Всего в период 2007 - 2010 годы в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы" было выполнено более 35 работ в области энергетического машиностроения с общим объемом финансирования 2 741,2 млн. руб., в том числе объем бюджетного финансирования составил 1 814,5 млн. рублей.
2.7.5. Прогноз реализации проектов с прогрессивным энергетическим оборудованием
Имеющийся в стране перекос цен на легкодобываемые энергоресурсы, такие как природный газ, привел к застопориванию исследований в области освоения эффективного энергооборудования на твердом топливе с высокими технико-экономическими и экологическими параметрами, которые во всем мире признаны перспективными. Как следствие, в этом направлении Россия существенно отстала от развитых стран.
Несмотря на намечаемый "Энергетической стратегией России на период до 2030 года" относительно быстрый рост добычи природного газа в восточных районах страны, создание разветвленной газовой инфраструктуры является экономически нецелесообразным. Причина кроется в том, что существуют такие факторы, как наличие громадной территории и малой плотности потребления топлива.
Поэтому множество потребителей, расположенных вне зоны газопроводов, по-прежнему будут ориентироваться на твердое топливо.
Для эффективного применения на ТЭС угля необходимо новое поколение энергоблоков: нужны модернизированные блоки 330 МВт с -41 - 42%, блоки 600 - 800 МВт на суперсверхкритические параметры пара с - 44 - 45%, угольные блоки с котлами ЦКС, ПГУ с газификацией углей, технологии улавливания CO2 из энергетического цикла и последующего их захоронения и другие.
Для выпуска угольных блоков нового поколения на российских заводах необходима реконструкция технологической оснастки и создание отечественной научно-технической базы. При этом для изготовления оборудования головного энергоблока на суперсверхкритические параметры пара может оказаться целесообразной закупка за рубежом некоторого количества жаропрочных труб для котлов, а также поковок из специальных жаропрочных сталей для отдельных узлов и деталей паровой турбины. Также целесообразна организация совместного производства отдельных узлов котла ЦКС и алгоритма его управления, систем сероочистки и катализаторов для селективно-каталитического снижения окислов азота.
В интересах государства осуществлять сжигание газа при комбинированной выработке тепла и энергии в ПГУ-ТЭЦ, ГТУ-ТЭЦ, а также в ГТУ конденсационных ТЭЦ, в которых достигаются высокие экономические и экологические показатели. После получения положительного опыта коммерческого использования ПГУ с газификацией угля (после 2018 - 2020) некоторые ПГУ на природном газе можно оснастить газификаторами с переходом их на сжигание синтез-газа.
Ведущими направлениями в области освоения эффективного энергооборудования на твердом топливе с высокими технико-экономическими и экологическими параметрами являются разработки таких видов парогазовых установок, как ПГУ мощностью 200 МВт с внутрицикловой воздушной газификацией кузнецких углей, пылеугольные энергоблоки мощностью 660 МВт на суперсверхкритические параметры пара 28 - 30 МПа и 585-600/585-620 °C.
Также целесообразна модернизация и реконструкция действующих энергоблоков с паровыми турбинами типа К-150-130 и противодавленческими паровыми турбинами типа Р-50-130, а также сооружение демонстрационного энергоблока с ПГУ мощностью 800 МВт с отечественной лицензионной газовой турбиной ГТЭ-280.
Для реализации перспективных проектов, способных поставить российскую энергетику на конкурентную техническую базу, энергомашиностроителям необходимо получить заказ на строительство энергоблоков, основанных на инновационном оборудовании. Перспективные проекты уже проработаны энергомашиностроительными компаниями и научно-конструкторскими институтами. Недостает только механизма привлечения заказчика для сооружения энергообъектов, не имеющих референций.
Российские научные институты и промышленность еще в 60-е годы прошлого столетия впервые в мире освоили суперсверхкритические параметры пара. Были изготовлены три котла на параметры 40 МПа и 700 °C для научных целей и стендовых испытаний арматуры и других изделий. Такие котлы были установлены в Киевском политехническом институте, в ЦКТИ (г. Ленинград) и на Чеховском арматурном заводе. На ТЭЦ ВТИ был сооружен первый в мире котел на суперсверхкритические параметры пара 30 МПа и 600 °C паропроизводительностью 12 тонн пара в час. В дальнейшем этот котел был переведен на параметры 30 МПа 650 градусов и проработал более 200 тысяч часов. Опыт эксплуатации этого котла был использован при сооружении энергоблока мощностью 100 МВт на Каширской ГРЭС на параметры 30 МПа и 650 °C, проработавший 40 тысяч часов.
За последние 5 лет российскими учеными из институтов ЦНИИТМАШ, ВТИ и ЦКТИ, а также конструкторами из ОАО "ЭМАльянс" и ОАО "Силовые машины" были исследованы новые жаропрочные сплавы и выполнены несколько вариантов эскизных проектов котлов и турбин на суперсверхкритические параметры пара применительно к Томь-Усинской, Ургальской, Ерковецкой и Алтайской ГРЭС. Причем котельный агрегат был предложен с самой современной башенной компоновкой. Такой тип котла позволяет уменьшить площадь здания, уменьшить аэродинамическое сопротивление котла, уменьшить металлоемкость котельной установки. Проект предусматривал использовать перспективные разработки ОАО "ЦНИИТМАШ" по экономно-легированным жаропрочным сталям для перегревателей котла и деталей турбины с использованием нанотехнологий.
Подобный тип котла на несколько сниженные параметры пара ОАО "ЭМАльянс" уже изготовил для ТЭС "Бар" (на которую запланирована мощность 1980 МВт при наличии трех энергоблоков по 660 МВт каждый) в Индию в количестве двух штук и приступил к изготовлению третьего.
Российские научные институты и промышленность имеют также наработки в технологии газификации угля. Однако из-за хронической нехватки финансовых средств эта технология не доведена до промышленного освоения и требует еще значительных финансовых средств и времени.
В связи с этим представляется целесообразным использовать опыт передовых зарубежных фирм, которые уже освоили процесс газификации угля и очистки продуктов газификации, а также освоили использование синтетического газа в крупных газовых турбинах.
2.7.6. Унифицированный ряд основного оборудования энергоблоков для сжигания природного газа и угля
Энергомашиностроительная отрасль России, несмотря на потери двух последних десятилетий, располагает достаточным потенциалом для производства и поставки на отечественный рынок высокоэффективного энергетического оборудования. Для успешного решения этой задачи необходимо сократить количество типов планируемых к вводу энергоблоков. Использование типовых проектов позволит за счет организации серийного производства сократить сроки и стоимость изготовления основного энергетического оборудования.
Выпускаемые в стране мощные энергетические ГТУ уже образуют часть типоразмерного ряда основного энергетического оборудования. В частности, ГТЭ-160 является одной из лучших, надежных и экономичных, газотурбинных установок предыдущего поколения, очень широко применяемых и заказываемых во всем мире до сих пор. Необходимо продолжать серийный выпуск данных ГТУ.
Необходимо принять меры по срочному завершению доводки, обеспечению работоспособности и освоению серийного производства ГТУ мощностью 110 МВт (ГТД-110) разработки НПО "Сатурн" (г. Рыбинск), которая по своим технико-экономическим показателям привлекательна для установки на многих отечественных ТЭЦ. При этом обязательной мерой является конструктивная доработка на основе опыта эксплуатации и испытаний головных образцов ГТД-110 как в автономном режиме, так и в составе ПГУ.
Широкий спрос на энергетическом рынке должна найти машина средней мощности, разработанная ОАО "Силовые машины", - ГТЭ-65. С учетом накопленного опыта в ГТЭ-65 применены наиболее удачные технические решения, подтвержденные ресурсной наработкой действующих ГТУ, широко использованы результаты проведенных исследований и новые технологии. ГТЭ-65 может найти применение как для вновь сооружаемых генерирующих мощностей, так и для технического перевооружения действующих.
Необходимо в краткосрочной перспективе организовать в ближайшее время в России крупномасштабное производство лицензионных ГТУ большой мощности (около 300 МВт). Такое производство может быть, например, организовано на Ленинградском металлическом заводе (ОАО "Силовые машины") с переходом от ГТЭ-160 (V94.2) разработки Siemens 80-х годов к более современным газовым турбинам серии 3A. При этом необходимым условием является реализация мер по техническому переоснащению газотурбинного производства с развитием специализированных производственных мощностей на ЛМЗ и заводе турбинных лопаток в г. Санкт-Петербурге.
Освоение отечественными заводами энергомашиностроения производства указанных типов газовых турбин, переоснащение газотурбинного производства и развитие специализированных производственных мощностей обеспечат условия массированного ввода современных высокоэкономичных парогазовых установок, обеспечат экономическую независимость инновационного развития энергетики России.
С учетом результатов испытаний на первых опытно-промышленных установках на сверхкритических параметрах пара (СКП) в нашей стране, анализа опыта освоения энергоблоков СКП за рубежом и данных, полученных в ходе отечественных разработок энергоблоков СКП, созданы условия для создания современного экономичного, удовлетворяющего всем экологическим требованиям пилотного отечественного пылеугольного энергоблока на суперсверхкритические параметры пара (ССКП). Для этого необходимы консолидация усилий энергокомпаний, производителей энергетического оборудования и научно-исследовательских институтов, серьезная организационная и финансовая поддержка государства.
Ввод в эксплуатацию современных угольных энергоблоков на ССКП с использованием наилучших из доступных природоохранных технологий (при одновременном выводе из эксплуатации отработавшего свой ресурс малоэффективного оборудования) значительно укрепит энергетический сектор экономики России. Будет повышена не только надежность обеспечения промышленности и населения электрической энергией, но, что особенно важно, в самой отрасли удастся снизить расход топлива на выработку электроэнергии, сократить затраты на периодические ремонты оборудования (и сроки этих ремонтов), а также уменьшить вредное воздействие тепловых электростанций на водный и воздушный бассейны.
Первоочередными требованиями к решению проблемы создания энергоблоков нового поколения на угольном топливе - энергоблоков на ССКП - являются:
- определение площадки для создания головного образца энергоблока с выделением вида (видов) используемых угольных топлив, а также разработка базовых технических решений и проектов оборудования и блоков в целом;
- доработка состава современных отечественных материалов и создание новых марок сталей с обеспечением необходимых служебных свойств при их работе в супертемпературных условиях;
- создание технологий изготовления высокотемпературных элементов оборудования (паропроводов, корпусных деталей, роторов, поверхностей нагрева) из материалов нового поколения. При этом должна быть отработана вся технологическая цепь - специальная выплавка, легирование, формоизменение, термообработка;
- сертификация и аттестация материалов для осуществления возможности их применения при массовом сооружении блоков на ССКП на основе комплексных исследований деталей и элементов оборудования в реальных условиях эксплуатации;
- разработка плана-программы ввода энергоблоков на ССКП, обеспеченной необходимыми инвестиционными ресурсами.
Существенным преимуществом котлов с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) является диверсификация поставок топлива и возможность достижения требуемых норм на вредные выбросы без использования установок сероочистки и азотоочистки. Наиболее приемлемыми для сжигания по технологии ЦКС отечественными топливами являются АШ, угли печорского бассейна, тощие кузнецкие угли, подмосковные бурые угли, бурые угли Урала и Дальнего востока, а также отходы углеобогащения, торф, сланцы, биомасса и их сочетания.
В настоящее время наиболее интенсивно развитие ЦКС идет в Польше и Китае. В Польше за последние 10 лет было введено в эксплуатацию 6 блоков мощностью 230 - 265 МВт и первый в мире блок мощностью 460 МВт с прямоточным котлом ЦКС. В Китае 46 котлов с ЦКС для блоков 300 МВт заказаны, сооружаются и уже находятся в работе. В России стадия промышленного освоения котлов с ЦКС только начинается. На Новочеркасской ГРЭС строится головной блок мощностью 330 МВт с прямоточным котлом паропроизводительностью 1000 т/ч. В ряде выполненных ранее разработок программ технического перевооружения ТЭС России было показано, что технология ЦКС вполне применима для замены более, чем 200 котлов на ТЭС с поперечными связями.
Применительно к освоению российской технологии ЦКС необходимо строительство на начальном этапе опытной установки небольшой мощности - до 50 МВт (выбор мощности должен стать предметом отдельного обсуждения всех заинтересованных сторон). Данная установка необходима для полного освоения всех технологических процессов, протекающих в котле с ЦКС, всесторонней проверки технических решений и отработки конструкции узлов. Другой не менее важной функцией опытной установки является исследование отечественных топлив и известняков на предмет использования в установках ЦКС различных мощностей. Необходимо отметить, что ведущие зарубежные фирмы осваивали и совершенствовали технологию ЦКС на протяжении десятилетий. Столь длительный и скрупулезный процесс отработки технологии имеет сегодня результатом надежно работающие установки ЦКС с высокими технико-экономическими и экологическими показателями. Наличие упомянутой небольшой установки - традиционная практика зарубежных фирм. Перед началом разработки котла ЦКС, проектное топливо (топлива) проходит опытное сжигание в данной установке с целью определения параметров горения. Лишь после этого начинается процесс проектирования. Учитывая опыт зарубежных фирм, созданию промышленной установки с ЦКС в России должно предшествовать создание упомянутой опытной установки. Без этого создание энергоблока ЦКС большой мощности представляется крайне рискованным. Кроме того, без такой установки освоение отечественных топлив с целью использования технологии ЦКС является проблематичным.
С учетом локализации в России производства энергетических ГТУ мощностью около 300 МВт целесообразен следующий типоразмерный ряд мощных энергетических ГТУ (МВт): 300 (289 - 350), 160 (150 - 180), 110 (100 - 130), 80 - 60. При типизации парогазовых установок целесообразно ограничиться бинарными ПГУ с котлами-утилизаторами и схемами с одной или двумя ГТУ на одну паровую турбину. Типоразмерный ряд ПГУ с применением мощных энергетических ГТУ представлен в таблице 10.
Котлы-утилизаторы для ПГУ имеют меньшую степень ограничения по унификации в сравнении с энергетическими котлами. В принципе, для определенной мощности и для фиксированных (нормированных параметров) может быть создан ряд типовых проектов котлов-утилизаторов.
Таблица 10: Типоразмерный ряд ПГУ с применением мощных энергетических ГТУ
Мощность ГТУ, МВт
|
300
|
160
|
110
|
65
|
Число ГТУ
|
1
|
2
|
1
|
2
|
1
|
2
|
1
|
2
|
Мощность паровой турбины, МВт
|
150
|
300
|
70
|
150
|
55
|
110
|
30
|
60
|
Мощность ПГУ, МВт
|
450
|
900
|
230
|
450
|
165
|
330
|
90
|
180
| |
