Чем уникальна программа комплексной модернизации ГЭС «РусГидро»?

В июне госхолдинг «РусГидро» объявил о старте комплексной модернизации Чиркейской ГЭС – крупнейшей не только в Дагестане, но и на всем Северном Кавказе. Эта станция мощностью 1 ГВт, введенная в эксплуатацию на реке Сулак в 1974 году, известна, прежде всего, своей арочной плотиной, по высоте (232,5 метров) – второй в стране, после Саяно-Шушенской. Уникальное по красоте и прочности сооружение построено на века, а вот оборудование ГЭС, отработавшее уже более 40 лет, сильно устарело и достигло высокой степени износа. Поэтапно, за 2021-2027 годы, без остановки ГЭС и ограничения энергоснабжения ее потребителей, здесь заменят почти все – гидротурбины, генераторы, силовые трансформаторы и распределительное устройство. В результате мощность ГЭС еще и возрастет на 100 МВт!

Но главное – Чиркейская станет, по сути, новой станцией, только в «старых» декорациях (реконструкция, тем не менее, затронет и гидротехнические сооружения ГЭС). Проект на этой ГЭС – еще одно звено масштабной Программы комплексной модернизации (ПКМ), которую ПАО «РусГидро» последовательно реализует с 2012 года во всех своих филиалах и дочерних обществах. Для отечественной энергетики ПКМ во многом уникальна и даже беспрецедентна. Главная особенность этой программы, которую не устают подчеркивать в госхолдинге – ориентация не на точечную замену отдельных узлов и агрегатов, а именно на комплексную модернизацию объектов генерации как единых технологических комплексов, с полной заменой или глубокой реконструкцией как основного, так и вспомогательного оборудования, общестанционных систем и ГТС. Программа не затрагивает, пожалуй, только водохранилища, поскольку эти объекты в России находятся в федеральной собственности.

Более того, реализация ПКМ ведется исключительно на собственные средства «РусГидро», без дополнительной нагрузки на потребителей ОРЭМ – в отличии от ДПМ, используемых в программах обновления тепловых электростанций. 

Новости о тех или иных позитивных изменениях в своих филиалах госхолдинг выпускает регулярно – они уже стали рутиной. Но не стоит забывать, что на наших глазах, шаг за шагом, планомерно и по четкому графику, происходит практически полное преображение целой отрасли – гидроэнергетики. Ведь модернизацией принадлежащих им гидроэлектростанций занимаются и другие энергокомпании, но по масштабу и амбициозности ПКМ «РусГидро» нет равных. Комплексным подходом госхолдинга, который свои ГЭС обновляет тотально, от гидротурбин до распределительных устройств, проникся «Кислород.ЛАЙФ».

Масштабнее нет и не будет

Очевидный факт – практически все мощные ГЭС в России были построены и введены в эксплуатацию в годы СССР. Наиболее «древние» станции сосредоточены на Северо-Западе и Северном Кавказе, где советское гидростроительство в рамках легендарного плана ГОЭЛРО совершало первые шаги и набивало шишки. Большинство ГЭС Волжско-Камского каскада запускали в 1950-х-1960-х, когда в послевоенном СССР уже окрепло энергетическое машиностроение и нарабатывался опыт больших комсомольских строек. Относительно молодые – по меркам энергетики – объекты гидрогенерации работают на реках Сибири. Но совсем уж «юные» ГЭС в России можно пересчитать по пальцам – в 2013-м, к примеру, запустили Усть-Среднеканскую в Магаданской области. 

Жизненный цикл гидротехнических сооружений любой ГЭС – минимум век (а для крупных ГЭС он может исчисляться и тысячелетиями), но внутренняя «начинка», особенно гидросиловое (турбины и генераторы) и электротехническое оборудование (повышающие трансформаторы, распределительные устройства, токопроводы, системы релейной защиты и автоматики, телеуправления, связи и т.п.), конечно, устаревает намного быстрее. Тем более в наш век стремительного технического прогресса! Более того, за десятилетия, прошедшие с момента запуска станций, изменились и экологические требования, и стандарты безопасности; совершенствовались технологии и в самой гидроэнергетике. 

Периодические ремонты и замены отдельных узлов на ГЭС не останавливались даже в «лихие» 1990-е, ведь главное в энергетике, вопреки расхожим мифам, это надежность и безопасность. Но экономические трудности тех лет не позволяли запускать большие программы замены устаревшего и изношенного оборудования. К концу 2000-х годов стало ясно – точечными решениями переломить тенденцию «старения» ГЭС больше не получится. В итоге модернизацией так или иначе занялись все гидрогенераторы. 

В декабре 2011 Программу комплексной модернизации всех генерирующих объектов утвердили в «РусГидро», поставив в ней крайне амбициозные цели. Например, заменить 55% от общего парка турбин (всего 154 турбины), 42% от общего парка генераторов (119 генераторов), 61% от общего парка трансформаторов (176 штук), 396 высоковольтных выключателей, около 8 тыс. единиц оборудования вторичной коммутации и более 4 тыс. единиц вспомогательного оборудования. А также – произвести реконструкцию ГТС. «Результатом реализации программы должно стать отсутствие на станциях компании оборудования, отработавшего нормативный срок эксплуатации», - подчеркивают главную цель в госхолдинге.  

Первыми проектами, реализованными в новой, уже «комплексной», идеологии, стали восстановление Саяно-Шушенской ГЭС в Хакасии и Баксанской ГЭС в Кабардино-Балкарии. Они были, конечно, во многом вынужденными – первая станция пострадала от крупной аварии, вторая – от диверсии. Всего же по итогам 2012 года в рамках ПКМ заменили 17 турбин и девять генераторов общей мощностью 479 МВт, а также 12 силовых трансформаторов и более 1000 единиц вспомогательного оборудования (системы защит, автоматического управления, связи и др.). За счет этого только за первый год реализации программы установленная мощность ГЭС «РусГидро» выросла на 26,5 МВт, что сравнимо с мощностью той самой Баксанской ГЭС. 

С начала реализации ПКМ заменено уже 56 гидротурбин, 32 генератора, 57 трансформаторов, 263 высоковольтных трансформаторов, более 5 тыс. единиц вспомогательного и электротехнического оборудования. В результате замены оборудования на более эффективное мощность модернизируемых ГЭС возросла на 365 МВт.

Четыре обновленных. Камская ГЭС (552 МВт) еще в 2015 году стала первой в «РусГидро», где полностью заменили все 23 вертикальных гидроагрегата – включая их рабочие колеса (вместе с камерами), обмотку статоров генераторов и воздухоохладителей, направляющие аппараты, а также турбинные подшипники. За счет этого мощность каждого из обновленных агрегатов выросла на 3 МВт (в сумме прибавка равноценна тому, как если бы на станции установили две дополнительных машины), но главное – их работа стала надежнее и эффективнее. Удалось минимизировать и экологические риски – конструкция новых рабочих колес исключает попадание турбинного масла из системы регулирования в реку Кама. Подобные решения приняты и в других аналогичных проектах. 

В 2017 году замена всех 20 гидротурбин на новые была завершена на Жигулевской ГЭС, в прошлом году – на Миатлинской ГЭС в Дагестане (обе действующие машины по 110 МВт каждая), а в июне этого года – на Новосибирской ГЭС. На Жигулевской станции перемаркировка последнего из обновленных гидроагрегатов, №20, завершилась в начале июля – в итоге мощность станции выросла суммарно на 188 МВт, до 2488 МВт. На Новосибирской заменили все семь турбин, но перемакрировка последних еще продолжается – в финале мощность единственной на реке Обь ГЭС вырастет с исходных 455 до 490 МВт. Примечательно, что ни на одной из станций «РусГидро» не меняют тип турбин. На Аушигерской ГЭС в Кабардино-Балкарии планируют заменить действующие колеса из черного металла на колеса из нержавеющей стали. Это позволит снизить абразивный и кавитационный износ гидроагрегатов, вызванный мутным речным потоком.

Саратовская ГЭС. Здесь впервые реализован проект по полной замене гидрогенераторов – еще в 2016 году здесь завершилась реконструкция всех 21 вертикальных устройств, на которых поменяли активное железо статоров и их обмоток, установили новые катушки полюсов ротора и несущие узлы подпятников (оба горизонтальных гидроагрегата заменили еще раньше). Работы шли с конца 1990-х, но ускорить их удалось только в рамках ПКМ. В прошлом году на Саратовской ГЭС завершились и начатые в 2009 году работы по замене всех девяти силовых трансформаторов, что позволило обеспечить выдачу в энергосистему повышенной мощности и дополнительной выработки электроэнергии. 

Параллельно на станции, естественно, меняют и гидротурбины. Саратовская ГЭС – единственная, где работы ведутся в рамках контракта с австрийской Voith Hydro. Уже заменили девять турбин, еще две выведены на реконструкцию. На каждой из них меняют закладные части, рабочее колесо и его камеру, вал, турбинный подшипник, крышку, направляющий аппарат, маслоприемник и маслонапорную установку, а также вспомогательные системы. У новых турбин – пять лопастей вместо четырех, а сервомотор интегрирован в рабочее колесо как завершенный конструктивный узел, благодаря чему давление масла на уплотнения лопаток почти в двадцать раз меньше, чем в «старой» конструкции. В результате реализации ПКМ установленная мощность Саратовской ГЭС уже увеличилась на 55 МВт (до 1415 МВт), а после завершения проекта по замене всех гидротурбин (в начале 2030-х) достигнет 1505 МВт.

Надежность и безопасность. Особенно стоит отметить уникальные проекты, реализуемые в рамках ПКМ на гидротехнических сооружениях – они направлены, прежде всего, на повышение надежности и усиление безопасной эксплуатации ГЭС. Так, в 2015 году на Егорлыкской ГЭС, входящей в состав Каскада Кубанских ГЭС, запустили холостой водосброс. За счет этого максимальная пропускная способность гидроузла (с учетом пропуска воды через турбины) выросла до 250 кубометров в секунду (это позволит теперь без проблем пропускать даже сильные паводки). 

А на Гизельдонской ГЭС в Северной Осетии в 2017 году построили обводной канал головного узла, что помогло восстановить водохранилище до проектных размеров – за 80 лет эксплуатации станции заиленым оказалось 75% от всего объема, это около 441 тыс. кубометров наносов. Прежде очищали лишь порог перед самим водоприемником. Запуск зимнего обводного канала в обход головных сооружений Эзминской ГЭС поможет лучше очищать воду от песчаных взвесей, что снизит износ проточной части гидротурбины, в том числе рабочих колес. Канал также даст возможность отводить воду и проводить реконструкцию водосбросных сооружений ГЭС без остановки станции. Эти работы начнутся уже в ближайшие годы, причем Эзминская ГЭС за несколько лет будет модернизирована полностью – с заменой вообще всего оборудования, от гидроагрегатов до затворов плотин. Даже стены самого здания ГЭС, построенные в 1950-х годах из непрочного шлакобетона, разберут и возведут заново, из сейсмостойкого монолитного бетона.

Еще один немаловажный эффект ПКМ – вклад в развитие современных технологий и инноваций. Гидроэнергетика и в России, и в мире считается консервативной отраслью, с устоявшимися за более чем век стандартами и техническими решениями. Прорывы обычно фиксируют в других сегментах ВИЭ – солнце и ветре. На ГЭС же огромным достижением считается, например, пара процентов прироста КПД гидроагрегата. На это, естественно, в «РусГидро» также делают ставку: все новое гидросиловое оборудование – и мощнее, и проще и дешевле в эксплуатации, и экологичнее старого. И, конечно, новые агрегаты могут вырабатывать больше чистой электроэнергии, причем на тех же объемах воды! 

Но инновационные технологии затрагивают буквально все составляющие каждой конкретной ГЭС. И если размещение солнечных панелей на плотине Нижне-Бурейской ГЭС и стоит пока рассматривать лишь как смелый эксперимент по гибридизации гидрогенерации и СЭС, то, к примеру, запуск в эксплуатацию фазоповоротного трансформатора на Волжской ГЭС можно отнести к настоящим прорывам. Не менее прорывное решение – широкое применение нетипичных для российских ГЭС комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (т.н. КРУЭ). Наиболее масштабные работы по этому направлению затронули станции Каскада Кубанских ГЭС и ту же Волжскую ГЭС. Но КРУЭ ввели и на двух станциях крупнейшего по мощности в России Саяно-Шушенского гидроэнергокомплекса, и на Воткинской ГЭС, которая является одним из узловых пунктов сети электроснабжения восточно-европейского района России и связывает между собой пять энергосистем: Пермскую, Удмуртскую, Кировскую, Башкирскую и Свердловскую (по высоковольтной линии 500 кВ через ГЭС замыкается электрическая связь «Урал – Центр»). В этом году присоединение Загорской ГАЭС с существующего ОРУ 500 кВ также переведут на КРУЭ аналогичного напряжения, после чего выдача мощности с этой станции пойдет в московскую энергосистему. 

Там, где применение КРУЭ нецелесообразно, элегазовые выключатели вместо воздушных ставят и на традиционных открытых распредустройствах. На Жигулевской ГЭС, к примеру. в прошлом году завершили обновление всех ОРУ напряжением 110, 220 и 500 кВ. Кроме выключателей, там поменяли и разъединители, и трансформаторы тока и напряжения, и высокочастотные заградители, и конденсаторы связи. Вообще. электрическая «начинка» ГЭС заменяется наиболее активно. «Все защиты, системы управления и мониторинга прошлого века строились на электромеханической и микроэлектронной базе, с применением реле и полупроводниковых элементов. Современные комплексы релейной защиты и автоматики, а также системы мониторинга построены на микропроцессорной базе. Такая замена положительно влияет на надежность работы всей станции, а также на организацию труда. Обслуживающий и эксплуатирующий персонал непосредственно с рабочего места может проводить мониторинг оборудования, получать данные о его состоянии в реальном времени, а также просматривать информацию из архивов. Система предоставляет возможность самодиагностики, что позволяет минимизировать аварийные ситуации», - отмечал по этому поводу директор Камской ГЭС Виктор Алексеев. Под его словами подпишутся и коллеги с других станций. 

По новым технологиям монтируют и устройства возбуждения гидроагрегатов, и противоаварийную автоматику, и даже защиту от киберугроз, о которых прежние поколения гидроэнергетиков не могли и подумать, и системы управления станциями в целом (если совсем уж упрощать, они становятся максимально автоматизированными). Маслонаполненные кабели к трансформаторам меняют на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена – гораздо более надежные и экологически безопасные.

Модернизация затрагивает и механическое (затворы, сороудерживающие решетки, грузоподъемные механизмы, краны для обслуживания гидротурбин и гидрогенераторов), и вспомогательное (системы технического водоснабжения, пневматического и масляного хозяйства, осушения и т.п.), и даже санитарно-техническое (отопление, вентиляция, пожаротушение, водоснабжение и канализация) оборудование станций, а также системы связи.

Так, в конце прошлого года на Угличской ГЭС, одной из старейших в «РусГидро», завершили замену всех семи сегментных затворов водосливной плотины, с помощью которых регулируется пропуск воды мимо турбин в половодье и паводок. В перспективе запланировано обновить и семь донных затворов, которые эксплуатируются с момента пуска станции в 1940 году! Ранее в Угличе заменили быстропадающие щиты аварийно-ремонтных затворов, сороудерживающие решетки обеих гидроагрегатов, дренажные и осушающие системы, и т.д. В прошлом году замену затворов водосливной плотины закончили и на Нижегородской ГЭС.

Эзминская ГЭС в Северной Осетии стала первой в «РусГидро», где в качестве приводов грузоподъемных механизмов головного узла теперь используются электроцилиндры. А на Воткинской ГЭС поменяли систему воздухообдува рабочих затворов водосливной плотины – это позволит надежно маневрировать оборудованием при низких температурах и избегать деформации от ледовой нагрузки. В рамках ПКМ на Загорской ГАЭС, например, отремонтируют даже кровлю главного здания и трансформаторной мастерской, не менявшуюся с 1988 года. На Саратовской ГЭС за несколько дет полностью восстановили бетон в зоне переменного уровня, и продолжают усиливать конструкции железобетонных плит крепления откосов со стороны верхнего и нижнего бьефа. Все это позволит повысить эксплуатационную надежность грунтовых ГТС и увеличить срок их эксплуатации. А на первой гидроаккумулирующей электростанции России, Кубанской ГАЭС, в рамках ПКМ даже построят новое здание станции.

«На выходе» гидроэнергетика России получает практически новые ГЭС. И это, безусловно, совершенно фантастический эффект от программы. «ПКМ, возможно, в нынешнем виде выглядит в некотором роде избыточной, но это во многом результат того, что появилась возможность компенсировать многолетнее недофинансирование отрасли. В ходе ПКМ реально внедряются новые технологии, что, кстати, сильно отличает ее от той же «ДПМ-2». Стоит также отметить, что ПКМ – это действительно первый крупномасштабный проект в отечественной энергетике со времен СССР», - отметил в комментарии для «Кислород.ЛАЙФ» профессор кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ МЭИ Расим Хазиахметов. 

«Модернизация – это насущная необходимость. Любой объект гидроэнергетики – это сложный природно-технический комплекс, который нуждается в обслуживании и модернизации не только для повышения операционной эффективности, но и в целях безопасности персонала и населения. Начатая «РусГидро» программа модернизации ГЭС действительно комплексно подходит к техперевооружению, обновлению и реконструкции. Но кроме очевидных плюсов для самих ГЭС и снижения техногенных рисков, есть и другие плюсы, менее очевидные. Модернизация существующих объектов помогла многим инжиниринговым и машиностроительным организациям выжить на рынке в условиях спада строительства и ввода новых мощностей. И это тоже очень важный эффект. Есть и еще важный нюанс. Согласно действующей нормативно-правовой конструкции, за счет оптового рынка электроэнергетики обеспечивается только частичная компенсация затрат на модернизацию генерирующего оборудования. А вот реконструкция самих гидротехнических сооружений не обеспечивается. Такая ситуация приводит к отсутствию инвестиционных стимулов для комплексной модернизации объектов, особенно ГТС. Но, несмотря на это, «РусГидро» вышла за пределы привычной замены изношенных узлов основного оборудования, и комплексно ведет работы по объектам оборудования и сооружений, поставив целью повышение производственной безопасности», - отмечает эксперт по ВИЭ и устойчивому развитию гидроэнергетики Артур Алибеков.