Вісник НАН України. 2015. № 11. С. 52–58.
https://doi.org/10.15407/visn2015.11.052
ХАЛАТОВ Артем Артемович –
академик НАН Украины, доктор технических наук, профессор,
заведующий отделом высокотемпературной термогазодинамики Института технической теплофизики НАН Украины
КАРП Игорь Николаевич –
академик НАН Украины, доктор технических наук,
профессор, почетный директор Института газа НАН Украины
КУЦАН Юлий Григорьевич –
доктор технических наук, заместитель Председателя Общественного совета –
глава Комиссии по вопросам научно-технического развития топливно-энергетического комплекса
при Министерстве энергетики и угольной промышленности Украины
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ГАЗОТУРБОСТРОЕНИЕ: ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ УКРАИНЫ
Рассмотрены перспективы использования газовых турбин для покрытия базовых, пиковых и полупиковых нагрузок в энергетике Украины; проанализировано состояние газотурбинной промышленности Украины, сделано заключение о необходимости создания Государственной программы в интересах проектирования газовых турбин нового поколения. Статья подготовлена по материалам круглого стола «Энергетическое газотурбостроение в Украине: современное состояние и перспективы развития», состоявшегося 19 марта 2015 г. в Институте электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины.
Ключевые слова: энергетика Украины; газовая турбина; пиковые и полупиковые нагрузки.
Тепловая энергетика Украины
Сегодня основу Объединенной энергосистемы (ОЭС) Украины составляют тепловые, атомные, гидро- и гидроаккумулирующие электростанции. За три года (2011–2013 гг.) годовое производство электроэнергии в стране стабилизировалось на уровне 194–198 млрд кВт·ч, однако в 2014 г. упало до 182 млрд кВт·ч. В 2013 г. на тепловых электростанциях было выработано 49% всей выработанной электроэнергии, на атомных – 42,9%; суммарно произведено 194 млрд кВт·ч, что соответствует почти 3500 кВт·ч электроэнергии на душу населения (56-е место в мире).
Тепловая энергетика Украины создавалась в 60–70-х годах ХХ в. и сейчас почти 85% мощностей превысили проектный ресурс. Ее установленная мощность (блоки 150, 200 и 300 МВт) – около 30 ГВт (54,5%); среднегодовой коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) ТЭС Украины в 2013 г. составил только 31% (для сравнения: в мире в среднем – около 45%), что обусловлено простоями и ремонтными работами, а также консервацией устаревшего оборудования.
В настоящее время 11 энергоблоков суммарной мощностью более 2 ГВт уже отработали свыше 300 тыс. часов, что соответствует граничному сроку эксплуатации, 43 блока мощностью 10,4 ГВт эксплуатируются 250–300 тыс. часов, а 26 блоков мощностью 6,7 ГВт – 200–250 тыс. часов (0,6 ГВт – в долгосрочном ремонте и на консервации). Как известно, 200 тыс. часов наработки соответствуют также границе физического износа энергоблока [1]. В 2012 г. среднее количество аварийных остановок энергоблоков в месяц (46) было наивысшим за весь срок эксплуатации энергетического оборудования Украины.
Фактическая установленная мощность ТЭС Украины в 2012 г. снизилась до 20,3 ГВт, из которых 1,5 ГВт находились на реконструкции. До 2020 г. в Украине не планируется строительство новых энергоблоков, а лишь реконструкция действующих с продолжением срока их эксплуатации на 15–20 лет и увеличением установленной мощности на 5–10%.
Средний электрический КПД ТЭС Украины составляет 29–31%, тогда как за рубежом лучшие энергоблоки при работе в базовом режиме достигли уровня 45%. При работе на антраците удельные затраты топлива в Украине превышают 400 г у.т./1 кВт·ч электроэнергии. Наилучший показатель по затратам топлива достигнут на Змиевской ТЭС (блок № 8) – 345–385 г у.т./1 кВт·ч. В 2030 г. в Украине планируется достичь показателя 347 г у.т./1 кВт·ч, тогда как в Европе он сегодня составляет 280–320 г у.т./1 кВт·ч.
По экологии ТЭС Украины также не соответствуют европейским требованиям; их показатели составляют: твердые частицы – 400–3200 мг/нм3, диоксид серы – 600–9000 мг/нм3 и оксиды азота – 400–1600 мг/нм3. Энергетика Украины дает свыше 50% выбросов оксидов азота, более 60% оксидов серы и 30% твердых частиц. Выбросы углекислого газа от энергетики составляют около 2,2 т на человека в год.
Энергосистема Украины работает в условиях дефицита маневренных мощностей (4–5 ГВт), которые сегодня составляют только 9% от установленной мощности против минимально необходимых для стабильной работы ОЭС Украины 15–20%. Энергоблоки мощностью 100–200 МВт, которые можно было бы использовать в качестве «полупиковых» мощностей, составляют только 17% против необходимых 30–35%.
Суточная разница между максимальной и минимальной нагрузкой энергосистемы (ночной «провал») в Украине составила: зимой 2012 г. – 7400 МВт, зимой 2013 г. – около 7000 МВт (см. рис.). В летний период эта разница на 35–40% меньше. Например, 02.02.2012 минимальная загрузка мощности ОЭС Украины была 24,6 млн кВт, а максимальная – рекордные 31,8 млн кВт.
В целом при базовой загрузке более 5000 часов в год объем «пиковой» нагрузки ТЭС Украины составляет 3000–4500 часов, а «полупиковой» – менее 1500 часов в год. Покрытие «пиковой» части суточного графика нагрузки в Украине на 40–50% обеспечивается агрегатами ГЭС и ГАЭС, а остальная часть – за счет работы ТЭС в маневренном режиме, что приводит к необходимости остановки в ночное время на 4–6 часов около 15 блоков осенью-зимой и 7 блоков – летом. Учитывая современное состояние тепловой энергетики Украины, ее эксплуатация в маневренном режиме усиливает сложившуюся негативную ситуацию. Частота отказов турбогенератора при работе ТЭС в маневренном режиме возрастает в 2,5–2,7 раза по сравнению с работой энергоблоков в базовом режиме. Одновременно существенно снижается его эксплуатационный ресурс. Повний текст