ГТУ OPRA в составе мини-ТЭЦ на Красной Поляне

Газотурбинные установки OPRA в Сочи

Образцовая электростанция мощностью 6 х 1,8 МВт

Опыт реальной эксплуатации - более 10 лет

Высота над уровнем моря - 460 м

Мини-ТЭЦ для энергоснабжения газпромовского курорта

Расположенный на Красной Поляне в посёлке Эсто-Садок энергоцентр предназначен для энергоснабжения объектов Горно-туристического центра «Газпром», который часто называют "Лаура" - по названию красивой горной реки, на берегу которой он находится. Электростанция была введена в эксплуатацию 2007 году, то есть решение о её строительстве принималось задолго до того, как город Сочи был объявлен столицей зимних Олимпийских игр 2014 года.
Строительство мини-ТЭЦ велось одновременно с другими объектами туристического кластера. Заказчиком выступала дочерняя компания Газпрома - питерское ООО «Газпроминвестарена» (сейчас это ООО «Газпром социнвест»). Генпроектировщик - газпромовский же научно-исследовательский и проектный институт ОАО "Промгаз" (с 2008 г. - ОАО «Газпром Промгаз»). А вот в качестве генподрядчика тогда привлекли турецкую компанию «Хазинедароглу Озкан Иншаат». Но это было связано не с какими-то особыми компетенциями турок в сфере энергетики, а с тем, что они выступали генподрядчиком по строительству всего газпромовского горного курорта.
Самый красивый вид на энергоцентр, конечно же, открывается из кабинки канатной дорги, ведущей на плато Псехако (1430 м над уровнем моря).
Но в тот день, когда я делал эти снимки, стояла дождливая погода. Поэтому на окнах кабинки видны капли воды.
Однако и такие фотографии позволяют оценить маштаб данной мини-ТЭЦ, включая очень высокие дымовые трубы ГТУ OPRA и пиковых водогрейных котлов Viessmann.

Выбор электроагрегатов

Обоснование использования ГТУ OPRA

Поставкой газотурбинных установок OPRA для энергоцентра горнолыжного комплекса "Лаура" занималась компания "БПЦ Инжиниринг". В качестве обоснования выбора данной модели ГТУ обычно приводится три основных аргумента:
  • низкий уровень вредных выбросов (менее 20 ppm по Nox);
  • сейсмостойкость до 9 баллов по шкале MSK-64;
  • низкий уровень акустического шума.
Честно говоря, все три аргумента откровенно слабые:
  1. При такой высоте дымовых труб, как на этом объекте (не меньше 30 м), небольшой уровень выбросов у ГТУ OPRA уже не имеет никакого значения.
  2. Сейсмостойкость у ГПУ никак не меньше, чем у ГТУ.
  3. При необходимости звукоизоляцию газопоршневых установок можно сделать такой, что стоят в метре от стены здания мини-ТЭЦ вы никогда не догадаетесь, что внтури вообще что-то работает.

Реальные плюсы турбогенераторов OPRA проявляются только в нефтянке

Я считаю, что в действительности преимущества газотурбинные электроагрегатов OPRA с двигателями OP-16 проявляются только на нефтяных месторождениях, так как эти установки очень хорошо работают попутном газе с "плохим" составом:
  • можно использовать газ с большим содержанием высших углеводородов и низким метановым числом;
  • допускается использование газа с высоким содержанием серы - до 5 г/куб.м;
Кроме того, на при работе на попутном газе не столь кртитичен высокий расход топлива у ГТУ OPRA, поскольку непосредственно на нефтяных месторождениях себестоимость попутного газа очень низкая. Более того, в ряде случаев высокий расход топлива у любых ГТУ является большим плюсом для нефтянников, так как перед ними стоит задача утилизации попутного газа. Поэтому, чем больше газовая турбина этого газа "сожрёт", тем лучше для всех.
Мой вывод о целесообразности использования ГТУ OPRA только в нефтянке подтверждается ещё и тем, что большинство проектов с этими турбинами в нашей стране реализовано как раз на нефтяных месторождениях. А обоснованность использования турбогенераторов OPRA на любых других объектах вызывает у меня очень большие сомнения.

Газопоршневые установки на Красной Поляне были бы предпочтительнее

Однако логика применения ГТУ OPRA в нефтянке совершенно не работает на любых других объектах, к этой самой нефтянке не относящихся. Поэтому для энергоснабжения горно-туристического центра "Газпром" на Красной Поляне в Сочи газотурбинные электрогенераторы были нужны, как "в русской бане лыжи". Я считаю, что здесь надо было использовать обычные газопоршневые установки MWM (в те годы это был ещё Deutz), Caterpillar или Jenbacher. Для такого вывода есть чисто экономические основания.

Расход топлива у ГПУ значительно меньше, чем у ГТУ

У газотурбинных электростанций OPRA, как и у большинства других моделей ГТУ, есть очень серьёзный недостаток, а именно - высокий расход топлива и небольшой электрический КПД (26%). Причём это значения расхода топлива и КПД указаны для так называемых "нормальных" условий.
Согласно ГОСТ Р 52200-2004 нормальными условиями эксплуатации газовых турбин являются:
  • полное давление 101,3 кПА (это значение атмосферного давления на уровне моря);
  • полная температура +15 градусов Цельсия;
  • относительная влажность 60%.
Как только реальные условия эксплуатации отклоняются от нормальных в сторону снижения давления (что равносильно увеличению высоты над уровнем моря), а так же роста температуры и влажности, так сразу же происходит ухудшение основных технических показателей газотурбинных электростанций, а именно: уменьшается электрическая мощность, снижается электрический КПД и растёт расход топлива.

ГОСТ Р 52200-2004.pdf

Размер файла: 137.63 кб

Установки газотурбинные

Скачать

Хотя, на самом деле, на работу любых ГТУ, конечно же, влияют не сами по себе эти три показателя (давление, температура и влажность), а плотность воздуха, поступающего в компрессор газотурбинного двигателя. И чем больше плотность воздуха, тем лучше условия для работы ГТД, а значит тем выше его мощность и ниже расход топлива. А плотность воздуха как раз и зависит от значений давления, температуры и влажности.
Мини-ТЭЦ в пос. Эсто-Садок располагается на высоте 460 м над уровнем моря. Это, конечно же, не Эверест, но, всё же достаточно высоко. Например, Москва находится на высоте всего 156 м над уровнем моря. Соотвественно, реальная электрическая мощность этой газовой электростанции всегда ниже номинальной, а расход топлива - выше номинального только из-за того, что атмосферное давление на такой высоте всегда существенно ниже 101,3 кПа.
Кроме того в летнее время средняя температура на Красной Поляне составляет +17 - 20 градусов. Но это именно средняя температура. Днём может быть и +25 - 30 градусов. Соответственно, из-за высокой температуры воздуха в этот период так же происходит уменьшение плотности воздуха, а значит и снижение мощности ГПУ и увеличение расхода топлива.
Что касается влажности, то в полне очевидно, что с октября по апрель в горах очень "мокро": иногда относительная влажность становится равной даже 100% и Красную Поляну окутывают облака. А чем выше влажность воздуха, тем ниже его плотность. Соотвественно, высокая влажность является ещё одним фактором, снижающим мощность ГТУ OPRA и увеличивающим расход топлива.

ВЫВОД:
Фактические технические характеристики ГПУ OPRA, работающих в составе мини-ТЭЦ на Красной Поляне, существенно хуже номинальных именно из-за того, что данный объект расположен в горах. Реальная мощность этих газовых турбин OPRA практически всегда меньше номинальных 1800 кВт, электрический КПД менее 26%, а расход топлива - выше 870 куб.м/ч.
И если снижение мощности работающих на Красной Поляне ГТУ можно компенсировать за счёт включения в работу ещё одной установки (шесть электроагрегатов было использовано как раз для того, чтобы был существенный резерв по мощности), то постоянно повышенный расход газа существенно увеличивает себестоимость вырабатываемой электроэнергии.
Дело в том, что до того, как Газпром решил построить в пос. Эсто-Садок свой горнолыжный курорт, этот населённый пункт не был газифицирован. И для того, чтобы обеспечить объект природном газом, был построен газопровод диаметром от 159 до 325 мм и протяжённостью 57 км. Причём не на равнине, а в горах. Таким образом, каждый кубометр газа, поступающий на Красную Поляну, является если не золотым, то уж серебряным совершенно точно.
Поэтому совершенно очевидно, что для энергоснабжения объектов горно-туристического центра необходимо было использовать электрогенерирующее оборудование с как можно меньшим потреблением газа, то есть с высоким электрическим КПД.
При этом необходимо понимать, что у газопоршневых установок мощностью 2 МВт (Caterpillar G3520, MWM TCG2020V20 и Jenbacher JMS612) электрический КПД составляет 40 - 41%, то есть он примерно на 15% выше, чем у ГТУ OPRA (26%). Соотвественно, расход топлива у ГПУ мощностью 2 МВт не превышает 500-550 куб.м/ч, что существенно ниже, чему у OPRA.
Конечно, при увеличении высоты над уровнем моря, температуры и влажности снижаются технические параметры и всех газопоршневых установок. То есть растёт расход топлива и снижется электрический КПД. Но эти ухудшения параметров у ГПУ намного меньше, чем у газотурбинных электростанций.

ВЫВОД:
С точки зрения оптимизации затрат на топливо в горах следует использовать газопоршневые электроагрегаты, а не газотурбинные установки.

Турбины OPRA значительно дороже, чем ГПУ аналогичной мощности

Стоимость газотурбинных электростанций OPRA значительно выше, чем газопоршневых установок мощностью 2 МВт. На момент строительства мини-ТЭЦ на Красной Поляне одна ГТУ OPRA в комплекте с дожимным компрессором и теплоутилизатором УТ-52 стоила, я думаю, от 1,7 до 1,9 млн. EUR. Американскую или европейскую газопоршневую установку мощностью 2 МВт в контейнере тогда можно было купить примерно за 800 тыс. - 1 млн. EUR, а в открытом исполнении - ещё дешевле.

ВЫВОД:
Затраты на приобретение электрогенерирующего оборудования для мини-ТЭЦ на Красной Поляне были бы примерно в два раза меньше, если бы для этого объекта купили не шесть турбогенераторов OPRA, а обычные ГПУ такой же мощности. Только за счёт этого можно было бы сэкономить 5 - 6 млн. EUR. Если такая экономия там была хоть кому-нибудь нужна.

Двухтопливность не имеет значения

Одним из аргументов в пользу ГТУ OPRA является их двухтопливность. Модель OPRA DTG-1,8/2GL может работать не только на газе, но и на дизтопливе. При этом газ (неважно, природный или попутный) выступает в качестве основного топлива, а солярка - в качестве аварийного. Поэтому если случается какое-либо ЧП, и прекращается подача газа в энергоцентр, то можно быстро переключиться на аврийное топливо и продолжать обеспечивать потребителей электроэнергией.
Насколько я понимаю, исходя именно из этой логики в состав энергоцентра была включена одна двхтопливная ГТУ OPRA. Вроде бы правильное техническое решение.
Но это только если не принимать во внимание, что расход дизтоплива у турбогенератора OPRA гораздо выше, чем у электростанции на базе обычного поршневого дизеля. Поэтому при одном и том же объёме аварийного топливного хозяйства период автономной работы у OPRA будет раза в полтора меньше, чем у обычной ДГУ.
Кроме того, одна ГТУ OPRA DTG-1,8/2GL стоит столько, что за эти деньги можно купить не только ГПУ Caterpillar G3520 мощностью 2 МВт, но ещё и три - четыре дизельные электростанции этой фирмы по 1 МВт каждая.

ВЫВОД:
Из-за высокой стоимости турбин OPRA двухтопливность этих ГТУ не имеет практического значения, поскольку дешевле приобрести обычную ГПУ и резервную ДЭС мощностью по 2 МВт.
На самом деле эксплуатирующая организация в конце концов поставила на территории энергоцентра обычный дизель в контейнерном исполнении и запускает его в аварийных ситуациях, когда турбины в силу каких-то причин не работают.

Переразмеренное здание энергоцентра

При первом же знакомстве с мини-ТЭЦ на Красной Поляне обращают на себя внимание очень большие размеры данного сооружения. Всем, кто давно работает в сфере малой энергетики совершенно очевидно, что имеющееся оборудование (6 ГТУ OPRA по 2 МВт и два пиковых котла Viessmann по 5 МВт) можно было разместить более компактно. В строительстве столь серьёзной конструкции не было никакой необходимости.
При желании весь энергоцентр можно было запроектировать в один уровень. С точки зрения сеёсмостойкости такое решение было бы даже лучше. Если бы вместо газовых турбин были использованы газопоршневые установки, то здание мини-ТЭЦ было бы не только в один уровень, но и заняло бы гораздо меньшую площадь.
В такой сложной конструкции навеса над ГТУ не было никакого смысла
В такой сложной конструкции навеса над ГТУ не было никакого смысла
В строительстве двухэтажного здания энергоцентра не было практической необходимости
В строительстве двухэтажного здания энергоцентра не было практической необходимости

ВЫВОД:

Вполне очевидно, что любую технику надо применять только там, где она эффективна. Использование газотурбинных установок OPRA в составе электростанции на Красной Поляне не имело никакого смысла и привело к значительному увеличению капитальных затрат на строительство данного объекта, а так же к высоким эксплуатационным затратам из-за повышенного расхода газа. Оптимальным вариантом в этом случае было бы применение газопоршневых электроагрегатов мощностью по 2 МВт и обычных аварийных ДЭС.

Описание энергоцентра на Красной поляне

Данный объект заслуживает особого внимания

Не смотря на то, что целесообразность применения турбин OPRA для энергоснабжения газпромовского горнолыжного курорта вызывает у меня очень большие сомнения, я совершенно уверен, что это очень интересный объект, который необходимо обязательно посетить, если у вас появится такая возможность.
  1. Очень качественная реализация проекта. Всё сделано "по уму" - аккуратно и красиво. Это просто образцово-показательный энергоцентр, на который необходимо равняться.
  2. Эксплуатация мини-ТЭЦ так же организована надлежащим образом.
  3. Энергоцентр находится в очень красивом месте. И необходимо отметить, что он очень удачно вписался в окружающую "курортную" среду. Даже высокие дымовые трубы не смотрятся инородным телом.
Поэтому я уверен, что эта электростанция заслуживает внимания со стороны всех специалистов, работающих в малой энергетике, а так же тех заказчиков, которые собираются строить свои мини-ТЭЦ, даже если они не собираются применять у себя ГТУ OPRA.
Эта газотурбинная электростанция расположена в оченть живописном месте.
Эта газотурбинная электростанция расположена в оченть живописном месте.

Кабина операторов мини-ТЭЦ

Дежурная смена энергоцентра располагается в отдельном помещении довольно большого размера. Это ещё раз подтверждает факт переразмеренности данного объекта. В приниципе, при желании трёх-четырёх операторов можно было бы разместить на в два раза меньшей площади без всякого ущерба для удобства их работы.
У оператора нет возможности непосредственно наблюдать за работой ГПУ, так как окно выходит на улицу, а не в машзал
У оператора нет возможности непосредственно наблюдать за работой ГПУ, так как окно выходит на улицу, а не в машзал
Шкаф с документацией и газоанализатор
Шкаф с документацией и газоанализатор
Вся информация о работе газотурбинных установок выводится на дисплей компьютера
Вся информация о работе газотурбинных установок выводится на дисплей компьютера
Очень интересно реализован пульт аварийного останова всего оборудования мини-ТЭЦ
Очень интересно реализован пульт аварийного останова всего оборудования мини-ТЭЦ

Электрощитовая

Газотурбинные электрогенераторы OPRA на Красной Поляне оснащены высоковольтными генераторами на 10,5 кВ. Соответственно и распредустройство АВВ тоже было запроектировано на 10 кВ.
Низковольтное распределительное устройство SIVACON от компании Siemens
Низковольтное распределительное устройство SIVACON от компании Siemens
Комплектное высоковольтное распределительное устройство UniGear от компании ABB
Комплектное высоковольтное распределительное устройство UniGear от компании ABB
Электрощитовая энергоцентра производит очень хорошее впечатление
Электрощитовая энергоцентра производит очень хорошее впечатление
Шкафы управления газотурбинными установками OPRA
Шкафы управления газотурбинными установками OPRA

Площадка с газотурбинными электроагрегатами

Как такового закрытого машинного зала в энергоцентре на Красной Поляне нет. Скорее можно говорить об огромном навесе из железобетонных конструкций, который защищает ГТУ и теплоутилизаторы от осадков. Это не закрытое помещение, а именно навес, поскольку с двух сторон стены отсутсвуют.
Модули ГТУ OPRA установлены с довольно большими интервалами между ними
Модули ГТУ OPRA установлены с довольно большими интервалами между ними
Каждая ГПУ OPRA комплектуется индивидуальным теплоутилизатором УТ-52 (за лестницей)
Каждая ГПУ OPRA комплектуется индивидуальным теплоутилизатором УТ-52 (за лестницей)
В верхней части модуля находится система подачи воздуха к турбине
В верхней части модуля находится система подачи воздуха к турбине
Выхлопные газы из модуля ГТУ (слева) подаются в теплоутилизатор (справа) по газоходу
Выхлопные газы из модуля ГТУ (слева) подаются в теплоутилизатор (справа) по газоходу
© МетеоЭнергетик, 2020
Валерий Мартынов. Частный консультант по ГПУ, микротурбинам и мини-ТЭЦ.
Моб.: +7 (903) 747-77-71 E-mail: meteoenergetic@yandex.ru