый элемент создания энергоэффективных электростанций.
Чистая эффективность топлива в газовых ДВС на простом цикле составляет 46% при нулевом расходе воды и независимо от параметров окружающей среды (температуры, например). К тому же тепло выхлопов двигателей образует пар, который, в свою очередь, можно направить на паровую турбину, чтобы получить дополнительную энергию. С этим бонусом производство электроэнергии достигает чистой эффективности топлива в 50%. Даже в такой комбинированной системе 90% мощности доступно уже на пятой минуте после запуска, а паровая часть установки выходит на полную отдачу через час. В случае с нестабильными поставками природного газа возможно использование двухтопливных ДВС.
Российский рынок присматривается к новым разработкам
Финская компания реализовала в России более 50 проектов электростанций суммарной мощностью 700 МВт. Весной 2013 года она получила заказ от ООО «Трансмашэнерго» на поставку оборудования для электростанции в городе Тихвине (Ленинградская область).
Этот блок в 110 МВт – самая мощная российская электростанция на базе газопоршневых двигателей – станет крупнейшим проектом «Вяртсиля» в России и первой попыткой локального внедрения у нас технологии Smart Power Generation. Тихвинская станция, основанная на шести двигателях Wartsila 50SG, будет работать на природном газе. Она должна в первую очередь обеспечить надежным и эффективным электроснабжением местных промышленных потребителей, однако будет также подключена к электросети. Проектирование станции находится на завершающем этапе, а запуск в эксплуатацию должен быть осуществлен к концу 2014 года.
