Электростанции на базе АГТД в странах СНГ

 

Идея использования отечественных ГТД в энергетике впер­вые была высказана профессорами А. Н. Ложкиным и Р. М. Петри­ченко [Л. 11].

Первый опытный образец газотурбогенератора на основе оте­чественного авиационного газотурбинного двигателя был спроекти­рован под руководством С. Н. Уварова в 1962-63 гг. После всесторон­него анализа отечественных ГТД были выполнены технический и рабочий проекты газотурбогенератора на основе турбовинтового двигателя (ТВД) АИ-20.

ГТГ был спроектирован на основе ГТД АИ-20 первой серии и синхронного, трехфазного электрического генератора марки ГС-1612-6, мощностью 1600 кВАи напряжением 400/380 Вс при­строенным возбудителем типа ВС-24,5/18 (16,5 кВт, 50 В ).

ГТГ предназначен в качестве основного агрегата стационар­ной электростанции, работающей на электрическую сеть напряже­нием 380 В и частотой 50 Гцв диапазоне нагрузок от 0 до 1600 кВА. При разработке проекта были по возможности сохранены без изменения системы, штатные приборы и аппараты ГТД. Почти все дополнительные агрегаты и механизмы были выбраны из числа серийно выпускаемых отечественной промышленностью.

Забор воздуха компрессором двигателя производится непосред­ственно из помещения или по воздухопроводу из атмосферы, а от­работавшие газы отводятся за пределы помещения при помощи специального газохода [Л. 11].

По проекту система автоматики и контрольно-измерительных приборов обеспечивала: автоматический запуск и выход на обороты холостого хода; вывод на номинальные обороты и поддержание их в заданных пределах с корректировкой расхода топлива в зависи­мости от температуры наружного воздуха; автоматическое ограни­чение максимально допустимой мощности и предельно-допустимого числа оборотов; автоматическую остановку ГТГ в аварийных ус­ловиях.

Позже, на базе ТВД АИ-20 были созданы передвижные автономные электростанции ПАЭС-1250, ПАЭС-1600 мощностью 1250 и 1600 кВт соответственно. Оборудование этих электростанций располагалось первоначально в двух прицепах, транспортируемых автоседельными тягачами КрАЗ. В дальнейшем оборудование было размещено в одном прицепе, а для более полного использования мощности ТВД АИ-20 была создана ПАЭС-2500 мощностью 2500 кВт, транспортируемая тягачом КамАЗ и расположенная в одном прицепе. Эта электростанция выпускается и в настоящее время на Украине на ОАО Моторостроительный завод "Сич".

Ее основные технические характеристики:

Номинальная мощность	2500 кВт
Род тока	Переменный, трехфазный
Частота тока	50 Гц
Номинальное напряжение	6300 В
Коэффициент мощности	0,8
Двигатель	газотурбинный, на базе ТВД АИ-20
Генератор типа СГС-14-100-6УЗ	синхронный, трехфазный, переменного тока
Топливо для двигателя:
Жидкое	керосин ТС-1; Т-2 по ГОСТ-10227 и их смеси; дизельное топливо по ГОСТ-4749
Газообразное (при соответствующей замене на двигателе агрегатов топливной системы и автоматики)	попутный или природный газ давлением 10-12 кг/см2
Часовой расход жидкого топлива на номинальном режиме	не более 1100 кг/ч
Часовой расход масла на номинальном режиме	не более 1,0 литр/час
Часовой расход газообразного топлива на номинальном режиме	не более 1000 м3/ч
Габаритные размеры:
Длина	Не более 11500 мм
Ширина	Не более 2500 мм
Высота	Не более 3700 мм
Вес электростанции	Не более 30000 кг

 

Установки на базе ТВД характеризуются низкими удельными капиталовложениями, на уровне 40 — 250 долл./кВт установленной мощности, при этом они характеризуются компактностью, блочным исполнением, коротким сроком монтажа.

К настоящему времени в России и на Украине накоплен большой опыт создания энергетических установок на базе конвертированных турбореактивных двигателей (ТРД). Работают несколько заводов по проектированию и производству таких газотурбинных установок на базе конвертированных ТРД. Крупнейшие из них это — НПП "Машпроект" (Украина), ОАО “Авиадвигатель” (Россия), СНТК им. Кузнецова (Россия).

Одним из удачных примеров применения АГТД в энергетике является теплофикационная ГТУ 25/39, установленная и находящаяся в промышленной эксплуатации на Безымянской ТЭЦ, расположенной в Самарской области в России, описание которой приведено ниже.

Газотурбинная установка предназначена для выработки электрической и тепловой энергии для нужд промышленных предприятий и бытовых потребителей. Тепловая схема установки приведена на рис. 3.

Электрическая мощность установки - 25МВт, тепловая - 39 МВт. Суммарная мощность установки - 64 МВт. Годовая производительность электроэнергии – 161,574 ГВт∙ч/год, тепловой энергии - 244120 Гкал/год.

Установка отличается применением уникального авиационного двигателя НК-37, обеспечивающего КПД в 36,4%. Такой КПД обеспечивает высокую эффективность установки, недостижимую на обычных тепловых электростанциях, а также ряд других преимуществ.

Установка работает на природном газе с давлением 4,6 МПа с расходом 1,45 кг/с.

Кроме электроэнергии установка производит 40 т/ч пара давлением 14 кгс/см² и нагревает 100 тонн сетевой воды от 70 до 120°С, что позволяет обеспечить светом и теплом небольшой город.

При размещении установки на территории тепловых станций не требуется дополнительных специальных блоков химводоочистки, сброса воды и т.д.

 

Рис. 3. Тепловая схема ГТУ 25/39

1 - газотурбинный двигатель, 2 – электрогенератор, 3 - котел-утилизатор, 4 – насос.

 

Подобные газотурбинные энергетические установки незаменимы для применения в тех случаях, когда

- необходимо комплексное решение проблемы обеспечения электрической и тепловой энергией небольшого города, промышленного или жилого района - модульность установок позволяет легко скомпоновать любой вариант в зависимости от нужд потребителя;

- осуществляется индустриальное освоение новых районов жизни людей, в том числе, с экстремальными условиями жизни, когда особо важна компактность и технологичность установки. Нормальная работоспособность установки обеспечивается в диапазоне температур от -50 до +45°С при действии и всех других неблагоприятных факторов: влажности до 100%, осадках в виде дождя, снега и т.д.;

- важна экономичность установки: высокий КПД обеспечивает возможность производства более дешевой электрической и тепловой энергии и короткий срок окупаемости (около 3,5 лет) при капиталовложениях в строительство установки 10 млн. 650 тыс. долларов США (по данным производителя). График окупаемости приведен на рис. 4.

Рис. 4. График окупаемости ГТУ 25/39

 

Кроме того, установка отличается экологической чистотой, наличием многоступенчатого шумоподавления, полной автоматизацией процессов управления.

ГТУ 25/39 представляет собой стационарную установку блочно-контейнерного типа размером 21 на 27 м. Для ее функционирования в варианте автономном от существующих станций в комплекте с установкой должны находиться устройства химводоподготовки, открытое распределительное устройство для понижения выходного напряжения до 220 В или 380 В, градирня для охлаждения воды и отдельно стоящий дожимной газовый компрессор. При отсутствии необходимости в воде и паре конструкция установки сильно упрощается и удешевляется.

Сама установка включает в себя авиационный двигатель НК-37 производства СНТК им. Н.Д. Кузнецова, котел-утилизатор типа ТКУ-6 производства АО "Красный котельщик" и турбогенератор.

Полное время монтажа установки - 14 месяцев.

В России выпускается большое количество установок на базе конвертированных АГТД мощностью от 1000 кВт до нескольких десятков МВт, они пользуются спросом. Это подтверждает экономическую эффективность их использования и необходимость дальнейших разработок в этой области промышленности.

Установки, выпускаемые на заводах России и Украины отличаются:

- низкими удельными капиталовложениями:

- блочным исполнением;

- сокращенным сроком монтажа;

- малым сроком окупаемости;

- возможностью полной автоматизации и др.