Кузнецов В. А.
Камчатская область - уникальная часть России, обладающая исключительными запасами геотермальной энергии. Освоение этого природного, практически неисчерпаемого источника является главным и экономически оправданным решением энергоснабжения Камчатского региона.
Характерной чертой развития современной энергетики является широкое вовлечение в энергобаланс многих стран мира возобновляемых источников энергии. В структуре производства электроэнергии на долю нетрадиционных источников в 1973 г. приходилось всего 0,7% мирового объема произведенной электроэнергии, тогда как в 1999 г. этот объем достиг уровня 1,75%. Существенный вклад в рост этих показателей вносит использование геотермального теплоносителя при его преобразовании в электроэнергию, вырабатываемую на электростанциях многих стран общей установленной мощностью более 9000 МВт. В общем контексте проводимой реструктуризации отечественной энергетики использование региональных энергетических ресурсов является радикальным решением проблем энергообеспечения. И таким примером успешного использования собственной ресурсной базы является Камчатская область. Критическая ситуация, сложившаяся в последние годы в энергетике области, испытывающей большие трудности с энергообеспечением населения и промышленности, решается вводом новых генерирующих мощностей, не зависящих от привозного органического топлива. Поэтому ориентация на использование собственных нетрадиционных источников энергии и, в первую очередь, геотермальных ресурсов, является основной концепцией развития региона.
В этом отношении Камчатка располагает уникальными запасами геотермальной энергии, достаточной для обеспечения полуострова электроэнергией и теплом на столетия. По оценкам запасы термального пара и воды Камчатской области способны обеспечить суммарную электрическую и тепловую мощность, превышающую 2000 МВт, что во много раз превосходит ее потребности. Даже 25%-ное освоение геотермального потенциала Камчатского полуострова способно превратить его в высокоразвитый и энергообеспеченный регион России.
До настоящего времени на Камчатке было исследовано более двух десятков геотермальных полей, среди которых самым крупным и хорошо изученным является Мутновское месторождение. Его запасы способны обеспечивать работу геотермальных электростанций мощностью более 300 МВт, а теплоноситель этого резервуара выгодно отличается низкой минерализацией (менее 2,5 г/л) и представляет собой насыщенный пар с давлением 7,0 кгс/см2 и температурой 240°С при энтальпии до 2760 кДж/кг.
Опытно-промышленное освоение геотермальных ресурсов Камчатской области началось в 60-е годы минувшего столетия, когда была пущена Паужетская ГеоЭС мощностью 5 МВт. Позднее, в 1982 г., после строительства второй очереди мощность электростанции была увеличена еще на 6 МВт. Однако дальнейшее освоение природных ресурсов области не получило должного развития. Обеспечение энергетической независимости Камчатской области на основе использования геотермальных ресурсов стало возможным только в 1994 г., когда в результате создания АО Геотерм была начата реализация государственной программы “Экологически чистая энергетика”. В рамках этой программы совместно с администрацией области в 1999 г. была пущена в опытно-промышленную эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС мощностью 12 МВт. Пуск и успешная эксплуатация первой очереди этой электростанции привлекли внимание и интерес международных финансовых институтов к другим экологически чистым и эффективным проектам такого рода в регионе.
В 1997 г. Европейский банк реконструкции и развития выделил кредит на освоение геотермального поля и строительство Мутновской ГеоЭС. Безусловно, получению этого кредита предшествовала кропотливая работа АО Геотерм, РАО “ЕЭС России”, Минфина РФ и Администрации Камчатской области. Выделение подобных кредитов всегда обусловлено проведением международного тендера. При этом кредиторы, как правило, выдвигают повышенные требования к потенциальным подрядчикам, осуществляющим сооружение крупных инвестиционных объектов, подобных Мутновской ГеоЭС. В условиях жесткой конкуренции с фирмами западных стран, в том числе Японии, победителем этого конкурса стало ФГУП “ВО “Технопромэкспорт”, которое имеет большой опыт участия в международных торгах по строительству объектов энергетики с использованием кредитов международных структур.
План площадки I очереди Мутновской ГеоЭС
Поэтому в своем предложении мы учли новейшие технологические решения, используемые в работе подобных объектов, и на практике применили весь свой опыт оптимизации достижения нужного технического уровня на объекте и коммерческой оправданности его реализации. По итогам торгов право осуществлять работы по обустройству геотермального поля было присуждено АО Камчатагропромстрой, а по бурению и ремонту скважин - АО Востокгеология. В конце сентября 1999 г. с ФГУП “ВО “Технопромэкспорт” был подписан контракт на условиях “под ключ” всего комплекса работ по проектированию, поставке оборудования, строительству и вводу в эксплуатацию Мутновской ГеоЭС с двумя энергоблоками традиционного цикла общей мощностью 50 МВт.
Состав и характеристика проекта.
Одной из стратегических целей этого проекта является решение ряда важнейших задач, основная из которых - снижение зависимости области от дорогостоящего привозного топлива и переход на использование богатейших запасов термального тепла Земли. При этом для обеспечения экологической чистоты проекта в технологической схеме электростанции предусмотрена система закачки конденсата и сепарата обратно в земные пласты, а также предотвращение выбросов сероводорода в атмосферу. Главной же целью реализации контракта является завершение в 2002 г. строительства современной, эффективной и надежной Мутновской ГеоЭС.
Необходимо отметить, что работе по реализации проекта предшествовала программа изучения мирового опыта строительства геотермальных электростанций с выездом представителей Технопромэкспорта и проектной организации в такие страны, как Исландия и Япония, где указанные технологии нашли широкое применение.
Основными объектами строительства на пр ом- площадке Мутновской ГеоЭС являются: главный корпус, здание КРУЭ 220 кВ, объединенно-вспомогательный корпус (ОВК), здания вентиляционных градирен, а также соответствующее им наружное баковое хозяйство и эстакады с трубопроводами, подземные инженерные сети.
Вне рамок контрактных обязательств Технопромэкспорта по проекту выполнялись буровые работы и восстановление скважин, обеспечивающих подачу не менее 320 т/ч геотермального пара в технологическую схему ГеоЭС при давлении 0,7 МПа. Помимо этого осуществлялись поставки оборудования для системы подготовки пара. Сюда входят сепаратор первой ступени, шумопоглотиntли и вспомогательное оборудование, которые позволяют получать степень влажности пара на входе турбины не более 0,05%.
По своим технико-экономическим показателям и уровню защиты окружающей среды Мутновская ГеоЭС призвана стать лучшей среди подобных отечественных электростанций, служить образцом для строительства новых и расширения существующих на качественно новом уровне производства электроэнергии и тепла.
Контрактом на строительство ГеоЭС определены следующие технико-экономические показатели электростанции:
Установленная мощность ГеоЭС, МВт 50
Расход пара на входе в сепаратор II ступени, кг/с: на один блок 44,5
на всю ГеоЭС 89
Мощность (нетто), МВт:
блока 23,03
ГеоЭС 46,06
Удельный расход пара блока (нетто), ,
кгДкВт-ч)
В главном корпусе установлены сепараторы II ступени, продольно расположенные вдоль машзала турбоагрегаты и их вспомогательное оборудование, насосы охлаждающей воды и реинжекции конденсата, установки дозирования и др. Для ремонтного обслуживания в машзале установлены два мостовых крана грузоподъемностью 32 и 5 т.
Схема блока № 1 Мутновской ГеоЭС
Технологической схемой электростанции предусмотрено использование пара, получаемого двухступенчатой сепарацией пароводяной смеси, забираемой из геотермальных скважин, для выработки электроэнергии в двух паротурбинных агрегатах конденсационного типа, работающих в базовом режиме с начальным давлением пара 6,5 бар. Изготовленный АО “Машиностроительный завод ЗиО-Подольск” сепаратор II ступени будет обеспечивать на выходе пар с сухостью более 0,9998 и общим солесодержанием менее 0,5 ppm. Для обеспечения этих параметров пара сепаратор имеет промывочное устройство, в которое подается чистый конденсат от турбины. Активно-реактивная, двухпоточная турбина типа К-25-0,6Гео (изготовлена АО “Калужский турбинный завод”) обеспечивает номинальную мощность 24,65 МВт. Это достигается при начальном давлении пара перед стопорной захлопкой 0,62 МПа, содержании в паре неконденсирующихся газов 0,4% (по массе), давлении пара в конденсаторе 5,0 кПа и расходе пара 42,879 кг/с.
Система автоматического регулирования и защиты турбин состоит из двух функциональных частей: электронной решающей и гидромеханической исполнительной. Проектом предусмотрена оборотная система техводоснабжения с “мокрой” четырехсекционной вентиляторной градирней, которая рассчитана на отвод тепла от конденсатора турбины и вспомогательного оборудования блока и при расчетных климатических условиях (- 2°С) обеспечивает температуру воды на входе в конденсатор 15°С.
В насосном отделении главного корпуса установлены также циркуляционные насосы главной охлаждающей воды (2 х 50%). Необходимый кавитационный запас давления на входе в насос обеспечивается его установкой в заглубленном приемке с отметкой - 2,5 м. Проложенные в грунте наружные трубопроводы предусмотрены из армированного пластика. Система вторичной охлаждающей воды работает на пресной артезианской воде, циркулирующей в замкнутом контуре.
В паре с паровой турбиной работает генератор типа Т-25-243-ПН(Б)-СВБД с гарантированной мощностью 24,54 МВт, с напряжением на клеммах 10,5 кВ. Генератор, изготовленный ОАО “Привод” (г. Лысьва), имеет коэффициент мощности 0,85, воздушное охлаждение по замкнутому циклу вентиляции и бесщеточную систему возбуждения. Включение возбуждения генератора осуществляется от системы бесперебойного питания 220 В. Для защиты генератора от внутренних перенапряжений предусмотрена ячейка защиты, в которой установлены разрядники. Генераторы двух энергоблоков подключаются к двум секциям комплектного распределительного устройства напряжением 10,5 кВ. Два трехфазных повышающих трансформатора мощностью 40 МВ-А и напряжением 10,5/220 кВ установлены в отдельных камерах здания КРУЭ 220 кВ и подключены к элегазовому комплектному устройству 220 кВ двойной системой шин. Таким образом, вырабатываемая электроэнергия выдается на одноцепную ВЛ 220 кВ. Помимо отмеченного оборудования в здании КРУЭ установлен трансформатор 32 МВ А напряжением 10,5/35 кВ, предназначенный для плавки гололеда переменным током на линии 220 кВ методом короткого замыкания при отключенных главных повышающих трансформаторах.
Компоновка этого здания предусматривает возможность увеличения мощности ГеоЭС до 300 МВт и подключения еще одной ВЛ 220 кВ.
Для осуществления пуска станции с “нуля” и безаварийного останова при полной потере напряжения собственных нужд установлены два дизель- генератора типа КАС-500 РА мощностью по 500 кВт; при этом для питания потребителей 10 кВ, участвующих в пуске, используется повышающий трансформатор 0,4/10 кВ.
Контроль и управление электростанцией и геотермальным полем осуществляются из единого центра управления (главного щита) главного корпуса электростанции. В комфортабельном зале оборудованы рабочие места для операторов, обеспечивающих работу электростанции и термальных скважин. В проекте также заложена возможность автоматизированного дистанционного управления работой всего комплекса Мутновской ГеоЭС из центрального щита управления, расположенного в поселке энергетиков Термальный в 60 км от ГеоЭС.
Несколько слов о климатических условиях, в которых осуществляется строительство ГеоЭС. Площадка строительства Мутновской ГеоЭС находится вблизи одноименного вулкана на высоте 800 м над уровнем моря и в 130 км к югу от г. Петропавловск-Камчатский. В административный центр можно добраться по единственной автодороге: первые 50 км по твердому покрытию, а далее по грейдерной части, причем, последние 20 км проходимы только полноприводными автомашинами.
Следует отметить, что климат в районе строительства крайне суров: высокий снежный покров, сильные ветры, продолжительные снежные бури, много туманных и облачных дней. В зимний период снег лежит в течение 8-9 мес (с октября по июнь), высота снежного покрова на открытых участках достигает 4 м, а на пониженных участках (в складках рельефа) - до 17 м. Поэтому строительные работы на открытом воздухе можно было проводить только в летний период. Но и в это время погода нас не баловала, так как лето на Камчатке, как правило, короткое и влажное, с частыми туманами и сильными порывистыми ветрами, скорость которых порой превышала 24 м/с. Все эти климатические факторы учитывались нами при объемно-планировочном решении, выборе материалов и конструктивных частей зданий. Поэтому очень важным в этих условиях было возвести здания под крышу и закрыть все технологические корпуса ГеоЭС стеновыми панелями, чтобы обеспечить непрерывный фронт монтажных работ внутри самих зданий. Без преувеличения скажу, что эта задача была решена самоотверженным трудом всех людей, вовлеченных в строительство этого объекта. Сегодня можно отметить, что все сооруженные здания на площадке имеют архитектурно выразительный вид, гармонируют с окружающим ландшафтом и обеспечивают максимальный комфорт для эксплуатационного персонала. Причем, все здания соединены между собой закрытыми пешеходными переходами. С уверенностью можно утверждать, что в такие сжатые контрактные сроки (30 мес) и в подобных экстремальных климатических условиях Техпромэкспорту еще не приходилось строить объекты “под ключ”.
