Модернізація теплових електростанцій — шлях до енергетичної незалежності України

Здавалося б, плюси такої економічної політики очевидні. Але чи готова технічно теплова енергетика до змін? В «Енергетичній стратегії України на період до 2030 року» прогнозується, що за 25 років — з 2005-го по 2030 рік — споживання електроенергії збільшиться в 2,2 разу до 395 мільярдів кіловат-годин на рік, а експортні можливості зростуть до 25 мільярдів кіловат-годин на рік щодо сьогоднішніх 4,2 мільярда кіловат-годин. При цьому теплові електростанції мають виробляти 180 мільярдів кіловат-годин електроенергії на рік, що потребуватиме встановленої генеруючої потужності 46,41 мільйона кіловатів.

Сьогодні обладнання теплових електростанцій зношене й навіть із урахуванням перемаркування устаткування потужності становлять 28,61 мільйона кіловат. (Перемаркування означає погоджену Мінпаливенерго реальну встановлену потужність енергоблоку в цей момент, яка може відрізнятися в більший чи менший бік від проектної. — Авт.). На діючих станціях більшість агрегатів відпрацювали півтора-два нормативні терміни. Наймолодшій з теплових електростанцій в Україні — Зуївській ТЕС — виповнилося 27 років. Відтоді нові ТЕС у галузі не споруджувалися. Очевидно, що використовувати старі — а багато в чому й морально застарілі — ресурси можливо лише в обмежений період часу. Стратегія передбачає, що до 2030 року необхідно не тільки обновити діючі великі ТЕС, а й додатково побудувати теплові електростанції загальною встановленою потужністю генеруючого обладнання 17,8 мільйона кіловатів.

Очевидно, що на цьому етапі розвитку вітчизняної економіки ні державним, ні приватним компаніям не під силу будівництво нових станцій. Водночас фахівці прогнозують: якщо обладнання теплоелектростанцій не обновляти, уже через три—чотири роки Україна відчує дефіцит потужностей. А це означає повернення в 90-ті: віялові відключення споживачів, вимушені простої й пов’язані з ними проблеми. Адже фізично й морально застарілі агрегати й вузли не зможуть забезпечити вироблення електроенергії в необхідному обсязі, а витрати на ремонт зростають з року в рік. Де ж вихід?

Розв’язання складної проблеми знайдено — про це свідчить наукова робота «Створення нових типів і модернізація діючих турбогенераторів для теплових електричних станцій», яка узагальнює результати науково-технічних досліджень, конструкторсько-технологічних рішень і результати практичного впровадження нових зразків турбогенераторів і заходи з їх модернізації на діючих ТЕС. Авторський колектив поєднує науку й практику: представників акціонерного товариства «Міжрегіональна електроенергетична асоціація «ЕЛТА», державного підприємства «Електроважмаш», компанії ДТЕК, а також Інституту електродинаміки НАН України. Союз виявився успішний: приватна енергогенеруюча компанія точно і ємно сформулювала мету, вчені та виробничники запропонували варіанти й ідеї, які після всебічного аналізу були реалізовані на декількох теплоелектростанціях.

«Наше підприємство виготовляє турбогенератори потужністю 200 і 300 МВт близько 50 років, — розповів директор заводу «Електроважмаш» Віталій Чередник. — Ці машини, які створили основу енергетики СРСР, давно відпрацювали свій ресурс і потребують реконструкції чи заміни. Тому останніми роками ми разом з АТ «МЕА «ЕЛТА» працювали над зміною конструкції серійних турбогенераторів для підвищення їх надійності, довговічності та ремонтопридатності. Наукові та конструкторські розробки, використані і під час створення нових генераторів, і модернізації експлуатованих, дали можливість істотно підвищити їхню потужність, надійність і продовжити термін служби».

Науково-технічний прогрес не стоїть на місці, і за піввіку роботи генераторів харківського виробництва з’явилися нові матеріали й нові технології. Прогрес в галузі виробництва нових ізоляційних матеріалів для високовольтних обмоток статорів турбогенераторів з підвищеною електричною міцністю й теплопровідністю потребував розробки нових технологічних процесів для виготовлення елементів статорних обмоток і розробки вдосконалених способів складання обмоток статорів турбогенераторів. Це стало одним із заходів, які забезпечили підвищення потужності й надійності при модернізації діючих турбогенераторів, підкреслив директор підприємства.

Продовжити термін служби генераторів, збільшити їхню продуктивність і економічні показники — такі завдання поставила перед розроблювачами компанія ДТЕК. Приватний бізнес не може розраховувати на державні кошти або кредити під державні гарантії. Реконструкція на підприємствах компанії здійснюється за рахунок власних коштів і повинна бути виконана з максимальною ефективністю й в обмежений за часом термін. На цьому етапі в компанії обрали шлях повузлової реконструкції, який полягає в заміні й продовженні терміну служби застарілих вузлів і обладнання. Це дасть змогу виграти час, нагромадити сили й досвід для майбутнього будівництва нових енергоблоків.

«Оскільки під час реконструкції блок зупиняється на вісім—дев’ять місяців, з’являється можливість зробити максимум для збільшення його потужності й поліпшення інших параметрів. Ще кілька років тому провідні машинобудівні фірми світу на всі наші пропозиції про модернізацію того чи іншого генератора пропонували тільки повну заміну агрегату, який відпрацював свій вік. Наші пропозиції обійтися менш радикальними заходами й слухати не хотіли. Так, генератори на ТЕС, що входять до нашої компанії, відпрацювали від 25 до 50 років кожний. Але який сенс в окремому новому генераторі при збереженні існуючої технології спалювання вугілля? Адже за прогнозами, через десять — п’ятнадцять років теплова енергетика використовуватиме зовсім інші технології. Це було однією з причин вибору шляху повузлової реконструкції», — пояснює потреби замовника керівник департаменту з генерації електроенергії компанії ДТЕК Віктор Бичик.

Фахівці компанії запропонували використовувати нові напрацювання вітчизняних заводів-виготовлювачів, залишити основні корпусні деталі й замінити тільки внутрішнє «начиння», яке зазнає найбільшого навантаження. Серед запропонованих «ноу-хау» — заміна обмотки з новим типом ізоляції, яку застосовують провідні закордонні фірми, збільшення поверхні газоохолоджувачів, модернізація ротора із застосуванням технологій, розроблених заводом-виготовлювачем.

«Аналіз експлуатаційних режимів, відмов у роботі обладнання потребував виконання комплексу наукових досліджень, на основі яких були знайдені нові конструктивні рішення. До них належить новий підхід до охолодження обмоток статора й ротора, клиновки пазів статора й ротора, конструкції кінцевих зон ротора й статора, — зазначив Віталій Чередник. — У процесі створення асинхронізованих турбогенераторів була розроблена математична модель синхронної машини з багатообмоточними роторами. За її допомогою розроблено конструктивні рішення, які дали можливість вперше створити потужний асинхронизований турбогенератор. Також створена база для нового покоління синхронних генераторів для енергетики».

Отже, потужність турбогенератора після реконструкції відповідає потужності модернізованої турбіни. Цифри, наведені співрозмовником, більш ніж переконливі. Вартість нового генератора — від 15 до 20 мільйонів доларів. А вартість модернізації агрегатів, виконаної на Курахівській і Зуївській ТЕС, —максимум 2—3 мільйони доларів. При цьому економічний ефект на оновленому генераторі — такий же, як і у разі повної заміни новим. Тоді навіщо платити більше?

«Треба віддати належне машинобудівникам, які виготовили агрегати ще в Радянському Союзі, — додає Віктор Бичик. — Ніхто не міг подумати тоді, що вони пропрацюють стільки часу. На багатьох генераторах стан корпусних деталей дуже добрий. Звичайно, до кожного генератора потрібний індивідуальний підхід. Але наше рішення можна застосовувати в 80 відсотках випадків. Інші 20 відсотків потребують уже заміни «заліза» — наприклад, з такою проблемою ми зіштовхнулися на Луганській ТЕС. Проте і тут максимально намагаємося зберегти те, що було — у цьому разі ротор. Решту корпусних деталей були змушені демонтувати й замовити на заводі нові».

Роботи такого масштабу і з таким результатом у світі ще не проводили. Фахівці пригадують схожий досвід Польщі, яка свого часу шляхом реконструкції збільшила охолоджувальну здатність третини генераторів. «Ми пішли таким шляхом, але розширили перелік робіт, — пояснює експерт. — При цьому польські енергетики одержували додаткову потужність в 8—10 МВт на блоці 200 МВт. Досвіду реконструкції блоків 300 МВт у них не було взагалі. А ми на таких блоках після відновлення одержуємо «збільшення» в 25 МВт, і це — не межа». Новизну й конкурентоспроможність технічних рішень захищено 60 авторськими свідоцтвами і 12 патентами. За цією тематикою захищено дві докторські та дев’ять кандидатських дисертацій.

І ще одна особливість зазначеної роботи: термін від ідеї до її впровадження виявився мінімальний. Рішення у вигляді детально розписаної програми модернізації було готове за рік. Це свідчить про затребуваність розробленої технології, а також високий професіоналізм усіх учасників проекту. «Теоретики» і «практики» були так тісно пов’язані, що виконати найскладнішу реконструкцію вдалося без порушення робіт на інших агрегатах, з урахуванням обладнання, що залишається в експлуатації. Сьогодні досвід ДТЕК уже використовують у повузловій реконструкції інші генеруючі компанії — «Західенерго» і «Дніпроенерго». Навіть іноземні партнери, які раніше і не розглядали такий варіант відновлення генератора, тепер почали пропонувати аналогічну заміну. Енергетики не приховують, що конкуренція виробників обладнання піде лише на користь: тепер виробничники зможуть підібрати кращий варіант із декількох.

Нова технологія затребувана часом і дає змогу продовжити термін служби агрегатів теплоелектростанцій до того часу, коли в Україні розпочнеться будівництво нових станцій і енергоблоків. Об’єктивні факти свідчать про те, що існуючі турбогенератори на ТЕС ще тривалий час використовуватимуться. Це потребує нового підходу до модернізації наявних агрегатів і проектування нових зразків турбогенераторів, що, у свою чергу, ставить завдання розвитку нових досліджень в галузі моделювання електричних машин, розробки заходів з підвищення надійності елементів конструкції. Позитивний досвід заводу «Електроважмаш», асоціації «ЕЛТА» і компанії ДТЕК з модернізації діючих генераторів відкриває широку перспективу для відновлення всіх аналогічних агрегатів потужністю 200 і 300 МВт в Україні та за її межами. Робота розв’язує проблему державного значення — збільшення енергоефективності теплових електростанцій країни. Новоспоруджені й модернізовані турбогенератори відповідають світовому рівню й забезпечують сучасні вимоги з економічності, надійності та маневреності. Усе це дає можливість розв’язати проблему відновлення турбогенераторного парку на теплоелектростанціях України й розширити експортні можливості вітчизняних енергетичних підприємств.

Усе зазначене свідчить про те, що робота «Створення нових типів і модернізація діючих турбогенераторів для теплових електричних станцій» заслуговує на присудження Державної премії України в галузі науки та техніки за 2011 рік.