Новые российские технологии на крупнейшей ГЭС Европы

В последнее время наиболее часто упоминаемой отраслью энергетики стала, конечно же, газовая. Удивляться не приходится – дня не проходит, чтобы кто-нибудь из политиков какой-нибудь страны не сделал заявления относительно судьбы проектов строительства магистралей «Северный поток-2», «Турецкий поток», «Сила Сибири» или не стал оценивать перспективы всевозможных проектов, связанных с СПГ. Транспортировка энергетических ресурсов при помощи трубопроводов – тема, безусловно, интересная уже потому, что затрагивает экономические, а порой и политические интересы сразу нескольких стран. А сейчас, когда до выборов в Европарламент остаются считанные дни, количество противоречащих друг другу выступлений политиков возросло многократно.

На этом фоне как-то отошли в тень новости, касающиеся энергетики самой России, и порой создается впечатление, что основными хэдлайнерами стали Газпром и НОВАТЭК, где-то рядом неизменный Росатом – а больше ничего интересного и не происходит, внезапная тишина и спокойствие. Это далеко не так, новости есть, и об одной, достаточно неожиданной, точно стоит рассказать.

РусГидро – это не только гидроэлектростанции

После реформы РАО «ЕЭС России», закончившейся в 2007 году в России осталось всего три государственных энергетических компании – корпорация по атомной энергетике Росатом, «ИнтерРАО ЕЭС» — государственный монополист экспортных поставок электроэнергии и РусГидро – компания, отвечающая за все ГЭС России за исключением тех, которые умудрились приватизировать в 90-е годы. Это как бы очевидно из самого названия компании, хотя РусГидро – это далеко не только гидроэнергетика, в структуре компании изначально находились единственные в России приливная электростанция и электростанции геотермальные, а в 2011 году в ведение РусГидро была передана генерация тепловой и электрической энергии всего Дальнего Востока. Так что теперь единственный вид генерации, которого нет в РусГидро – атомная, РусГидро стала самой универсальной энергетической компаний России. ГЭС, приливная и геотермальная электростанции, электростанции, работающие на угле и на природном газе, электростанции ветровые и солнечные – вот такой, до предела широкий «ассортимент». Сторонники либеральной экономики любят повторять тезис о том, что частные компании способны быстрее реагировать на любые изменения на рынке и активнее внедряют новейшие технические и научные достижения, но в случае РусГидро теория разбивается о камни практики. Ветровая электростанция, совмещенная с дизельной энергоустановкой в арктическом поселке Тикси – это работа государственной компании РусГидро, как и вот уже 19 солнечных электростанций в Якутии. Частные компании, если и подтянутся, будут использовать ее опыт, так что в реальной жизни все несколько иначе, чем в новейших учебниках по экономике: сначала новейшие разработки осуществляет государственная компания, она же берет на себя риски пионерных проектов, и только потом, да и то еще в режиме «может быть» по ее следам буду двигаться эффективные частные собственники.

Паужетская геотермальная электростанция (РусГидро), Фото: rushydro.ru

После того, как в 2011 году РусГидро приняла на себя весь груз поддержания и развития энергетики Дальнего Востока, основные новости, касающиеся деятельности этой компании, стали приходить именно из этого региона. В результате вторая часть названия компании едва ли не полностью ушла из повестки дня новостных порталов. Громадины плотин и их водохранилища в европейской части России возводились еще в годы ударных всесоюзных строек, мы настолько привыкли к их существованию в нашем пейзаже, что они порой кажутся вечными и неизменными, подобно египетским пирамидам. Кстати, по своим масштабам ГЭС действительно напоминают эдакие «пирамиды ХХ века» и находятся где-то на периферии нашего с вами внимания. А напрасно, совершенно напрасно – как раз на ГЭС идет большая и очень кропотливая работа.

Модернизация ГЭС – это рост надежности и объемов вырабатываемой энергии

Большинство ГЭС в России были введены в строй действительно в 50-60-е годы прошлого века, а потому в них росли-росли и выросли проблемы, которые не способны избежать никакие механизмы, безостановочно работающие полсотни лет – они изнашиваются, стареют естественным путем. Требуют особого внимания и сами плотины ГЭС – нам они кажутся незыблемыми настолько, что мы порой, глядя на них, забываем старинную мудрость «Капля камень точит», а ведь в случае ГЭС речь идет не о каплях, а о миллионах кубометров воды, которые сдерживают плотины. Экономические трудности 90-х годов (самое мягкое обозначение того, что происходило в России в то время) не давали возможности ГидроОГК – так первоначально называлась компания РусГидро, подойти к модернизации ГЭС системно, довольно длительное время энергетики вынуждены были ограничиваться точечными ремонтами и модернизацией, но в конце 2011 года была завершена разработка программы комплексной модернизации (ПКМ) ГЭС России. Масштаб впечатляет – РусГидро предстоит в плановом режиме, этап за этапом заменить 154 гидротурбины, 119 генераторов и сотни единиц прочего оборудования – трансформаторов, распределительных устройств, высоковольтных выключателей, коммутационного оборудования и так далее, одновременно реконструируя и сами гидротехнические сооружения. Оборудование меняют не просто на свежее, но и на более надежное, более производительное. В результате реализации ПКМ гидроэнергетики не только заменят половину основного оборудования – еще одним результатом станет то, что наши ГЭС, без заметных внешних изменений, станут мощнее на 779 МВт и будут вырабатывать больше электроэнергии за счет использования современного оборудования с улучшенными характеристиками. Эффект такой же, как от строительства сразу нескольких новых ГЭС, вот только при этом никаких затоплений территорий под новые водохранилища.

Волжская ГЭС (РусГидро), Фото: rushydro.ru

Новые мощности, новые киловатты выработки — это отличные результаты, вот только есть еще одно «но», о котором забыть не получится, ни в коем случае не должна понизиться надежность обеспечения электроэнергией конечных потребителей. Если генератор выдает большее, чем раньше, количество электроэнергии, то автоматически возникает – как ее распределить таким образом, чтобы этот рост объема выдержали линии электропередач (ЛЭП), разбегающиеся с распределительных устройств электростанций. Ведь при этом необходимо учитывать еще и существенные изменения в структуре энергопотребления – не будем вдаваться в подробности, но ни для кого не секрет, что в России закрыто немало крупных заводов и фабрик, к которым шли ЛЭП, для нужд которых работали подстанции. С такой вот комплексной проблемой РусГидро столкнулась, когда в соответствии с ПКМ настала очередь для модернизации Волжской ГЭС – крупнейшей электростанции Волжско-Камского каскада, занимающего важнейшее место в объединенной энергосистем Центра, Поволжья и Юга России.

Самый умный трансформатор России прописался на Волжской ГЭС

Волжская ГЭС заслуживает отдельного и большого рассказа – в 1960-1963 годах она была крупнейшей ГЭС в мире, на день сегодняшний она остается крупнейшей ГЭС европейской части России и Европы, с нее начиналось формирование Единой энергосистемы СССР. Но об этом в следующий раз, в этой статье – о совершенно новой для России «придумке» наших гидроэнергетиков.

Волжская ГЭС спроектирована таким образом, что часть ее гидроагрегатов присоединена к ЛЭП напряжением 220 кВ, часть – к ЛЭП напряжением 500 кВ. Это распространенное и экономичное решение – сеть 220 кВ питает местных потребителей, а сеть 500 кВ используется для передачи электроэнергии в другие регионы. Все отлично работает, если со стороны потребителей не происходит драматических изменений. Увы, именно это и произошло — с 2013 года на 95% уменьшилось потребление электроэнергии на Волгоградском алюминиевом заводе, а с 2015 была выведена из эксплуатации межгосударственная ЛЭП, по которой электроэнергия Волжской ГЭС экспортировалась на Украину. В результате ЛЭП напряжением 220 кВ оказались загружены до предела, при том что ЛЭП напряжением 500 кВ имеют запас пропускной способности.

Машинный зал Волжской ГЭС, Фото: rushydro.ru

Есть и еще одна, не менее важная сторона проблемы. Нынешняя установленная мощность гидроагрегатов Волжской ГЭС составляет 2’671 МВт, а после того, как в результате модернизации в строй будет введено совершенно новое оборудование, мощность вырастет до 2’745 МВт, увеличение составит 74 МВт. В результате дополнительная нагрузка, которая появится по окончании модернизации в 2023 году, «повиснет в воздухе» — и так загруженные линии 220 кВ никак не могут пропустить повышенную мощность.

Привычный выход – построить новые ЛЭП со всеми вытекающими последствиями, такими, как землеотводы, неизбежное согласование всех проблемных моментов с Федеральной сетевой компанией и, разумеется, очень серьезные инвестиции в несколько миллиардов рублей, которые неизбежно увеличили бы стоимость и без того далеко не дешевой ПКМ, да и сроки могли бы, как сейчас порой говорят «уйти вправо». Альтернатива – несмотря на обновление всего оборудования, отказаться от повышения мощности ГЭС и от увеличения объема выработки, что не только не логично, но и экономически совершенно невыгодно для РусГидро. Модернизация требует инвестиций, которые без увеличения объема поставок электроэнергии потребителям, окупаться будут более длительный срок. Да и потребителей такое странное решение обрадовать никак не могло – спрос на электроэнергию, пусть и не быстро, но стабильно растет, дополнительные мощности в 2023 году могут быть уверенно освоены. Тем более – мощности высокоманевренные, очень нужные для обеспечения надежной работы энергосистемы.

И вот в этот непростой для энергетиков момент на выручку пришли инженеры, которые, судя по всему, весьма тщательно отслеживают все новинки, появляющиеся в мировой энергетической отрасли и за тем, как идут дела у российских машиностроительных предприятий. В сентябре 2011 года было подписано соглашение о создании совместного предприятия в составе двух компаний – «Силовые машины» и Toshiba, которое получило совершенно «прозрачное» название «Силовые машины – Тошиба». Это не полочная компания, которая занимается импортом в Россию оборудования и продукции, произведенного за рубежом, а вполне реальный завод, созданный в промышленной зоне «Металлострой» в Колпинском районе Санкт-Петербурга, совместные инвестиции в предприятие составили 5,5 млрд рублей. Контрольный пакет акций (50,1%) принадлежит российской компании, Toshiba владеет всеми остальными. Номенклатура завода – высоковольтные силовые трансформаторы, продукция энергоэффективная, наукоемкая, локализация производства которой на территории России составляет 100%. Продукция эта в России весьма востребована, модернизацией электростанций занимается далеко не одна компания, но именно проектировщики РусГидро оказались теми, кто увидел в номенклатуре питерского завода так называемый фазоповоротный трансформатор (ФПТ). Название звучит несколько загадочно, но суть этого непростого приспособления понять не так уж сложно – ФПТ разгружает наиболее загруженную линию, перераспределяя потоки мощности оптимальным образом на ту линию, у которой есть запас пропускной способности. В нашем случае – из сети 220 кВ в сеть 500 кВ.

Фазоповоротный трансформатор Волжской ГЭС

ФПТ – изобретение не новое, впервые он был установлен на одной из электростанций Великобритании в 1969 году, но никогда ранее ни в СССР, ни в России такое оборудование нигде не использовалось. Привычная для РусГидро ситуация: если кто-то должен стать первым, то почему не мы? Конечно, на словах это звучит незатейливо – на самом деле, прежде чем решиться на размещение ФПТ на Волжской ГЭС, расчетные группы РусГидро и «Силовые машины-Тошиба» работали весьма напряженно, как, наверное, и положено при расчете мощностей и принципиальных схем трансформаторов. Кроме инженеров, в расчетах принимали участие и экономисты – любая новинка техники оказывается полезной только в том случае, если она, как минимум, не требует дополнительных инвестиций, а в оптимальном варианте напротив, уменьшает их. Расчеты финансовых показателей в случае с Волжской ГЭС внушают оптимизм – производство и установка ФПТ обойдутся более чем в 6 раз (!) дешевле затрат на строительство новых ЛЭП напряжением 220 кВ, но при этом обеспечит полную выдачу всех мощностей ГЭС в сети энергосистемы без снижения надежности функционирования всего оборудования. В абсолютных цифрах экономия составит не менее 3 млрд рублей – точные цифры, разумеется, появятся только после того, как специалисты убедятся в том, что все полученные параметры соответствуют расчетным.

За опытно-промышленной эксплуатацией наблюдать будут многие

Уникальное для России новейшее оборудование не было для РусГидро самоцелью, идет нормальный рабочий процесс. Если опытная эксплуатация ФПТ покажет положительные результаты, практика их применения будет тиражироваться и на других объектах компании – если новая технология позволяет экономить деньги и при этом обеспечивает необходимый уровень надежности, этим обязательно нужно пользоваться. Разумеется, за результатами опытной эксплуатации будут крайне внимательно наблюдать не только специалисты РусГидро – не меньший, если не больший интерес имеется и у Федеральной сетевой компании, и у Системного Оператора. В отличие от РусГидро, которой предстоит решать проблемы только для принадлежащих ей электростанций, на которых проходит модернизация, сетевые компании линиями электропередач занимаются 24 часа в сутки и 365 дней в году. Для них экономия вкладываемых в модернизацию и строительство новых ЛЭП может быть еще более значительной, чем для РусГидро.

Открытое распределительное устройство (ОРУ) Волжской ГЭС

С внедрением вот этого инновационного оборудования на Волжской ГЭС, которое, повторимся, и проектируется, и производится в России, появится повод задуматься и у всех остальных российских энергетических компаний. Напомним, что у всех электростанций (за исключением солнечных) их так называемая электрическая часть, по большому счету, имеет больше общего, чем различий. Не так уж и важно, за счет какого именно энергетического ресурса вращается турбина – падающая вода, перегретый пар, возникающий в результате сгорания газа и угля, или реакции, происходящие в ядрах урана. На любой электростанции турбина вращает ротор генератора, магнитное поле обеспечивает появление электрического тока, который предстоит трансформировать и распределять по линиям электропередач. Набор электрического оборудования идентичен на ГЭС, тепловых электростанциях и АЭС, потому после вот этого, первого в России опыта использования ФПТ есть серьезные надежды на то, что сотрудникам завода «Силовые машины – Тошиба» придется работать напряженнее, чем сейчас. Трансформаторы – дело такое!

Постарается отслеживать результаты опытной эксплуатации на Волжской ГЭС и наш Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru – уж очень интересной нам представляется алгоритм, предложенный РусГидро: используя российское оборудование снижать объем инвестиций, сохраняя при этом в полном объеме надежность энергообеспечения.