Полностью обновленная ГЭС

Сегодня «Норникель» запустил седьмой гидроагрегат, последний из заменяемых, на своей Усть-Хантайской ГЭС на Таймыре, на которой производится четверть потребляемой Норильским промышленным районом (НПР) электроэнергии. Теперь в Снежногорске, который находится в 180 км от Норильска и в 100 км от Игарки, продолжит работу та же станция, ради которой здесь и появился полвека назад поселок гидростроителей – но только с полностью обновленной «начинкой», с выросшей на 70 МВт мощностью, и с улучшенными показателями надежности, автоматизации, экологичности и КПД.

По факту, в гидроэнергетике России сегодня завершился один из крупнейших комплексных проектов модернизации ГЭС. Но для «Норникеля» это лишь часть, пусть и очень важная, более масштабной программы, направленной на реновацию энергетических мощностей под управлением компании в целом. Кроме того, без всякого преувеличения, но уникальная во многих отношениях модернизация самой северной ГЭС в России – очередной шаг «Норникеля» и к выпуску углеродно-нейтральных металлов. 

Добраться до Снежногорска от Норильска можно только по воздуху, но, к сожалению, заветная мечта «Кислород.ЛАЙФ» сегодня осталась нереализованной – полет вертолета отменили из-за сложных погодных условий. И ГЭС воочию увидеть не удалось: все журналисты вынуждены были следить за торжественной церемонией пуска в привычном уже формате видеосвязи, сидя в офисе АО «Норильско-Таймырская энергетическая компания» (НТЭК, энергетическая «дочка» «Норникеля») на улице Ветеранов. Даже директор Усть-Хантайской ГЭС Алексей Потапов и вице-президент по энергетике «Норникеля» Евгений Федоров за историческим событием наблюдали из этого же здания. 

В удаленном режиме команду на пуск нового гидроагрегата дал министр энергетики РФ Николай Шульгинов, рядом с которым в Москве оказался сегодня и губернатор Красноярского края Александр Усс. «Цель модернизации – не только повышение эффективности работы ГЭС, увеличение ее мощности, снижение углеродного следа, но и повышение надежности энергосистемы всего Норильского промышленного района. Это особенно важно в суровых северных условиях. Специалисты трудились на действующем объекте. Были использовали уникальные технологии и оборудование, изготовленное отечественными производителями», – подчеркнул в своей речи министр.

«Сегодняшнее событие является поистине историческим. Реконструкция, которая длилась несколько лет, вдохнула в самую северную ГЭС России новую жизнь. Ее реализация окажет положительное влияние на повышение устойчивости энергосистемы Таймырского полуострова, даст свои экологические эффекты и, что особенно значимо, создаст энергетические предпосылки для наращивания экономической активности в территории», – добавил от себя глава региона.

Усть-Хантайская ГЭС, первенец гидроэнергетики Заполярья, была построена с 1963 по 1975 годы в 63 км от устья реки Хантайки, правого притока Енисея. Почти полвека здесь «крутилось» семь гидроагрегатов, каждый мощностью до 63 МВт, и ГЭС установленной мощностью 441 МВт могла вырабатывать по 2 млрд кВт*часов электроэнергии ежегодно. О модернизации станции в «Норникеле» задумывались с начала 2000-х, но непосредственно к проекту приступили в 2012 году. Контракт на проектирование, изготовление, поставку оборудования, монтаж и пуско-наладку выиграло АО «Тяжмаш» (Сызрань), советский предшественник которого поставлял в Снежногорск и «старое» оборудование на этапе строительства.

Программа модернизации общей стоимостью более 7,5 млрд рублей стартовала с 2014 года, когда на проект было получено положительное заключение Главгосэкспертизы. Сейчас, после запуска на полную мощностью, установленная мощность ГЭС выросла до 511 МВт, максимальная годовая выработка – до 2,4 млрд кВт*часов. Впрочем, Усть-Хантайская ГЭС, расположенная в самом центре изолированной энергосистемы НПР, кроме того, что вырабатывает до ¼ всей производимой НТЭК электроэнергии, выполняет не менее важную функцию – регулирование частоты. Так что важность обновления оборудования именно на этом объекте трудно переоценить. 

С технической точки зрения уникальность проекта модернизации Усть-Хантайской ГЭС заключалась в том, что поворотно-лопастные турбины, которые здесь были установлены изначально, полностью заменили на радиально-осевые – такое чрезвычайно редко вообще происходит в гидроэнергетике. Конструктивные особенности «старых» гидроагрегатов (близость расположения лопаток направляющего аппарата к рабочему колесу) приводили к частым ограничениям в режимах работы ГЭС, что оборачивалось недоиспользованием ее установленной мощности, а также негативно влияло на надежность и безопасность – безусловные приоритеты в «большой» энергетике. «В условиях Хантайки фактор надежности рабочих колес гидротурбин является решающим, так как всякое повреждение колеса, направляющего подшипника или крышки турбины создает реальную угрозу затопления машинного зала ГЭС, расположенного в скальной выработке ниже уровня воды, с последствиями, аналогичными произошедшим на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года», - подчеркивали ранее в «Норникеле». 

На Курейской ГЭС, которую строили с 1975 года, сразу же ставили турбины с радиально-осевыми рабочими колесами. Эта станция, в отличие от Усть-Хантайской, в энергосистеме НПР почти постоянно работает «в базе», подобные гидроагрегаты доказали свою безусловную эффективность. Поэтому в «Норникеле» решили не изобретать велосипед и установить аналогичные по типу турбины и на Усть-Хантайской ГЭС. Но повышенной мощности – по 73 МВт каждая. «Главным достоинством новых гидротурбин с радиально-осевым рабочим колесом является их более высокая надежность по сравнению с существующими турбинами поворотно-лопастного типа. Кроме того, такие турбины намного проще в эксплуатации, что существенно снижает операционные затраты», - объяснили в компании. 

От «Тяжмаша» требовалось сделать практически невозможное: поскольку закладные части гидроагрегатов не менялись, нужно было спроектировать рабочее колесо так, чтобы оно «вписалось» в имеющиеся кратеры. И так, чтобы при этом свести к минимуму количество рабочих зон нежелательной работы, а также добиться существенного повышения производительности. Несмотря на всю сложность поставленных задач, сызранское предприятие с ними успешно справилось: КПД новых турбин стремится к 95%. Шесть гидроагрегатов уже давно работают, «за все время эксплуатации нового оборудования нами отмечена устойчивая и надежная работа на всех режимах в соответствии с заявленными характеристиками», отмечают в АО «НТЭК». 

По словам директора Усть-Хантайской ГЭС Алексея Потапова, переход на новый тип турбин полностью исключает и экологические риски. Лопасти на «старых» рабочих колесах приводили в движение масляные гидравлические насосы. На турбинах типа РО лопатки «сварены» вручную и закреплены в одном положении, масло для них больше не нужно, что сводит к нулю риск его попадания в водную среду в случае нештатных ситуаций. Кроме того, новое оборудование может работать в режиме синхронного компенсатора, что существенно повышает устойчивость изолированной энергосистемы Таймыра в условиях пиковых нагрузок. А дополнительная мощность в 70 МВт повышает и надежность, и энергобезопасность всего НПР.

Вторая особенность модернизации ГЭС – чтобы она оказалась успешной, пришлось учесть все организационные трудности. Во-первых, компоновка самой станции – в небольшом машзале, расположенном под землей, можно было организовать лишь небольшую монтажную площадку (всего 20 на 20 метров). Чтобы даже на ней удалось что-то делать, нужно было прописать строгую последовательность операций по завозу в машзал оборудования, его расконсервации, сборке и монтажу в кратере гидроагрегата. Именно из-за этого модернизация и растянулась на семь лет: по одному году уходило на замену одной машины.

Кроме того, все работы приходилось вести в условиях действующей ГЭС, чтобы никак не повлиять на устойчивость функционирования всей энергосистемы, а ведь в разные периоды в Снежногорске работали от 60 до 170 квалифицированных работников подрядных и субподрядных организаций: монтажников, сварщиков, слесарей, крановщиков, токарей, инженеров, наладчиков. Плюсом к постоянному коллективу станции из 260 человек: все они за годы модернизации освоили новое оборудование. 

Во-вторых, доставлять грузы (вес только одного пускового комплекса составлял 1400 тонн в металле) в столь отдаленную от цивилизации точку на карте нужно было успевать в очень короткий летний навигационный период. Материалы шли баржами по реке Хантайке, местами непроходимой. Ввод каждого из гидроагрегатов должен был происходить в сентябре каждого года, запуск шёл с опережением сроков от двух недель до месяца и более. Для ускорения процесса одновременно шла сборка ротора, статора и турбины – в результате на реконструкцию одного гидроагрегата уходило обычно около 10 месяцев. С опережением на год всегда шло и изготовление оборудования: к моменту демонтажа старого объекта все материалы для сборки нового находились уже на складах в Снежногорске.

Опыт первопроходцев, возводивших ГЭС полвека назад в крайне суровых условиях, учли: для проведения модернизации в поселке в короткие сроки были возведены общежитие на 50 человек и четыре склада (в том числе теплых). А для оперативной перевозки многотонного оборудования с барж меньше чем за год построили даже новый мост через ручей Подпорожистый, также капитально отремонтировали автодорожный мост через сбросный канал (чтобы восстановить его несущую способность). 

Параллельно был реконструирован машинный зал и электрический цех станции, построена новая компрессорная станция, и внедрена автоматизированная система диспетчерского управления. По словам директора ГЭС Алексея Потапова, от «старой» Усть-Хантайки остались теперь только стены и все бетонные сооружения: «Заменялось все, не только первичное оборудование – турбина, генератор, но и вся «вторичка» – релейная защита, автоматика, все до последнего выключателя и кабеля. По факту, не трогали только строительные конструкции – в них просто вписали новые машины». По оценкам Потапова, КПД всей Усть-Хантайской ГЭС вырос на 10%: «Для гидроэнергетики это очень хороший показатель. Даже 3% считается великолепным результатом, а мы добились еще большего». 

Даже поэтапная замена гидроагрегатов уже дала свои плоды: по итогам прошлого года, например, доля электроэнергии из возобновляемых источников в энергопотреблении всей Группы компаний «Норникель» выросла до 46% (с 36% в 2016-м). А доля ГЭС (кроме Усть-Хантайской, еще и Курейской, мощность которой составляет 600 МВт) в общей выработке АО «НТЭК» (то есть только на Таймыре, где теперь сконцентрирована наиболее энергоемкая часть технологической цепочки компании – пирометаллургия) – до 55%! Все это – прямо следствие программы модернизации. «Новые гидроагеты имеют более высокий КПД, а это значит, что на одном и том же объеме воды они могут выработать больший объем электроэнергии. Растет производства на ГЭС – меньше требуется сжигать природного газа на ТЭЦ», – объяснил вице-президент по энергетике «Норникеля» Евгений Федоров. Неудивительно, что именно обновление энергоактивов позволило «Норникелю» произвести в этом году первую партию углеродно-нейтрального никеля объемом 5 тыс. тонн. И это далеко не предел. 

Тем более что дальнейшие планы «Норникеля» в энергетике направлены и на модернизацию работающих на газе Норильских ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3 (о крупном инвестпроекте на ТЭЦ-2 «Кислород.ЛАЙФ» рассказывал вот здесь). Однако не менее масштабным проектом в сравнении с усть-хантайским станет и замена всех пяти гидроагрегатов на Курейской ГЭС, на что может потребоваться до 10 млрд рублей (тендер на выбор генподрядчика компания еще не объявляла). Сегодня символическая эстафета – в виде большого гаечного ключа – была передана из Снежногорска в Светлогорск, с реки Хантайки на реку Курейку.

Со следующего года большие инвестиции запланированы и в замену сетевой инфраструктуры НПР: ежегодно здесь будут перекладывать до 10 км сетей теплоснабжения, 25-28 км сетей водоснабжения и до 160 км высоковольтных ЛЭП. Причем на последних, как отметил Федоров, будут впервые устанавливать грозотросы – исторически линии на Таймыре строили без учета грозовых нагрузок, но под воздействием изменения климата эти риски здесь теперь не просто появились, но и стали весьма ощутимыми. 

Основные цели энергореновации, реализуемой компанией – ввод современного и экологически эффективного оборудования, а также повышение безопасности и надежности изолированной энергосистемы Таймыра, которая функционирует в крайне суровых климатических условиях Арктики. «Модернизация энергосистемы – один из основных приоритетов для «Норникеля». Компания делает ставку в долгосрочной перспективе на возобновляемые источники энергии. Это связано с общим стремлением реализовывать максимально экологичные проекты. Замена гидроагрегатов Усть-Хантайской ГЭС внесла существенный вклад в процесс надежного и экологически чистого энергоснабжения населенных пунктов севера Красноярского края и крупных промышленных объектов компании», – заявил Федоров.