Распределенная энергетика в России.
Генераторы для применений с дизельными двигателями, а также с газовыми и паровыми турбинами

В настоящее время основная часть вырабатываемой электроэнергии на территории России производится централизованно, на крупных тепловых, атомных и гидроэлектростанциях. Мощные электростанции имеют превосходные экономические показатели и обычно передают электроэнергию на большие расстояния. Место строительства большинства из них обусловлено совокупностью экономических, экологических, географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности. Например, угольные станции строятся вдали от городов для предотвращения сильного загрязнения воздуха, влияющего на жителей; при этом некоторые из них строятся вблизи угольных месторождений для минимизации стоимости транспортировки угля.

Необходимым фактором роста экономики является введение новых производственных мощностей, что невозможно представить без увеличения потребления электроэнергии. К сожалению, приходится констатировать, что на данный момент большая часть территории России находится в зоне децентрализованного электроснабжения. Один из вариантов удовлетворения спроса на электричество и тепло в таких местах — строить и вводить в эксплуатацию небольшие ТЭЦ. Концепция распределенной генерации подразумевает строительство источников электроэнергии в непосредственной близости от потребителей. Мощность таких источников выбирается исходя из ожидаемой мощности потребителя с учетом имеющихся ограничений (технологических, правовых, экологических и т. д.) и может варьироваться в широких пределах. Это позволяет снизить потери электроэнергии при ее передаче на большие расстояния.

Все объекты распределенной, или, как зачастую ее называют, малой генерации можно условно разделить на стационарные и передвижные. К первым, как правило, относятся газотурбинные ТЭЦ сравнительно большой мощности. Передвижные объекты представляют собой модули высокой степени заводской готовности с установленным газопоршневым или дизельным агрегатом.

Существует и другая классификация объектов выработки электро­энергии — по установленному генерирующему оборудованию:

1. газотурбинные ТЭЦ, состоящие из одной или нескольких газотурбинных установок;
2. газопоршневые ТЭЦ, состоящие из одного или нескольких газопоршневых двигателей;
3. дизель-генераторные установки (установки на дизельном топливе);
4. микротурбинные электростанции, а также перспективные, но пока еще недостаточно развитые на территории России установки на биотопливе, технологии на энергии солнца и ветра.

На текущий момент наиболее крупную часть в распределенной генерации занимают дизельные электростанции (ДЭС). Они имеют свои преимущества перед другими типами электростанций, но не лишены и недостатков. К преимуществам в первую очередь следует отнести высокий КПД таких установок, что уменьшает расход топлива, а также компактность размеров и быстроту строительства, что снижает инвестиции в строительство, монтаж и обслуживание. Основными ограничивающими факторами развития ДЭС в России является высокая стоимость топлива и низкий ресурс оборудования. В этой связи ДЭС находят свое применение, в том числе, в качестве резервных источников питания на месторождениях, а также для школ, больниц, офисов и предприятий, где не требуется продолжительная работа станции и длительный срок службы. В данных применениях ДЭС позволяют избежать негативных последствий в случае отключения основного оборудования (медицинского, холодильного, охранного и т. п.) и продолжить функционирование потребителей в штатном режиме.

Рис. 1. Дизельная электростанция с низковольтным генератором АББ серии AMG

Одним из наиболее ответственных узлов ДЭС является генератор — электрическая машина, которая преобразует механическую энергию приводного дизельного двигателя в электрическую. Последние два года компания АББ представляет на российском рынке серию низковольтных генераторов AMG (рис. 1), в которых низкая стоимость (за счет стандартной конструкции) сочетается с богатой функциональностью, что позволяет использовать их с большинством типов существующих дизельных двигателей (рис. 2).

Рис. 2. Низковольтные генераторы АББ для дизельных двигателей

Газотурбинные теплоэлектростанции (ГТУ ТЭС) целесообразно использовать удаленным потребителям, для которых характерны длительные периоды непрерывной работы. Газовая турбина преобразует энергию топлива в механическую энергию вращения вала и в потенциальную тепловую энергию горячих газов. Далее энергия вращения вала посредством редуктора или, в некоторых случаях, напрямую передается на вал генератора. Непосредственно в генераторе уже происходит выработка электрической энергии, которая передается потребителям. Электрический КПД всей системы при этом составляет от 25 до 38% в зависимости от мощности турбины и от производителя. Так как температура выхлопных газов достаточно велика (+400…+500 °С), их используют в котле-утилизаторе для выработки тепла. При этом суммарный КПД достигает 85–90%. На более мощных блоках в котлах-утилизаторах получают пар, пригодный для использования в паровых турбинах, тем самым электрический КПД повышается до 50–60%. На рис. 3 представлен пример применения высоковольтного генератора на ПГУ ТЭС «Строгино».

Рис. 4. Высоковольтный генератор АББ на ПГУ ТЭС «Строгино»

Компания АББ является одним из лидеров по производству генераторов для работы в составе энергоблоков совместно с газовыми и паровыми турбинами (рис. 4). На данный момент на территорию России поставлено уже более 100 генераторов суммарной мощностью более 2,5 ГВт.

Четырехполюсные генераторы вырабатывают электроэнергию на электростанциях, целлюлозно-бумажных комбинатах, нефтяных месторождениях и многих других объектах Российской Федерации в самых различных климатических условиях. Диапазон мощностей такого рода генераторов доходит до 90 МВА.

Рис. 4. Стандартная конструкция генератора АББ для паровой или газовой турбины

Объекты распределенной генерации в России чаще востребованы на территории Сибири и Дальнего Востока, где основным требованием, помимо надежности и безопасности, выступает устойчивость к экстремальным условиям эксплуатации. Генератор, как ключевой компонент системы, должен отвечать тем же требованиям. Каждый из линейки генераторов АББ гарантирует стабильную работу генерирующих установок и выполнение любых задач в сложных условиях. С увеличением надежности новых объектов распределенной генерации, в ближайшей и долгосрочной перспективе они смогут составить серьезную конкуренцию строительству крупных генерирующих мощностей.