Применение парогазовых установок на КС МГ для выработки механической и электрической энергии

В настоящее паровая турбина остается экономически одной из самых выгодных установок для получения высокого к.п.д. в диапазоне низких температур. В связи с этим применение теплоты отходящих газов ГТУ для паротурбинных агрегатов с последующим превращением ее в механическую или электрическую энергию - один из рациональных путей утилизации этой теплоты.

Самым привлекательным, с точки зрения использования ПГУ для магистрального транспорта газа является то, что паровая турбина может служить приводом для нагнетателя. В условиях КС МГ прямое использование механической энергии непосредственно для привода нагнетателей даже более актуально, чем выработка электроэнергии с помощью электрогенератора.

Основные потребители механической и электрической энергии на компрессорной станции с газотурбинными ГПА – это нагнетатели природного газа, вспомогательные механизмы ГТУ, насосные, вентиляторные (для приводов АВО), вентиляционные и др. установки, имеющие в своем комплекте электропривод, системы управления, сигнализации и магистральной связи.

К числу дополнительных потребителей относятся силовое и осветительное оборудование ремонтно-эксплуатационных блоков, насосные внешнего водоснабжения и канализации, жилые поселки и др.

Объекты компрессорных станций являются достаточно емкими потребителями электроэнергии. Годовой расход электроэнергии на КС с газотурбинным приводом составляет примерно 6…15 млн. кВт.

Получение электроэнергии на собственные нужды компрессорной станции за счет утилизации отходящих газов ГТУ может быть осуществлено с помощью парогазовой установки.

Активно ведутся работы по внедрению ПГУ на Украине, где планировалось строительство ПГУ на компрессорных станциях МГ. Намечалось строительство первой ПГУ для производства электроэнергии на компрессорной станции "Богородчаны" до 2005 г., а до 2020 г. намечалось осуществить строительство и установку ПГУ еще на 40 компрессорных станциях МГ Украины. Планировалось использовать оборудование фирмы "АВВ АLSTON POWER" (г.БРНО, Чехия). В теплоутилизационных контурах предполагалось использование воды. Но этот проект по организационно-экономическим причинам пока не осуществлен.

В ОАО "Сумское НПО им. М.В. Фрунзе", с целью освоения нового перспективного оборудования для КС, разработана и создана теплоутилизационная турбогенераторная энергетическая установка электрической мощностью 4 МВт типа УТГ - 4П с пентановым циклом.

На Украине, на КС Ставищенская УМГ " Черкассытрансгаз" смонтирован, введен в действие и успешно эксплуатируется с ноября 2003 г. газоперекачивающий агрегат ГПА – 16К "Водолей" с приводом от газопаротурбинной установки с регенерацией воды в цикле КГПТУ – 16К. Аналогичная установка, но более мощная, КГПТУ – 25Э успешно работает на заводском стенде ГП НПК ГТС "Заря – Машпроект".

В этих установках реализован комбинированный газопаротурбинный цикл с регенерацией воды в цикле, с подачей в камеру сгорания водяного пара, который генерируется котлом за за счет утилизации тепла отработанных газов. Водяной пар, впрыснутый в камеру сгорания и образовавшийся при сгорании метана, конденсируется из газопаровой смеси в контактном конденсаторе.

Дочерней компанией "Укртрансгаз" планирует до 2015 г. ввести в эксплуатации на КС еще 10 установок типа "Водолей".

Можно оптимистично подходить к оценке положения и в нашей стране. Специалистами фирмы "АЭГ КАНИС" (ФРГ), поставляющей газовые турбины с паровым котлом низкого давления, было показано, что на наших новых магистральных газопроводах использование ПГУ может быть еще более эффективным. Наилучшее использование энергии топливного газа обеспечивается в том случае, когда часть мощности для привода нагнетателей на КС МГ обеспечивается за счет газотурбинных ГПА, а часть – за счет паровых турбин.

На примере КС газопровода "Союз" было показано, что если агрегаты ГТК – 10И дооборудовать котлами – утилизаторами и паровыми турбинами с электрогенераторами, то только на одной КС может быть дополнительно получено 25,6 МВт электрической мощности. При этом срок окупаемости дополнительных капиталовложений составляет 3,5 года.

В России внедрение ПГУ на КС магистральных газопроводов долгое время сдерживалось по различным причинам: необходимостью больших капиталовложений и увеличением срока ввода КС в эксплуатацию, необходимостью разработки новых технологий, эксплуатации и обслуживания неспецифичного для КС МГ оборудования, химводоочистки и т. д.

В то же время, парогазовые и паросиловые установки широко используется в смежной области – теплоэнергетике; комплектуются оборудованием отечественного производства. Это свидетельствует о наличии соответствующей научно – технической базы, необходимой для решения задач ресурсоэнергосбережения. Имея отечественное оборудование и производственный опыт, можно с помощью ПГУ успешно решать вопросы, связанные с производством механической и электрической энергии на КС магистральных газопроводов. Использование поистине огромного потенциала газотранспортной системы – тепловой энергии продуктов сгорания ГТУ, - даст экономию топлива и позволит вырабатывать дешевую энергию за счет "бросового" тепла.

На момент распада СССР планировалось и было намечено внедрение на КС магистральных газопроводов 92 ПГУ для привода нагнетателей и 46 установок для привода электрогенераторов.

В бывшем СССР была предусмотрена разработка, испытания и серийное производство блочно – комплектных ПГУ к газоперекачивающим агрегатам ГПА-Ц-16, ГПУ – 16, ГТН – 16, ГТН – 25, ГТН – 25А для привода нагнетателей и электрогенераторов.

В настоящее время на КС магистральных газопроводов ОАО "Газпром" внедряются опытные парогазовые установки для производства электроэнергии, активно ведутся работы по разработке и внедрению ПГУ на магистральных газопроводах нашей страны. При эксплуатации выявлен ряд недостатков, но в целом сделан вывод, что ПГУ обеспечивают устойчивую электрическую мощность.

В развитие этого направления были созданы отечественные ПГУ для привода нагнетателей или электрогенераторов, на базе установок типа ГТН – 16, с внедрением их на КС "Приводино" и "Донская".

Осуществлялись также проекты ПГУ для КС "Чаплыгин" ООО "Мострансгаз" на базе агрегатов ГПА – Ц - 6,3 и КС "Долгое" на базе агрегатов ГПА – Ц – 16 с использованием турбогенераторного модуля "Бутэк" (блочного утилизационного теплоэнергетического комплекса) для выработки электроэнергии на нужды КС и прилегающих жилых поселков. Комплекс Чаплыгин – 5 мощностью 500 кВт имеет в составе паровой котел – утилизатор на ГПА и паровую турбину разработки АО "Калужский турбинный завод".

Организациями газовой промышленности и энергетического машиностроения была разработана и внедрена на опытно-промышленной КС ПГУ для привода нагнетателя на базе газоперекачивающего агрегата ГТН – 25. В 1995 г. была принята в эксплуатацию первая опытно – промышленная парогазовая установка в России на КС "Грязовец" на базе ГТН – 25 и ПТУ мощностью 10 МВт. Имеется также опыт эксплуатации на КС магистральных газопроводов России опытно – промышленных образцов ПГУ "Мессина" – Италия, "Вайдхауз" – Германия., технические характеристики которых представлены в табл. 6.1.

Применение ПГУ в деле магистрального транспорта газа может стать реальной основой развития энерго-ресурсосберегающих технологий, т.к. комбинация цикла Брайтона на базе ГТУ и цикла Ренкина на базе ПТУ может дать резкий скачок в тепловой экономичности ГПА. До 2/3 мощности комбинированной установки может приходиться на долю ГТУ.