Вторая очередь замещения

В столице Республики Саха (Якутия) – Якутске – госхолдинг «РусГидро», в случае принятия Госдумой и правительством РФ всех необходимых нормативных документов, планирует до 2025 года реализовать большой инвестпроект – запустить в работу вторую очередь Якутской ГРЭС-2. Первая заработала еще в конце ноября 2017 года, на новой площадке – точнее, на двух, на горе Чочур-Муран и у ее подножия, соединенных технологической эстакадой и примыкающих к федеральному Вилюйскому тракту. Уже тогда предполагалось, что у ГРЭС-2 будет вторая очередь: под нее был создан и необходимый инфраструктурный задел. Но сейчас в «РусГидро» решили смонтировать новые газотурбинные установки (ГТУ) в паре с котлами-утилизаторами на территории действующей Якутской ГРЭС, которая исторически работает в северо-восточной части города, в центре тепловых нагрузок.

Первый энергоблок ГТ-25-700-2 на этой станции запустили еще… 10 января 1970 года! Для большой энергетики полвека – вроде бы и не срок, но нельзя забывать, что ЯГРЭС построили на вечной мерзлоте и оборудовали экспериментальными газовыми турбинами. Их паркового ресурса, который продлевали уже неоднократно, хватит лишь до 2027 года. После чего этот изношенный условиями Крайнего Севера и устаревший технически источник когенерации наконец-то можно будет отправить на свалку истории. И заменить абсолютно новым, современным и высокоэффективным, не ломая при этом сложившуюся топологию системы централизованного теплоснабжения (СЦТ) Якутска. 

Замещение выбывающих мощностей Якутской ГРЭС, проект весьма дорогостоящий, пришлось растянуть на несколько лет и на три больших шага. «Электрическая» часть этой станции нужна для того, чтобы сохранить имеющийся резерв мощности в Центральном энергорайоне (ЦЭР) Якутии. Тепловая же составляющая локализована, понятное дело, одним Якутском, СЦТ которого жизненно необходим новый и мощный источник тепла. Первая очередь Якутской ГРЭС-2 (193,48 МВт и 169 Гкал/час), в составе четырех ГТУ LM6000 производства General Electric с котлами-утилизаторами, а также пиковой водогрейной котельной из трех ПТВМ-100 (на 300 Гкал/час), стала одним из четырех приоритетных энергообъектов на Дальнем Востоке, построенных «РусГидро» в соответствии с указом президента РФ (по нему компания получила от государства целевые 50 млрд рублей). Перевод части как электрических, так и тепловых нагрузок, причем не только со «старой» ГРЭС, но и с Якутской ТЭЦ (второй мощный источник теплогенерации в городе), с тех пор постепенно набирает обороты. 

Вторым шагом, направленным на замещение только тепловых мощностей ЯГРЭС, стал ввод в эксплуатацию в прошлом году на ее же площадке ПВК на 300 Гкал/час, с тремя котлами КВГМ-100. Пока что эта котельная работает параллельно с действующим оборудованием «старой» электростанции, но в ближайшем будущем станет таким же «соседом» второй очереди ГРЭС-2, какой имеется и у первой.

Третьим этапом заместительных мероприятий станет ввод еще двух ГТУ типа 6F.03 производства ООО «Русские Газовые Турбины» суммарной электрической мощностью 154 МВт, также в паре с котлами-утилизаторами, еще на 194 Гкал/час. Похожие локализованные турбины этот же производитель поставит и на Хабаровскую ТЭЦ-4, что позволит «РусГидро», очевидно, сэкономить на едином крупном заказе (подробности здесь). 

Проект сооружения второй очереди ЯГРЭС-2 получил положительное заключение технико-ценового аудита и был утвержден на заседании НП «НТС ЕЭС». «РусГидро» рассчитывает «вписать» этот последний объект в федеральную программу модернизации тепловой генерации, т.н. «ДПМ-2». Таким образом, с 2026 года в Якутске, вместо одной большой ГРЭС, мощности которой еще 10 лет назад достигали 368 МВт и 661 Гкал/час, будут работать две похожих друг на друга «новых» ГРЭС, на разных площадках, суммарно способные выдавать 347 МВт и 963 Гкал/час (с учетом двух ПВК). И стратегическая цель – обеспечить «развитие централизованных энергосистем в соответствии с потребностями социально-экономического развития и устойчивого энергоснабжения потребителей Республики Саха – Якутия» - будет реализована. Подробнее – в материале «Кислород.ЛАЙФ».

Почему устарела Якутская ГРЭС?

Любой объект когенерации служит минимум двум целям – вырабатывает электроэнергию для энергосистемы, и отпускает тепло в локальные СЦТ. В этом плане Якутская ГРЭС не исключение – исторически эта уникальная электростанция обеспечивала более 90% потребления электроэнергии в Якутской агломерации, а также в девяти улусах республики, и более 50% теплопотребления ее столицы, отопительный сезон в которой в среднем длится 252 дня.

Тут стоит сразу пояснить, что Якутия – это самый большой по площади регион в России, до «временной реформы» третьего президента Дмитрия Медведева республика даже жила в трех часовых поясах! Сейчас – «всего» в двух. Неудивительно, что единой энергосистемы здесь никогда не было, а зона централизованного энергоснабжения до сих пор охватывает всего 36% территории, но, правда, 85% населения. И состоит из трех энергорайонов, которые еще недавно работали изолированно друг от друга – Западного, Центрального и Южно-Якутского. С прошлого года все они – в составе ОЭС Востока. С учетом высокого износа ЛЭП (основная часть которых в ЦЭР и ЗЭР выполнена на деревянных опорах) и оборудования подстанций, потери в сетях высоки и достигают 10-12%. Поэтому перетоки между районами не всегда эффективны. Кроме прочего, в каждом имеются собственные крупные потребители, поэтому и важно наличие на местах собственных мощных источников генерации. 

Например, в ЗЭР таковыми являются ГЭС Вилюйского каскада: первая и вторая, суммарной установленной мощностью 680 МВт, принадлежат «РусГидро», а третья, Светлинская (227,5 МВт), основному потребителю – АК «АЛРОСА». В Южной Якутии главный источник электроснабжения – Нерюнгринская ГРЭС (570 МВт, входит в состав АО «ДГК», «дочки» «РусГидро»). Установленная мощность электростанций (с учетом резервных ДЭС) в ЦЭР, куда входит Якутская агломерация, а также группа центральных и заречных улусов, на 1 января 2020 года снизилась до 443,052 МВт. Несмотря на это, энергорайон давно является избыточным по мощности (по итогам 2019 года фактический резерв составил 126 МВт), и полностью обеспечивает себя собственной выработкой.

Несмотря на близость к Кангаласскому месторождению бурого угля, энергетика Якутска давно базируется на газе: в качестве основного топлива для энергоисточников используется природный газ Средневилюйского месторождения, поступающего от Якутского газоперерабатывающего завода АО «Сахатранснефтегаз». Это топливо сжигается в камерах сгорания газовых турбин, горелках паровых и водогрейных котлов, в том числе на городских котельных. Суммарно в год на выработку тепла в Якутске уходит порядка 460 млн кубометров газа. В качестве аварийного топлива в основном используют дизельное.

Как видно из приведенной выше таблицы, до 2017 года единственным источником электрогенерации в ЦЭР была одна Якутская ГРЭС, что, понятное дело, создавало определенные риски для более чем 400 тыс. жителей республики. С запуском первой очереди Якутской ГРЭС-2, а затем включением ЦЭР в единую энергосистему юга Дальнего Востока, эти риски существенно снизились. В ближайшие годы новая станция продолжит работать в паре со «старой», установленная мощность которой сократилась – с 356 до 186,955 МВт, и будет снижаться и дальше. А вот вклад ЯГРЭС-2 в суммарную выработку электроэнергии в ЦЭР будет расти, при одновременном сокращении производства на «старой» ЯГРЭС. 

Зачем «старушку» вообще решено было выводить из эксплуатации? Дело в том, что эта ГТУ-ТЭЦ в свое время стала первым объектом подобного типа в СССР, да к тому же и первой крупной станцией, построенной на свайном основании на вечной мерзлоте, с продуваемым подпольем. Для понимания: газовые ТЭЦ в Норильске, где в советские годы и придумали такую технологию строительства на многолетнемерзлых грунтах, возводили иначе, вынимая грунты до скального основания. В составе первой очереди ЯГРЭС мощностью 100 МВт, заработавшей в 1971 году, работало четыре установки ГТ-25-700-2. Вторую очередь – еще четыре ГТ-35-770-2 в сумме на 140 МВт – запустили в 1985 году. В 1988-м эти устаревшие уже к излету советской эпохи газовые турбины стали менять на более мощные ГТЭ-45-3, но по причине недостаточного финансирования процесс затянулся до 2005 года. В любом случае, у этих ГТУ украинского завода «Турбоатом» не было и до сих пор не появилось аналогов в мире. А энергоблок №1 даже имел статус опытной установки (как головной образец). 

Как следует из Схемы теплоснабжения Якутска, советский эксперимент сильно усложнил жизнь якутским энергетикам: «ГТЭ-45-3 характеризуются наличием ряда проблем, связанных с доводкой вибрационного состояния до норм ПТЭ и невозможностью работы оборудования в пиковом режиме, а также с ненадежной работой рабочих лопаток первой ступени турбины и неустойчивой работой компрессоров». «Ненадежная работа рабочих лопаток турбин ГТЭ-45-3 связана с износом оригинальных деталей и трудностями их замены в сложившихся политических и экономических условиях, в том числе с воспроизводством сплава (в соответствии с ТУ завода-изготовителя), из которого должны быть изготовлены лопатки», - сказано также в Схеме. 

С проблемой в «Якутскэнерго» («дочка» «РусГидро») пытались справится разными способами. Например, в 2010 году мощность ГРЭС была увеличена до 368 МВт за счет монтажа четырех установок по 12 МВт каждая (в составе газовой турбины ГТГ-12В и генератора Т-12-2ЭУ3), демонтированных с Мирнинской ГРЭС. У других ГТУ постоянно продлевали парковый ресурс (остался до 2027 года). И хотя электростанция работала с неплохим КИУМ 47%, удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии – 408 г/кВт*часов (данные 2017 года) – оставался довольно высоким для газовой генерации. На ЯГРЭС к тому же постоянно происходили аварии. Из недавних самая громкая случилась 1 октября 2017 года, когда в результате возгорания на одной из ГТУ на несколько часов был обесточен и сам Якутск, и несколько соседних улусов. Справится с этими «болезнями» в итоге решено было самым радикальным способом – полным замещением оборудования. 

Процесс постепенного вывода из эксплуатации энергоблоков на «старой» ГРЭС стартовал после запуска первой очереди Якутской ГРЭС-2. В 2018 году здесь остановили ГТУ №11 мощностью 12 МВт, в прошлом году – установки суммарной мощностью 127 МВт (ГТУ №1 на 45 МВт, потом №5 и 6 по 35 МВт каждая, а также №12 мощностью 12 МВт). В текущем году «отключили» ГТУ №9 и 10, также по 12 МВт каждая. Это позволяет постепенно смещать электрическую нагрузку на новые турбины ГРЭС-2. К счастью, в ЦЭР хватает резервов, да и в ближайшие годы здесь не прогнозируется существенного роста электропотребления. Связано это с тем, что крупной промышленности (как в других энергорайонах) в Центре Якутии нет, а основной потребитель – ГУП «Жилищно-коммунальное хозяйство РС(Я)» (одно из крупнейших теплоснабжающих предприятий республики) – спрос планирует даже снижать, «за счет увеличения роста выработки котельных на природном газе с сокращением объемов выработки тепла котельных на угле».

Тем не менее, максимальная электрическая нагрузка по ЦЭР к 2030 году может вырасти до 345 МВт. Сложив мощности двух действующих ГРЭС – «старой» и «новой» – мы получим суммарные 350,987 МВт. Но так как ГТУ на Якутской ГРЭС до 2027 года планируется вывести полностью, дефицит мощности в ЦЭР может составить порядка 200 МВт (мощности ДЭС в размере 80 МВт в связи с их статусом аварийных источников электроснабжения и неучастия в покрытии максимумов нагрузки в расчетах не учитываются). Согласно анализу прогнозного потребления электрической мощности до 2030 года, проведенных АО «Институт Теплоэлектропроект», баланс в энергорайоне может сложиться с меньшим дефицитом – порядка 110 МВт. Под эти параметры и проектировалась «электрическая» составляющая второй очереди ГРЭС-2. 

Не менее важна и тепловая составляющая второй очереди. С запуском ПВК на площадке «старой» ГРЭС все условия для переключения нагрузок между тепловыми контурами двух действующих станций были сформированы с запасом. Однако, по прогнозам того же АО «Теплопроект», дефицит тепловой мощности в контурах ЯГРЭС и ЯГРЭС-2 к 2030 году может составить 101,6 Гкал/час. Эта цифра также учитывалась в расчетах.

Кто обогревает Якутск?

Столица Якутии, с 339,6 тыс. жителей, является крупнейшей на Северо-Востоке страны городской агломерацией, в составе одного города и 11 пригородных сел (в перспективе в нее может войти более 20-25 населенных пунктов, в том числе в правобережной части – если все-таки построят мост через реку Лену). С 1989 года численность населения Якутска выросла на 67% (!), в том числе за счет естественного прироста. Маятниковая миграция из пригородов ежедневно составляет, в зависимости от сезонов года, от 25 до 45 тыс. жителей. Суммарное потребление тепловой энергии здесь (без учета агломерации) стабильно – порядка 2,6 млн Гкал в год, наибольшую долю спроса формирует население (около 66,2%) и сфера услуг (29,8%). 

Выработку тепла на 70% (более 2,5 млн Гкал в год) обеспечивают сегодня три мощных источника когенерации – Якутская ГРЭС, первая очередь Якутской ГРЭС-2 и Якутская ТЭЦ (все объекты принадлежат «Якутскэнерго», их установленная мощность 1508 Гкал/час, располагаемая 1020 Гкал/час). Последнюю ввели еще в 1937 году, формально она до сих пор тоже вырабатывает электроэнергию – но давно уже исключительно для собственных нужд (что «роднит» ее, например, с Мурманской ТЭЦ). В перспективе отпуск тепла от ТЭЦ будет сокращаться – с одновременным увеличением отпуска от двух очередей ЯГРЭС-2. Источники «Якутскэнерго» соединены по радиально-кольцевой схеме, но работают на собственные контуры. И покрывают более 50% суммарной тепловой нагрузки. У компании есть еще три котельных, выведенных в холодный резерв.

При этом по занимаемой территории системы теплоснабжения и охвату населенных пунктов в агломерации лидирующее положение занимают источники муниципального АО «Теплоэнергия» (в собственности и на техобслуживании – 41 котельная общей мощностью 419,781 Гкал/час, обеспечивают 17% выработки). Всего же в городе эксплуатируется 74 котельные с централизованной поставкой тепловой энергией (их суммарная мощность 697,66 Гкал/час), на индивидуальные источники тепла (крышные, квартирные, домовые котельные) приходится еще 232,58 Гкал/час.

Тепловая нагрузка потребителей в зоне централизованного теплоснабжения на отопление, вентиляцию и ГВС присоединена, в основном, через 57 ЦТП (в том числе 42 – от тепловых сетей «Якутскэнерго»). Общая мощность источников в Якутске составляет 2471,62 Гкал/час, при присоединенной нагрузке 1173,556 Гкал/час.

Набор основных проблем теплохозяйства здесь типичен для любого крупного города. Для СЦТ в Якутске характерны значительные объемы свободной мощности источников тепла, при сложившихся существенных ограничениях пропускной способности магистральных и распределительных трубопроводов. Общая протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении в городе превышает 636 км, из них в замене нуждаются более 60 км. Ежегодные реконструкции пока не позволяют радикально сменить тренд на деградацию инфраструктуры. Сложность еще и в том, что тепловые сети в Якутске, в связи с климатическими особенностями, проложены совместно с трубопроводами ХВС и ГВС (поэтому большая часть из 50 ТСО одновременно являются еще и поставщиками услуг водоснабжения). А износ этих сетей в среднем превышает 50%, и объемы ремонтов на них пока тоже крайне недостаточны. 

Несмотря на сохранение темпов строительства, резкого роста объемов потребления тепловой энергии в городе, по данным из Схемы теплоснабжения до 2032 года (актуализация на 2021 год), не прогнозируется. К 2032 году ожидается даже снижение спроса не менее чем на 45% в сопоставимых условиях (при ожидаемом увеличении населения до 500 тыс. человек и приросте площади строительных фондов более чем на 80%). Поэтому основные усилия в сфере тепла планируется направлять не столько на покрытие перспективной потребности в тепловой энергии (с запуском второй очереди ЯГРЭС-2 ее будет с избытком), сколько на оптимизацию и модернизацию сетевых сооружений (путем строительства ЦТП с ликвидацией убыточных котельных – в том числе и для более рационального использования крупных источников, особенно двух очередей ГРЭС-2). 

Процессы явно должны ускориться после объединения «Якутскэнерго» и «Теплоэнергии». Сейчас в Якутске действует пять зон ЕТО, в том числе три – на территории самого города. Центральную часть (четвертая зона) обслуживает ПАО «Якутскэнерго», южную и микрорайон Марха – «Теплоэнергия». С 1 января 2021 года все пять зон планируется объединить под крылом «Якутскэнерго», а потом, до конца следующего года, создать на базе активов этой компании и «Теплоэнергии» единое теплосетевое предприятие (ему перейдет статус главного ЕТО). Вполне возможно, что это позволит Якутску в будущем перейти и в ценовую зону теплоснабжения. На этом фоне включение в СЦТ двух современных ГРЭС стоит рассматривать как одно из ключевых условий повышения эффективности всей централизованной системы.

Какой будет вторая очередь?

Технологически вторая очередь Якутской ГРЭС-2 будет такой же, как и первая. Хотя проектировщик провел сравнительный анализ 15 (!) различных вариантов, в том числе со строительством ПГУ, паросилового блока и газовых турбин нескольких производителей. в итоге было решено строить две, а не четыре, ГТУ, причем не американской GE (что в нынешних условиях выглядит логичным шагом), а российского ООО «Русские газовые турбины». В остальном же – это будет классический дуэт газовых турбин с водогрейными котлами-утилизаторами, который позволит получать на энергоблоках тепловую мощность в 194 Гкал/час.

Проектная годовая выработка электроэнергии второй очередью может превысить 1,33 млрд кВт*часов, тепла – 727 тыс. Гкал (всего отпуск по Якутску, с учетом котельных муниципального АО «Теплоэнерго», по итогам 2019 года составил 1,88 млн Гкал, к 2023 году прогнозируется рост до 1,99 млн Гкал). По этим показателям, кстати, выбранный для строительства вариант оказался вне конкуренции – проектная выработка и тепла, и электричества во всех других случаях оказалась бы скромнее. 

Хотя при строительстве первой очереди Якутской ГРЭС-2, как было сказано вначале, инфраструктурный задел под ее расширение заложили на той же новой площадке, вторую очередь построят все-таки на территории «старой» ЯГРЭС, с максимальным сохранением существующих там сооружений. Сделано это в целях «оптимизации выдачи тепловой мощности». Кроме всего прочего, для расширения главного корпуса на ЯГРЭС-2 под новые ГТУ пришлось бы вырубать лес – деревья лиственных (береза) и хвойных (лиственница и сосна) пород. Мало того, что на перевод земель лесного фонда в промышленные ушло бы много времени, потребовалось бы еще и закладывать затраты не только на выкорчевку пней и густого подлеска, засыпку ям, но и на лесовосстановительные мероприятия. 

В отличие от первой очереди ГРЭС-2, которая возведена на окраине, при строительстве ГТУ на «старой» ГРЭС придется дополнительно вложиться в установку шумозащитных экранов высотой не менее 16 метров, толщиной 0,5 метра и длиной примерно 900 метров – это необходимо для понижения уровня шума (главная «беда» всех ГТУ-ТЭЦ). Также нужно будет проложить еще один газопровод и смонтировать новую ДКС (основным и резервным топливом будет тот же газ Средневилюйского, а также Мастахского ГКМ, аварийным - ДТ). Но при этом здесь не потребуется строить ВПУ подпиточной воды теплосети (в качестве нее будет использоваться подготовленная вода от Якутской ТЭЦ). 

Таким образом, в Якутске с 2026 года должна будет заработать не одна Якутская ГРЭС-2, состоящая из двух очередей, а фактически две новые электростанции, на двух разных площадках. За счет этого «Якутскэнерго» сможет не только закрыть изношенную Якутскую ГРЭС, но и вытеснить часть устаревших, малоэффективных котельных, не отвечающих экологическим требованиям. Выбросы же загрязняющих веществ в атмосферный воздух от новых станций окажутся минимальными. На площадке ЯГРЭС построят две новых дымовых трубы по 60 метров каждая. Эта высота, по всем расчетам, позволит обеспечить рассеивание эмиссий окислов азота и СО (основных загрязнителей в газовой генерации) в рамках действующих ПДК.