Стан теплових електростанцій України, перспективи їх обновлення і модернізації
10.02.2005 | 16:10
 

О.М.Шеберстов,

перший заступник Міністра

 палива та енергетики України

 

Тепловые электростанции (ТЭС) являются одним из основных генерирующих источников тепло- и электроэнергии Украины. При общей установленной мощности электростанций Украины 50,9 млн кВт на 01.01.2004 мощность ТЭС составляла 30,9 млн кВт. В 2003 г. ТЭС выработали около 47 % всей электроэнергии, произведенной в Украине.

Проектом Стратегии развития энергетики до 2030 г. предусматривается увеличение доли выработки на ТЭС (рис. 1) [1].

 

 

Рис.1. Изменение доли выработки электроэнергии ТЭС Украины в 2010 – 2030 гг.

 

В то же время следует отметить функциональные изменения в работе ТЭС. Прежде всего, это все большее использование мощностей ТЭС в переменной части графика покрытия нагрузок, что вызвано увеличением выработки на атомных электростанциях, работающих в базовом режиме, и относительно небольшими располагаемыми гидроресурсами Украины. С ростом энергопотребления роль ТЭС в выполнении указанной задачи будет постоянно возрастать.

Также будет постоянно возрастать роль ТЭС в централизованном теплоснабжении городов. Поэтому вопрос дальнейшего развития ТЭС имеет и еще длительное время будет иметь приоритетное значение.

Современное состояние ТЭС Украины следует рассматривать как критическое. Оборудование, введенное в эксплуатацию в 60 – 70-е гг. и запроектированное по нормам 50-х гг. прошлого столетия, отработало ресурс, физически и морально устарело. 76 энергоблоков из 104, или 63,8 %, находятся за границей физического износа. Ещё 17 энергоблоков, или 27,8 %, вплотную приближаются к предельной границе износа, а оставшиеся 11 блоков, или 8,3 %, – к расчетному [2].

Наработка энергоблоков ТЭС показана на рис. 2.

 

 

Рис 2. Наработка энергоблоков ТЭС по состоянию на 01.11.2003 г.

Продолжает увеличиваться количество отказов оборудования. Так, количество отказов первой и второй категорий в 2003 г. возросло до 452 против 384 в 2002 г., т.е. почти на 18 % [2].

Удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии на ТЭС (по Украине в целом) по сравнению с 1991 г. вырос приблизительно на 17 % и составил в 2003 г. 373,7 г/(кВт·ч), существенно выросли и другие эксплуатационные затраты.

Эксплуатация оборудования ТЭС усложняется тем, что оно часто работает на непроектном топливе, в маневренных режимах, непредусмотренных проектом, что приводит к быстрому износу оборудования и снижению технико-экономических показателей, дополнительному расходу мазута и природного газа. В настоящее время из-за старения оборудования, нехватки средств на закупку топлива и спада электропотребления из 36 млн кВт установленной мощности ТЭС практически активно участвует в генерации около 19 млн кВт, т.е. всего  около 53 %. Почти вся оставшаяся половина неиспользуемых мощностей ТЭС исчерпала свой ресурс и должна быть выведена из эксплуатации, так как ее наличие снижает экономические показатели отрасли. Планируемый к 2010 г. вывод из эксплуатации энергоблоков суммарной мощностью 18,4 млн кВт, имеющих предельную наработку, приведет к снижению резерва мощности до опасного уровня. В то же время расчеты, сделанные при разработке «Энергетической стратегии Украины на период до 2030 года и дальнейшую перспективу» свидетельствуют о необходимости в недалеком будущем увеличения рабочей мощности ТЭС [1].

 

Рис.3. Необходимая рабочая мощность ТЭС на период 2010 – 2030 гг.:

 

Из приведенного графика (рис. 3) видно, что энергетики имеют всего 15–20 лет для обновления оборудования ТЭС, доведения их до современного уровня.

Накопление устаревшего оборудования приводит к росту затрат на ремонт. В результате затраты на многократное продление ресурса становятся сопоставимыми со стоимостью нового оборудования. Так, в 2002 г. затраты на ремонт оборудования ТЭС уже составили 348 млн грн (при плане 567 млн грн), или 12 % от себестоимости выработанной ими электроэнергии. В случае продолжения эксплуатации устаревшего оборудования эти затраты возрастут: к 2005 г. – в 1,8, а к 2010 г. – в 2,4 раза и составят не менее 785 млн грн (150 млн дол. США) в год.

В итоге издержки от использования физически изношенного и морально устаревшего оборудования (дополнительные затраты на ремонт и пережог топлива), если не будет проведено обновление оборудования ТЭС, превысят 465 млн дол. США в год, что сопоставимо с ежегодно требуемыми инвестициями в техническое перевооружение энергетики.

Польша, Чехия, Венгрия и другие страны Центральной Европы, выполняя одно из основных условий вступления в структуру ЕС, проводят широкомасштабную реабилитацию своих ТЭС для повышения их эффективности, надежности, безопасности и снижения эмиссии вредных веществ до европейского уровня. Наши ТЭС имеют одни из самых низких технико-экономических и экологических показателей в Европе, что не только приносит большие убытки экономике Украины, в т.ч. снижая конкурентоспособность отечественной продукции, но и создает большие проблемы для европейской интеграции Украины, сохранения и наращивания экспорта электроэнергии.

Чтобы устранить негативные явления в тепловой энергетике и обеспечить ее развитие, надо ориентироваться не только на продление сроков службы оборудования ТЭС путем ремонта и замены отдельных узлов паровых турбин и котлоагрегатов и малозатратные быстроокупаемые мероприятия, а и на обновление оборудования с применением перспективных технологий. Временное снижение спроса на электроэнергию дает возможность проведения обновления оборудования. И эту работу надо выполнять, не теряя времени.

Что может дать обновление оборудования, видно из следующих примеров. При полнообъемном техперевооружении блоков, работающих на газе, с внедрением современных парогазовых технологий с расходом  топлива 240 г/(кВт·ч) годовая экономия газа составит 1,8 млрд м3, а стоимость сэкономленного газа – 144 млн дол. в год. При техперевооружении угольных блоков можно повысить эффективность сжигания угля на 15 % и больше. Стоимость высвобождаемого угля при годовом его потреблении 19 млн т условного топлива составит около 171 млн дол. США. Реконструкция бывшей Балтийской ТЭС (г. Нарва, Эстония) с установкой котлов АЦКС по проекту Foster Wheeler повысит эффективность производства электроэнергии на 6,5 % и снизит выбросы пыли, SO2, NОx и CO2 соответственно на 97, 95, 55 и 23 %.

Поэтому стратегически правильным является комбинированный подход. Наряду с ремонтами и малозатратными мероприятиями необходимо как можно в больших объемах выполнять и полномасштабное техническое перевооружение, основанное на современных технологиях.

Что-то в этом направлении уже делается. Впервые более чем за 15 лет выполнено крупномасштабное замещение устаревшего оборудования на энергоблоке №11 Приднепровской ТЭС с установкой паровой турбины К-310-23,5 производства Харьковского НПО «Турбоатом» мощностью 310 МВт электрических и 200 Гкал/ч тепловых.

Реализуется проект реабилитации энергоблока №8 на Змиевской ТЭС. Здесь применены пилотный проект котлоагрегата с арочной топкой модернизации ЦСД и ЦНД (НПО «Турбоатом»), ЦВД (фирма «Сименс»), РВВ с присосами около 5 %, высокоэффективный электрофильтр с электродами 15 м.

На Старобешевской ТЭС осуществляется проект реконструкции блока 200 МВт ст. № 4 с установкой котлоагрегата циркулирующего кипящего слоя при атмосферном давлении, современного электрофильтра, сушилки топлива, реконструкцией ЦНД турбины.

При осуществлении этих проектов должны быть апробированы новые технические решения, проведены исследования, позволяющие сориентировать направление дальнейшего обновления ТЭС.

К сожалению, внедрение первых проектов проходит с большим напряжением. Получен не только положительный, но и негативный опыт. И нужно, чтобы этот опыт был обобщен и изучен всеми энергокомпаниями и электростанциями.

Первое, что следует отметить, – это длительный срок подготовки и реализации проекта. За период с момента подготовки ТЭО проходит столько времени, что за этот период появляются новые, более совершенные технические решения. Проект устаревает, не успев родиться. А ведь можно работать иначе. Для сравнения: Балтийской ТЭС контракт на реконструкцию двух энергоблоков 200 МВт с фирмой Foster Wheeler был подписан в мае 2001 г., а первый блок 215 МВт был введен в полномасштабную эксплуатацию уже в феврале 2004 г.

Второе – имеет место недостаточно внимательное отношение к выдаче исходных данных проектантам, что приводит к неправильным техническим решениям и дискредитации самой идеи проекта.

И самое негативное – почти полное отстранение специалистов Украины от участия в проектировании, изготовлении, наладке оборудования, поставляемого зарубежными фирмами. Покупая оборудование у иностранных фирм, надо думать и том, как организовать дальнейшее его производство и техническое обслуживание в Украине. Все это следует учитывать при реализации других проектов.

При реабилитации ТЭС, кроме повышения надежности, должны быть решены задачи:

повышение маневренности (расширение диапазона регулирования мощности);

снижение удельных расходов топлива;

повышение экологических характеристик ТЭС.

Учитывая возможность в будущем параллельной работы энергосистем Украины, России и Европы, необходимо также проводить работу по приведению энергооборудования в соответствие со стандартами ЕЭС.

В развитых странах вопросы улучшения технико-экономических и экологических показателей решаются путем:

повышения единичной мощности энергоблоков ТЭС до 700–800–1000 МВт;

перехода на суперсверхкритические параметры пара (давление острого пара – выше 24,1 МПа, а температура – выше 593 °С) – блоки ССКД;

внедрения новых технологий сжигания топлива;

применения современных средств очистки дымовых газов;

широкого применения парогазовых установок, в том числе и на твердом топливе;

оптимизации схем топливоснабжения.

К решению вышеперечисленных задач должны готовиться наши научные, проектные организации и промышленность. Но это задачи на отдаленную перспективу. В ближайшие десятилетия наиболее реальными для ТЭС Украины должны быть такие направления:

оптимизация схем топливоснабжения ТЭС;

внедрение новых технологий сжигания топлива и совершенствование паротурбинных установок;

применение парогазовых установок, в том числе и на твердом топливе;

улучшение экологических характеристик  котлоагрегатов;

приведение маневренных характеристик энергоблоков в соответствие с требованиями ЕС.

Оптимизация схем топливоснабжения ТЭС. Повышения эффективности работы ТЭС можно достичь за счет улучшения качества углей и оптимизации схем их поставок на ТЭС. В Украине 90 % энергоблоков, работающих на угольном топливе, были введены в эксплуатацию в 1960 – 1975 гг. и конструктивно рассчитывались на высококалорийные угли  энергетических марок (теплота сгорания – 5600 – 6500 ккал/кг). На протяжении 1980 – 2000 гг. прослеживалась тенденция к ухудшению качества углей для ТЭС. На ТЭС поставлялись угли низкого качества (3900 – 4600 ккал/кг), причем на каждую ТЭС, как правило, с 15–20 шахт. Ухудшение качества угля приводит к увеличению расхода электроэнергии на собственные нужды на 1,0–3,5 %, использованию газомазутного топлива для подсветки до 30–35 % по теплу, снижению КПД котлоагрегата на 2–3%, ускорению износа оборудования, ухудшению экологии. Поставки на ТЭС угля с разными характеристиками по зольности, выходу летучих, температуре плавкости золы также отрицательно влияют на оптимизацию работы котлоагрегата. Нужно отметить, что на ТЭС Западной Европы при поставках угля с разных шахт не допускается большая разбежка по основным характеристикам, а для усреднения характеристик устанавливается специальное оборудование по смешиванию угля на складе.

Необходимо создать и реализовать схему поставок энергетического угля от шахт на ТЭС в зависимости от его качества и дальности поставок. Нельзя считать правильным, когда ТЭС, расположенные рядом с шахтами, получают более качественный уголь, чем ТЭС, более удаленные. Должны быть приняты законодательные акты, обеспечивающие интересы не отдельных компаний, а государства в целом.

ТЭС, расположенные вблизи мест добычи угля, должны быть сориентированы на сжигание низкосортного угля по технологиям циркулирующего кипящего слоя. На ТЭС, удаленных от источников поставки топлива, могут сохраняться технологии факельного сжигания с усовершенствованием топок, горелочных устройств и средств очистки дымовых газов.

Внедрение новых технологий сжигания топлива. Внедрение технологии сжигания угля в циркулирующем кипящем слое при атмосферном давлении (АЦКС) необходимо проводить более быстрыми темпами. В настоящее время реализуется пилотный проект котла АЦКС на блоке № 4 Старобешевской ТЭС, предусматривающий повышение эффективности использования низкосортного угля, маневренности, улучшение экологических показателей. Распоряжением Кабинета Министров Украины «О мероприятиях по реконструкции и модернизации теплоэлектростанций в период до 2010 года» от 08.09. 2004 г. №648-р предусмотрен ввод в эксплуатацию до 2010 г. котлов АЦКС на Приднепровской, Славянской, Добротворской и Мироновской ТЭС. При доработке «Энергетической стратегии Украины на период до 2030 года и дальнейшую перспективу» необходимо предусмотреть конкретные предложения по дальнейшему развитию технологии кипящего слоя.

Наравне с котельным оборудованием требуют улучшения технико-экономических показателей и паротурбинные установки. Опыт реконструкции энергоблока №8 Змиевской ТЭС показывает возможность повышения эффективности паротурбинной установки на 7,2 % [5].

Внедрение парогазовых установок. Наибольшее внимание следует обратить на внедрение парогазовых установок. Для Украины наибольший интерес представляют парогазовые установки с котлами, сжигающими уголь в кипящем слое под давлением (технология КСД). Эта технология, внедренная на энергоблоках 80–350 МВт в Швеции, Японии и других странах, показала высокую надежность, обеспечила хорошие экономические и экологические показатели. Расчетный КПД энергоблоков с котлами КСД составляет 42 %. Одно из преимуществ этих установок – малые габариты – дает возможность установки их в существующих помещениях ТЭС взамен демонтируемого старого оборудования и тем самым проведения реконструкции на новой технической базе.

Учитывая отсутствие опыта создания таких агрегатов, целесообразно приобрести первую установку мощностью 80–100 МВт у зарубежных фирм и ввести ее в эксплуатацию к 2015–2020 гг. на одной из ТЭЦ (например, на Зуевской ЭТЭЦ). В то же время необходимо завершить строительство демонстрационной установки сжигания (газификации) угля под давлением тепловой мощностью 10 МВт в Институте угольных энерготехнологий НАНУ и Минтопэнерго Украины. Проведение исследований на демонстрационной установке в сочетании с освоением промышленной установки на ТЭС создало бы условия для более быстрого перехода на перспективные технологии использования топлива.

Сжигание природного газа на ТЭС в будущем должно происходить только на установках с современными технологиями использования топлива, например в парогазовых установках, газомазутных котлах с газотурбинными надстройками.

Улучшение экологических характеристик котлоагрегатов. В настоящее время в связи со снижением нагрузок и частичным улучшением качества поставляемого угля подавляющая часть ТЭС соблюдает установленные предельные (или временно согласованные) количественные нормативы выбросов, сбросов и лимитов размещения отходов.

Критическое положение с соблюдением установленных природоохранных требований вновь возникнет при повышении уровня нагрузок на ТЭС.  Это объясняется, в частности, наличием большого парка устаревшего и низкоэффективного оборудования как основного, так и природоохранного назначения. Экологические проблемы должны решаться следующими путями:

повышением качества топлива;

повышением технико-экономических показателей энергоблоков (повышение КПД энергоблока на 1 % дает снижение валовых выбросов вредных веществ на 2–4 %);

применением котлов с кипящим слоем;

повышением эффективности газоочистных установок.

Все новые котлоагрегаты должны оборудоваться современными газоочистными установками и обеспечивать выполнение европейских нормативов выбросов. Остальные котлы должны оборудоваться упрощенными системами снижения выбросов, обеспечивающими выполнение текущих технологических нормативов.

О роли научных и наладочных организаций. Следует остановиться на роли научных и наладочных организаций в развитии теплоэнергетики Украины. Во времена СССР в Украине был довольно мощный коллектив специалистов в институтах и организациях бывшего Минэнерго. Это и Донецкий филиал ВТИ, и ДонОРГРЭС, и ЛьвовОРГРЭС, и Харьковское ЦКБ, и многие другие. В сотрудничестве с российскими коллегами они решали все возникающие технические вопросы, связанные с работой электростанций, обеспечивали ТЭС всеми необходимыми нормативными и информационными материалами. В результате реорганизаций, проведенных за последнее десятилетие, и фактического прекращения финансирования со стороны министерства и энергокомпаний большинство организаций потеряло лучших специалистов и, практически, не может выполнять свои функции. Следует понять, что неучастие  научных и специализированных наладочных организаций в обновлении оборудования ТЭС приведет как к потере времени, так и к увеличению затрат на освоение и эксплуатацию новой техники. Пора принимать решения по реабилитации отраслевой науки. При этом необходимы не количественные изменения числа работников и организаций, а качественный скачок в создании и развитии новых технологий. Перед научными подразделениями должны быть поставлены обеспеченные финансированием  конкретные задачи по созданию новых технологий с обеспечением финансирования.

Создание отечественного энергетического котлостроения. На ТЭС Украины установлено более 200 энергетических котлов разной производительности и около 200 крупных водогрейных котлов. Все они потребуют замены или реконструкции в период до 2030 – 2040 гг. В том числе до 2030 г. потребуется более 60 новых котлоагрегатов производительностью до 1000 т пара/ч, отвечающих современным требованиям, в комплексе с газоочистным оборудованием. Учитывая то, что такое оборудование в России не производится, а оборудование фирм дальнего зарубежья, как правило, значительно дороже отечественного, необходимо принимать меры по развитию собственного котлостроения. Опыт зарубежных стран говорит о том, что большинство развитых стран (даже такие относительно небольшие, как Дания, Финляндия, Швеция) имеет свои котлостроительные фирмы. Некоторые развивающиеся страны, такие как Египет, Индонезия, Китай, также создают у себя котлостроительные заводы.

Украина имеет все возможности для развития энергетического котлостроения. В Харькове работает ЦКБ котлостроения, имеющее многолетний опыт работы с Таганрогским котельным заводом. В Киеве работает Институт угольных энерготехнологий НАНУ и Минтопэнерго, выполняющий заказы таких ведущих котлостроительных фирм, как «Babcock Wilcox», «Lurgi», «Alsthom», «Babcock Hitachi» и др. Машиностроительные заводы Украины после определенной подготовки могут изготавливать большую часть узлов котлоагрегатов и вспомогательное оборудование. Очевидно, работу по развитию котлостроения следует вести по двум направлениям. Первое – изготовление узлов и деталей для ремонта и реконструкции существующих котлоагрегатов; второе – разработка и изготовление новых котлов. И если по первому направлению Украина может проводить работы самостоятельно, то по второму требуется создание совместных предприятий с одной из ведущих котлостроительных фирм. Решение этого вопроса не терпит отлагательства, так как время работает против нас.

Выводы

1.    ТЭС Украины стоят перед дилеммой – или продолжать идти путем, ведущим к их закрытию, или же встать на путь интенсивного развития и обновления оборудования.

2.    Для реабилитации ТЭС необходима конкретизированная программа на длительный период, обеспеченная финансированием.

3.    Для обеспечения развития ТЭС необходимо опережающее развитие отраслевых научно-исследовательских и проектно-конструкторских  организаций.

4.    Одним из важных условий технического перевооружения ТЭС является создание отечественного котлостроения.

 

Список литературы

1.    Енергетична стратегія України на період до 2030 року та подальшу перспективу (проект). Мінпаливенерго та НАН України, 2003.

2.    Підсумки роботи електроенергетики у 2003 році: Звіт Мінпаливенерго України за 2003 рік від 20.02.2004 р.

3.    Борисов Н.А. Реабилитация ТЭС – обеспечение устойчивой работы объединенной энергосистемы Украины // Энергетика и электрификация. ―2004. ―№3. ―С. 2–3

4.    Мураяма Х., Секита М. Опыт эксплуатации электростанций, работающих при сверхкритических параметрах, и опыт применения других передовых технологий // Электрические станции. ―2003. ―№10. ―С. 58.

5.    Павленко А.В., Кононок О.В. Реконструкция энергоблока мощностью 300 МВт на Змиевской ТЭС. Процесс пуско-наладки // Энергетика и электрификация. ―2003. ―№3. ―С. 15.

 

„Енергетика і електрифікація” 2004, №12

 

 
« повернутись Постійна www-адреса статті:
http://mpe.kmu.gov.ua/minugol/control/publish/article?art_id=93895