Рынок ждёт постановления правительства по итогам стартового отбора проектов в рамках общероссийской программы модернизации ТЭС и обсуждает поправки в механизм, который вновь планируется использовать уже этим летом. Второй конкурентный отбор мощности на модернизацию (КОММод), на этот раз на 2025 год, планируется фактически провести до 1 сентября. Возможные корректировки правил отбора, проблемы локализации газовых турбин и вопросы распределения высвобождающихся средств потребителей, за счёт которых осуществляется возврат инвестиций генераторам, стали темами ключевой дискуссии на Российском международном энергетическом форуме (РМЭФ-2019), который прошёл в Санкт-Петербурге 25–28 июня.

Источник: energyforum.ru

По итогам залпового отбора проектов ТЭС для модернизации с вводом в 2022–2024 годах были отобраны 45 проектов: 30 (суммарные капзатраты по ним оцениваются в 61,6 млрд рублей) – в ходе конкурентного отбора мощности для модернизации (КОММод), ещё 15 (63,5 млрд рублей) – в рамках квоты Правительственной комиссии по вопросам развития электроэнергетики. При этом в Единой энергосистеме (ЕЭС) сформировалась региональная специализация: 29 газовых проектов будут реализованы в центре России и на Урале (первая ценовая зона (1 ЦЗ)), в Сибири (2 ЦЗ) в первую волну программы попали 16 угольных проектов. Всего в период реализации программы (2022–2031 годы) планируется обновить до 41 ГВт мощностей, потратив на это до 1,9 трлн рублей (в том числе 200 млрд – на модернизацию в неценовых зонах). Источником возврата инвестиций генераторам станут так называемые высвобождающиеся средства – деньги, «остающиеся невостребованными» на энергорынке по мере завершения платежей по первой программе ДПМ (договоры предоставления мощности). Предварительно их объём оценивается в 3,5 трлн рублей, сохранение допнагрузки на потребителей в этих пределах позволит выполнить поручение президента РФ Владимира Путина и не допустить роста цен на энергию выше уровня инфляции после 2021 года.

Три пути и «камень на развилке»

После стартового отбора, цены на котором в результате конкуренции снизились на 30–40%, в секторе активно обсуждается тема «Какой должна быть модернизация – дорогой или дешёвой?», отметила, открывая ключевой круглый стол «Модернизация российской энергетики. Прогнозы дальнейшей эволюции», председатель набсовета «Совета производителей энергии», член правления «Интер РАО» Александра Панина.

«Баланс на сегодняшний момент, мне кажется, ещё не найден», – задала тон дискуссии г-жа Панина, выступившая модератором круглого стола.

Отдельные участники рынка ранее критиковали результаты стартового отбора как за дороговизну проектов в рамках квоты правкомиссии, так и за недостаточную глубину обновления при реализации существенно менее затратных проектов, прошедших КОММод. В частности, ТГК-2 просила власти скорректировать программу, дав преференции ТЭЦ. Крупных генераторов беспокоит перспектива обновления паросиловых установок (ПСУ) до более эффективных парогазовых (ПГУ), но необходимые для этого газовые турбины пока не производятся в России, вопрос с их локализацией также не решён.

«Системный оператор ЕЭС» (СО ЕЭС) представил на РМЭФ три сценария следующих отборов на модернизацию. Они были сделаны на основе заявок, подававшихся участниками рынка на первый отбор. «Прогноз не сбудется, но имеет право на существование», – предупредил гостей форума зампред правления СО ЕЭС Фёдор Опадчий. При сохранении действующих параметров КОММод ПГУ начнут попадать под отбор 2027 года (проходят три проекта перевода ПСУ в ПГУ), до этого времени органически будет расти доля отбираемых ТЭЦ. Всего, по этому сценарию СО ЕЭС, отбор на 2025–2027 годы пройдут 59 проектов: 34 из них предполагают модернизацию турбинного оборудования, 18 – котельного, 4 – и того и другого. При этом удельные капзатраты в 2025–2026 годах составят 7,6–9 тыс. рублей за 1 кВт; в 2027 году они кратно вырастут, превысив 24,3 тыс. рублей. Для сравнения: средние удельные капзатраты по проектам, уже прошедшим КОММод, на 2022 год составляют 5,3 тыс. рублей за 1 кВт, на 2023 год – 7,2 тыс. рублей, на 2024 год – 8,5 тыс. рублей.

Второй сценарий, представленный СО ЕЭС, предполагает изменение правил КОММод в пользу ТЭЦ. Здесь регулятор спрогнозировал результаты только на 2025 год. Конкурс пройдут много проектов – 41, при этом удельные капзатраты вырастут на 90% (14,4 тыс. рублей за 1 кВт против 7,6 тыс. по первому сценарию), LCOE – на 17%.

Наличие инструментов для регулировки конечной цены стало причиной отбора небольшого количества ТЭЦ, пояснил позднее г-н Опадчий. В текущей модели капзатраты на отборе не являются определяющим фактором, на результаты, то есть цену одноставки (LCOE), в значительной степени влияют такие показатели, как коэффициент РСВ и КИУМ, отметил г-н Опадчий. Кроме того, при подаче ТЭЦ-заявок участники крайне низко оценивали свои доходы на рынке «на сутки вперёд» и не учитывали финпотоки с рынка тепла, что негативно отразилось на конкурентоспособности проектов.

«Нас много критиковали за КИУМ, прежде всего потребители, но отобрались востребованные проекты – средний КИУМ составил 59% против 43% в среднем по ТЭС страны», – отметил глава «Совета рынка» Максим Быстров.

Третий сценарий СО ЕЭС предполагает корректировку механизма в обратную сторону – в пользу инновационных проектов, то есть «достройку» ПСУ до ПГУ. В этом случае в зависимости от нюансов отбор на 2025 год пройдут 5–9 проектов суммарной мощностью 3–3,4 ГВт. Удельные капзатраты составят 37,4–48,5 тыс. рублей за 1 кВт: относительно базового сценария они вырастут в 5,5–7,5 раз, прирост LCOE составит 38–63%.

В ходе дискуссии был озвучен и альтернативный путь обновления теплоисточников. Им может стать механизм альтернативной котельной, внедряемый сейчас в России. Идею популяризируют федеральные власти: предварительно альткотельной заинтересовались три десятка муниципалитетов, но заявки на официальный переход Минэнерго пока получило (и одобрило) только от двух городов. Проблема в том, что все расходы на выполнение замещающих мероприятий в этом случае компенсируется за счёт региона, что создаёт головную боль губернаторам; проще перекладывать расходы на оптовый рынок, модернизируя ТЭЦ через федеральную программу. Ранее «Совет рынка» предлагал ввести дополнительный критерий и отбирать проекты для модернизации только в тех регионах, которые готовы подтвердить оперативный переход на метод альткотельной, рассказал г-н Быстров.

«Наша позиция: проекты по реконструкции ТЭЦ надо давать только тем территориям, которые чётко демонстрируют желание сделать отдельный и честный рынок тепла у себя в регионе», – заявил в ходе обсуждения г-н Быстров.

В ожидании газовых турбин

Вопрос повышения эффективности генерации при модернизации упирается в локализацию газовых турбин. Если ситуация изменится, существует вероятность, что ПГУ-проекты смогут попадать под отбор ранее 2027 года, отметил Фёдор Опадчий.

«У проектов ПГУ есть экономические шансы (на отбор в последующие КОММод. – Ред.) и без изменения экономической модели – при условии появления у нас дешёвой газовой турбины», – отметил Фёдор Опадчий.

Пока в секторе прорабатывается два возможных сценария. Первый предполагает разработку отечественных газовых турбин средней и большой мощности с нуля. Кабмин уже заявил, что намерен выделить на проект в качестве софинансирования до 7 млрд рублей, Минпромторг пообещал объявить конкурс по их распределению в июле. Потенциальным бенефициаром проекта считаются «Силовые машины» Алексея Мордашова, поддерживаемые Минпромторгом. Кроме того, крупные генераторы прорабатывают варианты локализации производства в России уже имеющихся образцов турбин иностранных поставщиков. «Интер РАО» ведёт такие переговоры с GE, «Газпром энергохолдинг» – с Siemens, «РЭП Холдинг» – с Ansaldo, а также (в партнёрстве с «Газпромом») с BHGE. Впрочем, Минпромторг пытается осложнить эти переговоры: в мае стало известно, что ведомство Дениса Мантурова предлагает обязать ГЭХ и «Интер РАО» увеличить свои доли в совместных предприятиях с Siemens и GE с 50 до 75% плюс 1 акции, что неизбежно осложнит переговоры о локализации.

Прогнозы профильного министерства вписываются в базовый расчётный сценарий СО ЕЭС: проекты ПГУ начнут проходить отборы в 2025–2027 годах, полагают в Минэнерго.

«Мы ждём, что на отборы будет приходить всё больше машин по газовой тематике... Они не прошли (первый отбор. – Ред.), потому что были дороже. Но я бы сказал, что 2025, 2026, 2027 годы – это как раз те даты, когда такие проекты без каких-то дополнительных инвестиций будут проходить уже по стоимости», – заявил на РМЭФ заместитель директора департамента развития электроэнергетики Минэнерго Андрей Максимов (цитата по РИА «Новости»).

Одновременно Минэнерго «полагает разумным» сначала определиться с мерами поддержки производства газовых турбин в России, а уже затем, в случае необходимости, возвращаться к обсуждению вопроса о создании «спецлакуны» для ПГУ в рамках модернизационных отборов. «Пока об этом рано говорить, их (турбин. – Ред.) нет», – пояснил свою мысль г-н Максимов.

Эту мысль творчески развили потребители: они считают, что до решения вопрос локализации отборов стоит временно приостановить, достаточно длинный горизонт планирования, по их мнению, позволяет это сделать.

«Бессмысленно заниматься модернизацией паросиловых циклов – рост эффективности ограничивается 1–2 п. п. Давайте возьмём паузу, поймём, что у нас будет с газовым турбиностроением, и через год вернёмся к обсуждению модернизации… Потребителям нужна эффективность», – заявил на форуме в Петербурге директор «Сообщества потребителей энергии» Василий Киселёв.

Неценовые зоны пока только дорожают

В ходе форума стало известно, что капзатраты по четырём проектам «РусГидро» на Дальнем Востоке (1,3 ГВт), которые уже получили одобрение кабмина, оценены компанией в 171 млрд рублей. Ранее гидрогенератор прогнозировал, что стоимость модернизации пяти ТЭС в ДФО составит 153 млрд рублей, таким образом, рост запланированных расходов уже составил 12%. Минэнерго рассчитывает и на получение заявок от ТГК-2, также работающей в неценовых зонах, в частности в Архангельской области, сообщил Андрей Максимов. Напомним, всего на обновление мощностей в неценовых зонах заложено 200 млрд рублей высвобождающихся средств. Окончательный перечень проектов строительства и модернизации Минэнерго должно представить в правительство до 15 августа.

Дальнему Востоку и квоте правкомиссии светит price-cap

Наибольшие разногласия в секторе вызвали результаты отбора в рамках квоты правкомиссии – затраты здесь чуть больше (на 1,9 млрд рублей), чем по проектам, отобранным на КОММод, а объём модернизируемой мощности существенно меньше: 1,78 ГВт против 8,61 ГВт. Правкомиссия выбирала проекты по пяти критериям: экономика (эффективные, дешёвые для потребителей), участие в выработке тепла, повышение экологичности ТЭС, наличие в проекте инновационных решений и изношенность оборудования (выработанный ресурс и индекс технического состояния (ИТС)). Наиболее затратные проекты модернизации в Сибири, включённые в программу без конкурса, по удельным капзатратам сопоставимы с самыми дорогими атомными энергоблоками, негодовал Василий Киселёв. Одна из причин этого – проекты в 2 ЦЗ попали в программу благодаря «экологическому» фактору.

«Критерий экологичности (был введён. – Ред.) только для 2 ЦЗ, так как там угольные блоки, а в 1 ЦЗ – газ. Вопрос критериев и их веса при отборе в рамках квоты правкомисии есть, так как они дали тот результат, который получился», – заявил г-н Максимов.

Потребители настаивают на введении «потолка цен» (price-cap) для проектов, отбираемых правкомиссией в «ручном режиме», а также для модернизации в неценовых зонах.

«Price-cap по квоте правкомиссии, о котором говорят потребители... Здесь мы с ними даже согласны, надо смотреть в эту сторону. Единственное, наверное, не надо менять то, что уже приняла правкомиссия: у правительства задней скорости нет», – отметил Максим Быстров.

«Совет рынка» поддерживает и другую поправку в механизм отбора проектов для модернизации. Регулятор считает возможным говорить о повышении глубины модернизации, предусмотрев в качестве обязательных мероприятий комплексную замену турбины или котла, а не их частей.

ГЭХ выразил недовольство и другим критерием правкомиссии – ИТС. Генератор считает несправедливым, что под федеральную программу обновления попадают блоки, собственники которых ранее меньше тратились на ремонты.

«Очень много говорилось о том, что действительно в рамках правительственной комиссии ИТС нам перевернул отчасти картинку. Мы для себя сделали очень интересное упражнение. Мы взяли отчётность почти всех крупных публичных компаний и обнаружили забавную корреляцию: чем выше затраты на содержание мощности в компании, чем больше, соответственно, компания тратит денег на поддержание существующей мощности, тем выше ИТС, чем меньше затраты на содержание мощности, тем ниже индекс технического состояния. Получается, действительно, те, кто недоремонтировал, получают преференции. Правильно это или неправильно? Это отдельный вопрос», – заявил директор по работе на рынке электроэнергии ГЭХ Михаил Булыгин.

«Мы в департаменте развития электроэнергетики (Минэнерго. – Ред.) изначально были против этого критерия (ИТС. – Ред.), который появился в последний момент. Но коллеги нас не поддержали. Нам кажется, что он не нужен», – сказал Андрей Максимов.

Впрочем, внесение корректировок в механизм под вопросом – регуляторов поджимают сроки проведения следующего отбора для модернизации с возвращением обновлённых проектов на рынок в 2025 году. Приём ценовых заявок намечен уже на 29–30 августа.

«Безусловно, процедура может быть усовершенствована, но важно помнить, что до отбора на 2025 год остаётся мало времени, и если мы хотим изменений, то нужно уже сейчас всё формулировать и вносить. Искать какой-то консенсус. Но всё же, учитывая все мнения, мне кажется, что отбор был довольно сбалансированный – были учтены по возможности интересы всех», – заявил глава «Совета рынка».

Денег на всех может не хватить

Ситуация с ценовыми параметрами программы модернизации вызывает беспокойство регуляторов. На стартовом отборе суммарно были распределены 125,1 млрд рублей из 1,7 трлн рублей, запланированных для обновления ТЭС в ценовых зонах. Это существенно ниже прогноза регуляторов в 374 млрд рублей, но он делался на основе максимальных цен без учёта эффекта конкуренции. Впрочем, образующейся сейчас экономии может и не хватить: речи об экономии в свете поручений президента пока не идёт, отметил глава «Совета рынка».

«Совет рынка» представил на форуме прогноз динамики цен на ОРЭМ до 2035 года с учётом всех основных и дополнительных надбавок к цене. В 1 ЦЗ стоимость в целом останется в пределах инфляции, небольшое превышение возможно в 2027–2033 годах, затем цены снизятся. В Сибири ситуация намного сложнее. В 2 ЦЗ цены в прогнозе существенно превышают предельный уровень в 2028–2035 годах. В этой связи Максим Быстров предложил посмотреть итоги предстоящих конкурсных отборов и оценить перспективы дополнения списка правкомиссией.

«Если в первой ценовой зоне, несмотря на небольшое превышение после 2026 года, к 2034-2035 годам могут появиться дополнительные деньги, то, с учётом того, какие дорогие проекты были отобраны на правкомиссии, во второй ценовой зоне всё совсем плохо. Поэтому я рискну высказать крамольную мысль о том, что, может быть, правкомисии не стоит отбирать больше проекты в рамках 15% квоты в Сибири, пока мы не поймём, что будет с конкурентным отбором», – сказал глава «Совета рынка».

Впрочем, «Совет рынка» исходил из максимально возможных расчётных затрат, не учитывая фактор конкурсного снижения цен, «стараясь всех максимально запугать», «чтобы идти от плохого к хорошему», уточнил Максим Быстров, отвечая на вопрос Александры Паниной. В первой ценовой зоне инфляция не пробивается модернизацией, в прогноз вписывается даже обновление на Дальнем Востоке, вызывающее горячие дискуссии в энергосообществе, отметила г-жа Панина. Причина – в расходах на АЭС, ВИЭ и КОМ на новую генерацию для обкатки экспериментальных отечественных ПГУ (КОМ НГИО; в презентации г-на Быстрова эти расходы были обозначены как «Силовые машины»). Средние капзатраты на КОММод составили чуть более 7 тыс. рублей за 1 кВт, на последних отборах ВЭС – 64 тыс. рублей, СЭС – 49 тыс. рублей при существенно более низком КИУМе, цены АЭС превышают 100 тыс. рублей, отметила модератор.

Единый технологический конкурс как наиболее рыночный вариант неоднократно упоминался в ходе дискуссии. Максим Быстров ещё в начале обсуждения признал, что если бы он проходил в текущих условиях для всех видов генерации, то все объёмы бы отошли к ТЭС. С точки зрения рынка более правильно, если потребители будут сначала оплачивать более дешёвые мощности, а затем, по мере исчерпания таковых, более дорогие, то есть сначала модернизация, а потом, если необходимо, ВИЭ, заявил заместитель гендиректора «Эн+ Девелопмент» Игорь Попов, выступавший от лица и потребителей, и производителей энергии (холдинг En+ контролирует РУСАЛ, «Евросибэнерго» («Иркутскэнерго»)). Единый отбор – это правильная история для потребителей, но она подразумевает единый товар, отметил он. В таком случае правильно перенести искусственные элементы поддержки в другие сектора, например, помогать развитию экспортного потенциала отечественных ВИЭ по линии Минпромторга, за счёт чего на энергорынке «зелёные» поставщики могли бы играть по общим правилам, вновь высказал мысль, разделяемую многими представителями энергосообщества, г-н Попов.

«Совет рынка» тоже против любых нерыночных надбавок и выступает за то, чтобы правительство решало свои задачи за счёт изыскивания резервов, а не изъятия денег с энергорынка, согласился Максим Быстров.

Но ключевой вопрос, сформулированный г-жой Паниной в ходе обсуждения, – «Так ли важны дорогостоящие проекты АЭС и ВИЭ или ими может быть отрегулирована проблема удержания энергоцен в пределах инфляции?» – остался без прямого ответа.

Парогазовыми называются энергетические установки (ПГУ) , в которых теплота уходящих газов ГТУ прямо или косвенно используется для выработки электроэнергии в паротурбинном цикле.

На рис. 4.10 показана принципиальная схема простейшей парогазовой установки, так называемого утилизационного типа. Уходящие газы ГТУ поступают в котёл-утилизатор - теплообменник противоточного типа, в котором за счет тепла горячих газов получают пар высоких параметров, направляемый в паровую турбину.

Рисунок 4.10. Принципиальная схема простейшей парогазовой установки

Котёл-утилизатор представляет собой шахту прямоугольного сечения , в которой размещены поверхности нагрева, образованные сребрёнными трубами, внутрь которых подаётся рабочее тело паротурбинной установки (вода или пар). В простейшем случае поверхности нагрева котла-утилизатора состоят из трёх элементов: экономайзера 3, испарителя 2 и пароперегревателя 1. Центральным элементом является испаритель , состоящий из барабана 4 (длинного цилиндра, заполняемого наполовину водой), нескольких опускных труб 7 и достаточно плотно установленных вертикальных труб собственно испарителя 8. Испаритель работает на принципе естественной конвекции . Испарительные трубы находятся в зоне более высоких температур, чем опускные. Поэтому в них вода нагревается, частично испаряется и поэтому становится легче и поднимается вверх в барабан. Освобождающееся место заполняется более холодной водой по опускным трубам из барабана. Насыщенный пар собирается в верхней части барабана и направляется в трубы пароперегревателя 1. Расход пара из барабана 4 компенсируется подводом воды из экономайзера 3. При этом поступающая вода, прежде чем испариться полностью, многократно пройдет через испарительные трубы. Поэтому описанный котёл-утилизатор называется котлом с естественной циркуляцией .

В экономайзере происходит нагрев поступающей питательной воды практически до температуры кипения . Из барабана сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель, где перегревается сверх температуры насыщения. Температура получаемого перегретого пара t 0 всегда, конечно, меньше, чем температура газов q Г , поступающих из газовой турбины (обычно на 25 - 30 °С).

Под схемой котла-утилизатора на рис. 4.10 показано изменение температур газов и рабочего тела при их движении навстречу друг другу. Температура газов плавно уменьшается от значения q Г на входе до значения q ух температуры уходящих газов. Движущаяся навстречу питательная вода повышает в экономайзере свою температуру до температуры кипения (точка а ). С этой температурой (на грани кипения) вода поступает в испаритель. В нём происходит испарение воды. При этом её температура не изменяется (процесс a - b ). В точке b рабочее тело находится в виде сухого насыщенного пара. Далее в пароперегревателе происходит его перегрев до значения t 0 .

Образующийся на выходе из пароперегревателя пар направляется в паровую турбину, где, расширяясь, совершает работу. Из турбины отработанный пар поступает в конденсатор, конденсируется и с помощью питательного насоса 6 , повышающего давление питательной воды, направляется снова в котёл-утилизатор.

Таким образом, принципиальное отличие паросиловой установки (ПСУ) ПГУ от обычной ПСУ ТЭС состоит только в том, что топливо в котле-утилизаторе не сжигается, а необходимая для работы ПСУ ПГУ теплота берётся от уходящих газов ГТУ. Общий вид котла – утилизатора приведен на рис.4.11.

Рисунок 4.11. Общий вид котла – утилизатора

Электростанция с ПГУ показана на рис. 4.12, на котором изображена ТЭС с тремя энергоблоками. Каждый энергоблок состоит из двух рядом стоящих ГТУ 4 типа V94.2 фирмы Siemens , каждая из которых свои уходящие газы высокой температуры направляет в свой котёл-утилизатор 8 . Пар, генерируемый этими котлами, направляется в одну паровую турбину 10 с электрогенератором 9 и конденсатором, расположенным в конденсационном помещении под турбиной. Каждый такой энергоблок имеет суммарную мощность 450 МВт (каждая ГТУ и паровая турбина имеют мощность примерно 150 МВт). Между выходным диффузором 5 и котлом-утилизатором 8 установлена байпасная (обводная) дымовая труба 12 и газоплотный шибер 6 .

Рисунок 4.12. Электростанция с ПГУ

Основные преимущества ПГУ.

1. Парогазовая установка - в настоящее время самый экономичный двигатель, используемый для получения электроэнергии.

2. Парогазовая установка - самый экологически чистый двигатель. В первую очередь это объясняется высоким КПД - ведь вся та теплота, содержащаяся в топливе, которую не удалось преобразовать в электроэнергию, выбрасывается в окружающую среду и происходит её тепловое загрязнение. Поэтому уменьшение тепловых выбросов ПГУ по сравнению с паросиловой примерно соответствует уменьшению расхода топлива на производство электроэнергии.

3. Парогазовая установка - очень маневренный двигатель, с которым в маневренности может сравниться только автономная ГТУ. Потенциально высокая маневренность ПТУ обеспечивается наличием в её схеме ГТУ, изменение нагрузки которой происходит в течение нескольких минут.

4. При одинаковой мощности паросиловой и парогазовой ТЭС потребление охлаждающей воды ПГУ примерно втрое меньше. Это определяется тем, что мощность паросиловой части ПГУ составляет 1/3 от общей мощности, а ГТУ охлаждающей воды практически не требует.

5. ПГУ имеет более низкую стоимость установленной единицы мощности, что связано с меньшим объёмом строительной части, с отсутствием сложного энергетического котла, дорогой дымовой трубы, системы регенеративного подогрева питательной воды, использованием более простых паровой турбины и системы технического водоснабжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным недостатком всех тепловых электростанций является то, что все виды применяемого топлива являются невосполнимыми природными ресурсами, которые постепенно заканчиваются. Кроме того, ТЭС потребляют значительное количество топлива (ежедневно одна ГРЭС мощностью 2000 МВт сжигает за сутки два железнодорожных состава угля) и являются самыми экологически «грязными» источниками электроэнергии, особенно если они работают на высокозольных сернистых топливах. Именно поэтому в настоящее время, наряду с использованием атомных и гидравлических электростанций, ведутся разработки электрических станций, использующих восполняемые или другие альтернативные источники энергии. Однако, несмотря ни на что ТЭС являются основными производителями электроэнергии в большинстве стран мира и останутся таковыми, как минимум в ближайшие 50 лет.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЛЕКЦИИ 4

1. Тепловая схема ТЭЦ – 3 балла.

2. Технологический процесс производства электроэнергии на ТЭС – 3 балла.

3. Компоновка современных ТЭС – 3 балла.

4. Особенности ГТУ. Структурная схема ГТУ. КПД ГТУ – 3 балла.

5. Тепловая схема ГТУ – 3 балла.

6. Особенности ПГУ. Структурная схема ПГУУ. КПД ПГУ – 3 балла.

7. Тепловая схема ПГУ – 3 балла.

ЛЕКЦИЯ 5

АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ. ТОПЛИВО ДЛЯ АЭС. ПРИНЦИП РАБОТЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА. ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА АЭС С ТЕПЛОВЫМИ РЕАКТОРАМИ. РЕАКТОРЫ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ СОВРЕМЕННЫХ АЭС

Основные понятия

Атомная электростанция (АЭС) это электростанция, вырабатывающая электрическую энергию путём преобразования тепловой энергии, выделяющейся в ядерном реакторе (реакторах) в результате управляемой цепной реакции деления (расщепления) ядер атомов урана. Принципиальное отличие АЭС от ТЭС только в том, что вместо парогенератора используется ядерный реактор - устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии.

Радиоактивные свойства у урана впервые обнаружил французский физик Антуан Беккерель в 1896 году. Английский физик Эрнест Резерфорд впервые осуществил искусственную ядерную реакцию под действием – частиц в 1919 году. Немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрасман открыли в 1938 году, чтоделение тяжёлых ядер уранапри бомбардировке нейтронами сопровождается выделением энергии. Реальное использование этой энергии стало делом времени.

Первый ядерный реактор построен в декабре 1942 года в США группой физиков Чикагского университета под руководством итальянского физика Энрико Ферми . Впервые была реализована незатухающая реакция деления ядер урана. Ядерный реактор, названный СР-1, состоял из графитовых блоков, между которыми были расположены шары из природного урана и его двуокиси. Быстрые нейтроны, появляющиеся после деления ядер 235 U , замедлялись графитом до тепловых энергий, а затем вызывали новые деления ядер. Реакторы, в которых основная доля делений происходит под действием тепловых нейтронов, называют реакторами на тепловых (медленных) нейтронах; в таких реакторах замедлителя значительно больше чем урана.

В Европе первый ядерный реактор Ф-1 был изготовлен и запущен в декабре 1946 года в Москве группой физиков и инженеров во главе с академиком Игорем Васильевичем Курчатовым . Реактор Ф-1 был набран из графитовых блоков и имел форму шара диаметром примерно 7,5 м. В центральной части шара диаметром 6 м в отверстиях графитовых блоков были размещены урановые стержни. Реактор Ф-1, как и СР-1, не имел системы охлаждения, поэтому работал на малых уровнях мощности: от долей до единиц ватта.

Результаты исследований на реакторе Ф-1 послужили основой проектов для промышленных реакторов. В 1948 году под руководством И. В. Курчатова начались работы по практическому применению энергии атома для получения электроэнергии.

Первая в мире промышленная атомная электростанция мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 года в г. Обнинске Калужской области . В 1958 г. была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт (полная проектная мощность 600 МВт). В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а в апреле 1964 г. генератор 1-й очереди дал электроэнергию потребителям. В сентябре 1964 года был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 350 МВт запущен в декабре 1969 года. В 1973 году запущена Ленинградская АЭС.

В Великобритании первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 году в Колдер-Холле. Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США).

Мировыми лидерами по производству ядерной электроэнергии являются:США (788,6 млрд. кВт ч/год), Франция (426,8 млрд. кВт ч/год), Япония (273,8 млрд. кВт ч/год), Германия (158,4 млрд. кВт ч/год) и Россия (154,7 млрд. кВт ч/год). На начало 2004 года в мире действовал 441 энергетический ядерный реактор, российское ОАО «ТВЭЛ» поставляет топливо для 75 из них.

Крупнейшая АЭС в Европе - Запорожская АЭС г. Энергодар (Украина) - 6 атомных реакторов суммарной мощностью 6 ГВт. Крупнейшая в мире АЭС - Касивадзаки-Карива (Япония) - пять кипящих ядерных реакторов (BWR ) и два продвинутых кипящих ядерных реактора (ABWR ), суммарная мощность которых составляет 8,2 ГВт.

В настоящее время в России работают АЭС: Балаковская, Белоярская, Билибинская, Ростовская, Калининская, Кольская, Курская, Ленинградская, Нововоронежская, Смоленская.

В разработках проекта Энергетической стратегии России на период до 2030 года предусмотрено увеличение производства электроэнергии на атомных электростанциях в 4 раза.

Атомные электростанции классифицируются в соответствии с установленными на них реакторами:

l реакторы на тепловых нейтронах , использующие специальные замедлители для увеличения вероятности поглощения нейтрона ядрами атомов топлива;

l реакторы на быстрых нейтронах .

По виду отпускаемой энергии атомные станции делятся на:

l атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки только электроэнергии;

l атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию.

В настоящее только в России рассматриваются варианты строительства атомных станций теплоснабжения.

АЭС не использует воздух для окисления топлива, не даёт выбросов золы, оксидов серы, углерода и т.д. в атмосферу, имеет радиоактивный фон ниже, чем на ТЭС, но, как и ТЭС, потребляет огромное количество воды для охлаждения конденсаторов.

Топливо для АЭС

Главное отличие АЭС от ТЭС состоит в использовании ядерного горючего вместо органического топлива . Ядерное горючее получают из природного урана, который добывают либо в шахтах (Нигер, Франция, ЮАР), либо в открытых карьерах (Австралия, Намибия), либо способом подземного выщелачивания (Канада, Россия, США). Уран широко распространён в природе, но богатых по содержанию залежей урановых руд нет. Уран содержится в различных горных породах и воде в рассеянном состоянии. Природный уран это смесь в основном неделящегося изотопа урана 238 U (более 99%) и делящегося изотопа 235 U (примерно 0,71%) , который и представляет собой ядерное горючее (1 кг 235 U выделяет энергию равную теплоте сгорания примерно 3000 т каменного угля).

Для работы реакторов АЭС требуется обогащение урана . Для этого природный уран направляется на обогатительный завод, после переработки, на котором 90% природного обеднённого урана направляется на хранение, а 10% обогащается до 3,3 - 4,4 %.

Из обогащённого урана (точнее диоксида урана UO 2 или окиси-закиси урана U 2 O 2 ) изготавливают тепловыделяющие элементы - ТВЭЛы - цилиндрические таблетки диаметром 9 мм и высотой 15-30 мм. Эти таблетки помещают в герметические циркониевые (поглощение нейтронов цирконием в 32,5 раза меньше чем сталью) тонкостенные трубки длиной около 4 м. ТВЭЛы собирают в тепловыделяющие сборки (ТВС) по несколько сотен штук.

Все дальнейшие процессы расщепления ядер 235 U с образованием осколков деления, радиоактивных газов и т.д. происходят внутри герметичных трубок ТВЭЛов .

После постепенного расщепления 235 U и уменьшения его концентрации до 1,26%, когда мощность реактора существенно уменьшается, ТВС извлекают из реактора , некоторое время хранят в бассейне выдержки, а затем направляют на радиохимический завод для переработки.

Таким образом, в отличие от ТЭС, где топливо стремятся сжигать полностью, на АЭС невозможно расщепить ядерное топливо на 100%. Поэтому на АЭС нельзя рассчитать КПД по удельному расходу условного топлива. Для оценки эффективности работы энергоблока АЭС используется КПД нетто

,

где - выработанная энергия, - выделившееся в реакторе тепло заодно и тоже время.

Подсчитанный таким образом КПД АЭС составляет 30 - 32 %, но сравнивать его с КПД ТЭС, составляющим 37 - 40 %, не вполне правомочно.

Кроме изотопа урана 235 в качестве ядерного топлива также используются:

• изотоп урана 233 ( 233 U ) ;
• изотоп плутония 239 ( 239 Pu );
• изотоп тория 232 ( 232 Th ) (посредством преобразования в 233 U ).

Парогазовые электростанции представляют собой сочетание паровых и газовых турбин. Такое объединение позволяет снизить потери отработавшей теплоты газовых турбин или теплоты уходящих газов паровых котлов, что обеспечивает повышение КПД парогазовых установок (ПГУ) по сравнению с отдельно взятыми паротурбинными и газотурбинными установками.

В настоящее время различают парогазовые установки двух типов:

а) с высоконапорными котлами и со сбросом отработавших газов турбины в топочную камеру обычного котла;

б) с использованием теплоты отработавших газов турбины в котле.

Принципиальные схемы ПГУ этих двух типов представлены на рис. 2.7 и 2.8.

На рис. 2.7 представлена принципиальная схема ПГУ с высоконапорным паровым котлом (ВПГ) 1 , в который подается вода и топливо, как и на обычной тепловой станции для производства пара. Пар высокого давления поступает в конденсационную турбину 5 , на одном валу с которой находится генератор 8 . Отработавший в турбине пар поступает сначала в конденсатор 6 , а затем с помощью насоса 7 направляется снова в котел 1 .

Рис 2.7. Принципиальная схема пгу с впг

В то же время образующиеся при сгорании топлива в котле газы, имеющие высокую температуру и давление, направляются в газовую турбину 2 . На одном валу с ней находятся компрессор 3 , как в обычной ГТУ, и другой электрический генератор 4 . Компрессор предназначен для нагнетания воздуха в топочную камеру котла. Выхлопные газы турбины 2 подогревают также питательную воду котла.

Такая схема ПГУ обладает тем преимуществом, что в ней не требуется дымососа для удаления отходящих газов котла. Следует заметить, что функцию дутьевого вентилятора выполняет компрессор 3 . КПД такой ПГУ может достигать 43 %.

На рис. 2.8 показана принципиальная схема другого типа ПГУ. В отличие от ПГУ, представленной на рис. 2.7, газ в турбину 2 поступает из камеры сгорания 9 , а не из котла 1 . Далее отработавшие в турбине 2 газы, насыщенные до 16―18 % кислородом благодаря наличию компрессора, поступают в котел 1 .

Такая схема (рис. 2.8) обладает преимуществом перед рассмотренной выше ПГУ (рис. 2.7), так как в ней используется котел обычной конструкции с возможностью использования любого вида топлива, в том числе и твердого. В камере сгорания 3 при этом сжигается значительно меньше, чем в схеме ПГУ с высоконапорным паровым котлом, дорогостоящего в настоящее время газа или жидкого топлива.

Рис 2.8. Принципиальная схема пгу (сбросная схема)

Такое объединение двух установок (паровой и газовой) в общий парогазовый блок создает возможность получить также и более высокие маневренные качества по сравнению с обычной тепловой станцией.

Принципиальная схема атомных электростанций

По назначению и технологическому принципу действия атомные станции практически не отличаются от традиционных тепловых станций. Их существенное различие заключается, во-первых, в том, что на АЭС в отличие от ТЭС пар образуется не в котле, а в активной зоне реактора, а во-вторых, в том, что на АЭС используется ядерное топливо, в состав которого входят изотопы урана-235 (U-235) и урана-238 (U-238).

Особенностью технологического процесса на АЭС является также образование значительных количеств радиоактивных продуктов деления, в связи с чем атомные станции технически более сложны по сравнению с тепловыми станциями.

Схема АЭС может быть одноконтурной, двухконтурной и трехконтурной (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Принципиальные схемы АЭС

Одноконтурная схема (рис. 2.9,а) наиболее проста. Выделившееся в ядерном реакторе 1 вследствие цепной реакции деления ядер тяжелых элементов тепло переносится теплоносителем. Часто в качестве теплоносителя служит пар, который далее используется как на обычных паротурбинных электростанциях. Однако образующийся в реакторе пар радиоактивен. Поэтому для защиты персонала АЭС и окружающей среды большая часть оборудования должна иметь защиту от излучения.

По двух- и трехконтурной схемам (рис. 2.9,б и 2.9,в) отвод тепла из реактора осуществляется теплоносителем, который затем передает это тепло рабочей среде непосредственно (например, как в двухконтурной схеме через парогенератор 3 ) или через теплоноситель промежуточного контура (например, как в трехконтурной схеме между промежуточным теплообменником 2 и парогенератором 3 ). На рис. 2.9 цифрами 5 , 6 и 7 обозначены конденсатор и насосы, выполняющие те же функции, что и на обычной ТЭС.

Ядерный реактор часто называют «сердцем» атомной электростанции. В настоящее время существует довольно много видов реакторов.

В зависимости от энергетического уровня нейтронов, под воздействием которых происходит деление ядерного топлива, АЭС можно разделить на две группы:

АЭС с реакторами на тепловых нейтронах ;

АЭС с реакторами на быстрых нейтронах .

Под воздействием тепловых нейтронов способны делиться лишь изотопы урана-235, содержание которых в природном уране составляет всего 0,7 %, остальные 99,3 % ― это изотопы урана-238. Под воздействием нейтронного потока более высокого энергетического уровня (быстрых нейтронов) из урана-238 образуется искусственное ядерное топливо плутоний-239, которое используется в реакторах на быстрых нейтронах. Подавляющее большинство эксплуатируемых в настоящее время энергетических реакторов относится к первому типу.

Принципиальная схема атомного энергетического реактора, используемого в двухконтурной схеме АЭС, представлена на рис. 2.10.

Ядерный реактор состоит из активной зоны, отражателя, системы охлаждения, системы управления, регулирования и контроля, корпуса и биологической защиты.

Активная зона реактора - область, где поддерживается цепная реакция деления. Она слагается из делящегося вещества, замедлителя и отражателя нейтронов теплоносителя, регулирующих стержней и конструкционных материалов. Основными элементами активной зоны реактора, обеспечивающими энерговыделение и самоподдерживающими реакцию, являются делящееся вещество и замедлитель. Активная зона отдалена от внешних устройств и работы персонала зоной защиты.

В списке систем, генерирующих электрическую и тепловую энергию на современных предприятиях, числятся парогазовые установки электростанции . Они являются комбинированными по своему принципу действия и включают 2 базовых этапа:

1. сжигание исходного топлива (газа) и за счет этого вращение газотурбинной установки;
2. нагревание продуктами сгорания, образовавшимися в первой стадии, воды в котле-утилизаторе с образованием водяного пара, используемого в паровой турбине, активирующей паросиловой электрогенератор.

За счет рационального использования теплоты, получаемой при сжигании топлива, удается сэкономить топливо, на 10 % увеличить экономичность системы, в разы повысить КПД оборудования, на 25 % снизить расходы.

Работа парогазовой установки становится возможной за счет использования в качестве исходного топлива либо природного газа, либо продуктов нефтяной отрасли (в частности – ДТ). Конфигураций оборудования, в зависимости от его мощности и специфики применения может быть несколько. Так производители могут совмещать обе турбины на едином валу, комплектуя эту комбинацию двухприводным генератором. Преимущество такого устройства – в наличии в его арсенале 2 режимов работы: простого газового цикла и комбинированного.

Несмотря на достаточное сложное устройство, парогазовая установка (ПГУ) имеет очень важную особенность, выделяющую ее на фоне прочих систем генерации электричества. Речь идет о рекордно высоком коэффициенте полезной деятельности, составляющем в отдельных случаях свыше 60 %.

Преимущества парогазовой установки

Принцип работы парогазовой установки имеет специфический характер, она, в отличие от аналогичных систем, потребляет меньше ресурсов (в особенности – воды) на каждую единицу энергии, получаемой с ее помощью. Также эксперты отрасли отмечают, что парогазовые конструкции выделяются:

• большей степенью экологичности (уменьшается выброс парниковых газов);
• компактными габаритами;
• сравнительной скоростью возведения (менее 1-го года);
• меньшей потребностью в топливе.

Стоит отметить, что производители ПГУ не останавливаются на достигнутом. Современный парогазовый генератор эволюционирует намного быстрее, чем предыдущие версии этой техники. Сегодня активно разрабатываются конструкции, работающие на возобновляемых источниках энергии, биотопливе: отходах деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства.

Типы парогазовых установок

Классифицировать парогазовые системы можно в зависимости от их конструкции и технологических особенностей:

• по принципу действия: когенерационные, с вытеснением регенерации, с низконапорным парогенератором, с высоконапорным парогенератором, с котлами-утилизаторами;
• по количеству газотурбинных установок различают системы с 1, 2, 3 базовыми ГТУ;
• по виду используемого расходного вещества: газовые, жидкотопливные, работающие на биомассе и т.д.;
• по разнообразию контуров КУ или котлов-утилизаторов, выделяют одно-, двух- и трехконтурные модули.

Многие энергетики также говорят о том, что важно различать системы, разнящиеся своим принципом действия. В частности, сегодня существует паровой электрогенератор , в котором имеется стадия промежуточного перегрева пара, а есть модификации, которые лишены этого этапа. В процессе выбора ПГУ важно обращать внимание на эти особенности работы изделий, так как они могут отразиться на продуктивности и эффективности электростанций в целом.

Применение парогазовых установок

Несмотря на тот факт, что на Западе уже давно стали использовать ПГУ для получения доступного электричества, в нашей стране данные технологии до последнего времени не были востребованы. И только с 2000-х годов у российских промышленных предприятий появился устойчивый интерес к парогазовым системам.

Согласно статистике, более 30 крупных энергоблоков, базирующихся на использовании парогазовых технологий, начали свою работу в разных регионах России на протяжении последних 10-ти лет. Эта тенденция будет лишь усиливаться как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе, поскольку очень показательные результаты демонстрируют парогазовые установки, эксплуатация которых обходится не слишком дорого, а результат всегда превосходит ожидания.

Комбинированные электростанции могут использоваться для снабжения электричеством промышленных предприятий и целых населенных пунктов.

На нашем сайте Вы сможете найти парогазовые установки, которые уже прошли проверку на качество и мощность в европейских странах. Все парогазовые установки, представленные на сайте, находятся в исправном состоянии и обеспечиваются стабильную работу для промышленности.

€ 6.980.000

6 x Новые — 17,1 МВт — HFO / DFO / газогенератор.
Цена в евро: 6 980 000, — от завода за штуку
При покупке всех 6 генераторов, можно договориться о цене

Оценка электрической эффективности 47,2%.
Устройство может работать как с тяжелым топливом (HFO), так и дизельным топливом и газом.

Парогазовая установка - электрогенерирующая станция, служащая для производства электроэнергии. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД.

Парогазовые установки производят электричество и тепловую энергию. Тепловая энергия используется для дополнительного производства электричества.

Принцип действия и устройство парогазовой установки (ПГУ)

Парогазовая установка состоит из двух отдельных блоков: паросилового и газотурбинного. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива.

Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (например мазут, дизельное топливо). На одном валу с турбиной находится генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток.

Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают лишь часть своей энергии и на выходе из неё, когда их давление уже близко к наружному и работа не может быть ими совершена, все ещё имеют высокую температуру. С выхода газовой турбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500°C позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.

Существуют парогазовые установки, у которых паровая и газовая турбины находятся на одном валу, в этом случае устанавливается только один генератор. Также часто пар с двух блоков ГТУ-котёл-утилизатор направляется в одну общую паросиловую установку.

Иногда парогазовые установки создают на базе существующих старых паросиловых установок. В этом случае уходящие газы из новой газовой турбины сбрасываются в существующий паровой котел, который соответствующим образом модернизируется. КПД таких установок, как правило, ниже, чем у новых парогазовых установок, спроектированных и построенных «с нуля».

На установках небольшой мощности поршневая паровая машина обычно эффективнее, чем лопаточная радиальная или осевая паровая турбина, и есть предложение применять современные паровые машины в составе ПГУ.

Преимущества и недостатки парогазовых установок (ПГУ)

Парогазовые установки (ПГУ) - относительно новый тип электростанций, работающих на газе, жидком или твердом топливе. Парогазовые установки (ПГУ) предназначены для получения максимального количества электроэнергии.

Общий электрический КПД парогазовой установки составляет ~ 58-64%. Для сравнения, у работающих отдельно паросиловых установок КПД обычно находится в пределах 33-45%, в стандартных газотурбинных установках КПД составляет ~ 28-42%.

Преимущества ПГУ

• Низкая стоимость единицы установленной мощности
• Парогазовые установки потребляют существенно меньше воды на единицу вырабатываемой электроэнергии по сравнению с паросиловыми установками
• Короткие сроки возведения (9-12 мес.)
• Нет необходимости в постоянном подвозе топлива ж/д или морским транспортом
• Компактные размеры позволяют возводить непосредственно у потребителя (завода или внутри города), что сокращает затраты на ЛЭП и транспортировку эл. энергии
• Более экологически чистые в сравнении с паротурбинными установками

Недостатки парогазовых установок

• Низкая единичная мощность оборудования (160-972 МВт на 1 блок), в то время как современные ТЭС имеют мощность блока до 1200 МВт, а АЭС 1200-1600 МВт.
• Необходимость осуществлять фильтрацию воздуха, используемого для сжигания топлива.
• Ограничения на типы используемого топлива. Как правило в качестве основного топлива используется природный газ, а резервного - мазут. Применения угля в качестве топлива абсолютно исключено. Отсюда вытекает необходимость строительства недешевых коммуникаций транспортировки топлива - трубопроводов.