image
energas.ru

Газовая промышленность № 11 2016

Энергоснабжение и энергосбережение

01.11.2016 11:00 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ЭНЕРГЕТИКИ ОБЪЕКТОВ ПАО «ГАЗПРОМ» В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
В статье рассматриваются основные положения концепции развития и направления модернизации систем инженерной инфраструктуры (электро- и теплоснабжения) технологических объектов ПАО «Газпром» в современных условиях. В качестве основных направлений модернизации предлагаются формирование инновационных энергоэффективных энергокомплексов на базе блочно-комплектных изделий высокой заводской готовности, переход на интеллектуальный микросетевой принцип формирования гибридных энергосистем, создание ресурсоэффективных энергоустановок и энергокомплексов, приведение в соответствие требованиям энергоэффективности и качества энергоснабжения энергосистем локальных технологических объектов.
Приведены примеры инновационного энергетического оборудования и технологий отечественного производства.
Ключевые слова: ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ, ЭНЕРГОКОМПЛЕКС, ЭНЕРГОУСТАНОВКА, УНИФИКАЦИЯ, БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, КОГЕНЕРАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ, ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, АКТИВНО-АДАПТИВНЫЕ МИКРОСЕТИ, ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ, ОРЦ-МОДУЛИ, ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ, ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНЫЙ АГРЕГАТ, УПРАВЛЕНИЕ СПРОСОМ.
Открыть PDF


1.jpg

Государственной программой Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики» [15] определена основная задача топливно-энергетического комплекса (ТЭК) – надежное обеспечение страны топливно-энергетическими ресурсами, повышение эффективного их использования и снижение антропогенного воздействия ТЭК на окружающую среду. В целом эти задачи стоят и перед энергетикой газовой отрасли.

Фактическое состояние систем инженерной инфраструктуры (в первую очередь – электро- и теплоснабжения) технологических объектов ПАО «Газпром» характеризуется значительным физическим и моральным износом основного и вспомогательного оборудования. В ряде случаев техническое состояние систем инженерной инфраструктуры технологических объектов не соответствует современным требованиям надежности, энергетической эффективности и промышленной безопасности, следствием чего являются значительные риски аварий. Оборудование очистных сооружений и сетей канализации зачастую не соответствует требованиям Федерального закона от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [16], что существенно повышает риски выплаты штрафных санкций.

Распоряжением Правительства РФ от 1 сентября 2016 г. № 1853-р «Об утверждении Плана мероприятий («Дорожной карты») по повышению энергетической эффективности зданий, строений и сооружений» [17] с целью рационального использования энергоресурсов предусмотрено уменьшение удельного расхода тепловой энергии в административных зданиях на 25 % к 2025 г.

В соответствии с изложенным состояние существующих систем электро- и теплоснабжения вошло в противоречие с требованиями к современным методам автоматизации, энергосбережения, конструктивным материалам для зданий, сооружений, электрических и тепловых сетей и энергоустановок.

2.jpg

С учетом развития научно-технического прогресса, появления на рынке большого многообразия инновационного энергетического оборудования отечественного производства возникает настоятельная необходимость разработки и технико-экономического обоснования основных направлений развития систем инженерной инфраструктуры технологических объектов ПАО «Газпром», включающих замену физически и морально устаревшего оборудования современным энергоэффективным оборудованием, наиболее полно использующим тепловую энергию топлива, с минимальными выбросами токсичных продуктов сгорания в окружающую среду, внедрение оптимальных схемных решений и режимов функционирования энергетических систем, научно обоснованных подходов к электро- и теплопотреблению объектов, управления спросом на энергию, аппаратуры контроля и диагностики состояния энергетического оборудования, что обеспечит существенное снижение затрат Общества на реконструкцию, техническое перевооружение и эксплуатацию систем электро- и теплоснабжения технологических объектов (на 25–30 %), повышение надежности энергоснабжения технологических объектов добычи, транспортировки, подземного хранения и переработки природного газа, стабильное функционирование ЕСГ России.

В связи с изложенным представляется целесообразной разработка Концепции развития систем инженерной инфраструктуры (электро- и теплоснабжения) технологических объектов ПАО «Газпром». Разработка Концепции должна проводиться на основе комплексного системного исследования передового мирового и отечественного опыта применения инновационных технических, финансово-экономических и нормативно-правовых решений в области использования систем инженерной инфраструктуры.

В Концепции планируется сформировать условия, цели и задачи использования инновационных технических решений и оборудования для энергообеспечения потребителей технологических объектов ПАО «Газпром» на основе блочно-комплектных изделий высокой заводской готовности, учитывающих применение перспективных технологий и современных технических решений с максимальным использованием оборудования отечественного производства.

3.jpg

Основная задача Концепции – повышение надежности энергоснабжения, энергетической эффективности и улучшение показателей энергетической безопасности ЕСГ России, решение вопросов эффективного энергообеспечения удаленных автономных объектов и вдольтрассовых потребителей, снижения расхода газа на собственные нужды и нетехнологические цели, а также укрепление имиджа ПАО «Газпром» как ведущей энергетической компании, способной реализовать энергоснабжение потребителей за счет использования передовых энергетических технологий и оптимизации затрат на электро- и теплоснабжение.

4.jpg


Реализация основных положений Концепции обеспечит:

·         повышение обоснованности принятия управленческих решений по разработке программ модернизации систем инженерной инфраструктуры технологических объектов ПАО «Газпром», организации на отечественных предприятиях НИОКР по созданию нового оборудования и серийного производства оборудования систем инженерной инфраструктуры для технологических объектов ПАО «Газпром»;

·         снижение затрат на реконструкцию, техническое перевооружение и эксплуатацию систем электро- и теплоснабжения;

·         выполнение заданных показателей по объемам добычи, транспортировки, подземного хранения и переработки газа;

·         обеспечение промышленной и экологической безопасности энергетических объектов;

·         снижение расхода и потерь используемых энергетических ресурсов;

·         улучшение условий труда обслуживающего персонала.

5.jpg

Опережающее технологичес­кое развитие ТЭК России в современных условиях связано с более широким использованием отечественных конкурентоспособных технических и технологических решений.
В настоящее время особенностью инновационного технологического развития является появившееся на мировом рынке и в нашей стране большое многообразие нового энергетического оборудования, определяющего значительные технологические прорывы в энергетической отрасли [1–3].

В этих условиях ключевыми направлениями модернизации систем энергоснабжения становятся:

·         опережающее формирование научно-технической политики в сфере технологического развития энергетики с учетом достижений научно-технического прогресса;

·         организация производства и сертификация инновационного энергетического оборудования.

6.jpg

В период с 10 по 14 октября 2016 г. в Уфе проведены заседание секции «Энергетика» Научно-технического совета ПАО «Газпром» на тему «Электроснабжение производственных объектов. Схемные и технические решения. Вопросы электромагнитной совместимости» и Отраслевое совещание по итогам разработки и внедрения новых видов энергетического оборудования и технологий на объектах ПАО «Газпром» в 2016 г.

В рамках заседания и совещания были рассмотрены и обсуждены следующие основные вопросы:

·         проблемные вопросы применения действующих нормативных правовых актов технического регулирования в энергетике;

·         внедрение системы управления надежностью работы энергетического оборудования;

·         вопросы эффективного применения частотно-регулируемых приводов на объектах ПАО «Газпром»;

·         вопросы электромагнитной совместимости электротехнических систем с частотно-регулируемыми электроприводами;

·         эффективное использование возобновляемых источников энергии в комбинации с традиционными энергоресурсами для энергоснабжения объектов ПАО «Газпром»;

·         применение автономных энергоустановок с различными источниками энергии (в том числе возобновляемыми) на объектах транспортировки и добычи газа;

·         применение инновационных систем при разработке и изготовлении щитового оборудования низковольтных комплектных устройств;

·         новые разработки шкафов комплектных распределительных устройств напряжением 6–35 кВ и реклоузеров с применением отечественных технологий и комплектующих;

·         результаты создания электростанций на базе агрегатов российского производства;

·         разработка нового отечественного дизельного двигателя ТМ-600 как основного элемента резервных источников энергоснабжения на объектах ПАО «Газпром»;

·         автономные энергомодули на основе твердооксидных топливных элементов и преобразователей энергии на базе турбогенератора с замкнутым циклом пара для энергоснабжения объектов магистральных газопроводов;

·         схемные и технические решения по построению систем постоянного тока для объектов ПАО «Газпром» на базе оборудования российского производства;

·         мониторинг кабельных пиний на базе распределенных волоконно-оптических датчиков;

·         повышение эффективности эксплуатации объектов энергетического хозяйства ПАО «Газпром» с учетом применения современных технических и унифицированных решений;

·         опыт применения нового энергетического оборудования отечественного производства и передовых технических решений при электроснабжении объектов ПАО «Газпром» на основе системного подхода;

·         инновационные подходы при разработке и внедрении новых перспективных видов оборудования отечественного производства;

оптимизация схемных и технических решений при использовании различных типов оборудования.

7.jpg

На основании вышеизложенного и существующих программ развития энергетики ПАО «Газпром» можно сформулировать основные задачи модернизации систем энергетики технологических объектов Общества:

·         обеспечение высокой надежности и качества энергоснабжения инфраструктуры;

·         повышение энергетической эффективности инженерной инфраструктуры;

·         переход от разнообразия энергоустановок и систем энергоснабжения к энергокомплексам и унифицированным решениям;

·         создание высокоэффективных энергетических систем на базе технологических объектов;

·         создание малолюдных технологий, геоинформационных систем (ГИС), переход на интеллектуальный микросетевой принцип формирования гибридных систем локальных технологических объектов.

8.jpg

рек.jpg

Развитие научно-технического прогресса в мире и в России определяет следующие основные положения развития систем энергоснабжения локальных технологических объектов ТЭК, в том числе систем энергоснабжения технологических объектов ПАО «Газпром», в современных условиях.

1. Переход от большого разнообразия энергетических установок к унифицированным энергокомплексам на базе инновационных энергоэффективных блочно-комплектных изделий высокой заводской готовности.

В связи с развитием научно-технического прогресса и необходимостью решения задач широкого внедрения энергетических технологий и оборудования отечественного производства инновационное развитие на начальном этапе характеризуется многообразием вариантов, усложненностью схем и проблемами в организации технического обслуживания. Последующий переход на унифицированные оборудование и схемно-конструктивные решения позволяет существенно снизить затраты на создание и эксплуатацию энергетических систем.

Для надежного энергообеспечения новых и реконструируемых технологических объектов ПАО «Газпром», особенно в регионах с отсутствием внешних источников электроснабжения, целесообразно использовать энергокомплексы, включающие в свой состав блочно-комплектное энергетическое оборудование высокой заводской готовности, здания и сооружения с инженерными коммуникациями, которые обеспечивают функции приема, генерации и распределения электрической и тепловой энергии.

В составе энергокомплексов целесообразно использование современных когенерационных установок на базе газопоршневых электроагрегатов, обеспечивающих существенное повышение коэффициента полезного использования топлива. В АО «Газпром электрогаз» разработано и изготовлено блочно-комплектное устройство электроснабжения БКЭС-ЭГ-18-10/0/0-0-УХЛ1 на базе газопоршневого отечественного агрегата ГУ-10-400 мощностью 10 кВт на основе трехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, а также синхронного генератора и щита управления, произведенных в России. Когенерационные установки такой малой мощности в нашей стране пока не получили достаточно широкого применения. Преимуществами вышеуказанного агрегата являются длительные межсервисные интервалы, малое количество регламентных запчастей, отсутствие системы жидкостного охлаждения.

9.jpg

Получают свое развитие, особенно для автономных объектов и удаленных потребителей, источники на базе возобновляемых видов энергии и комбинированные установки на их основе. Так, например, специалистами компании «НИПОМ» разработаны установки серии БКЭУ-ВСМ с учетом всех требований, предъявляемых к энергетическому оборудованию [12]. В качестве базового источника электро­энергии применены возобновляемые источники: солнечный модуль и ветрогенераторная установка. Резервным источником, обеспечивающим стабильную работу энергоустановки в периоды недостаточной освещенности и отсутствия ветра, является дизельный или газопоршневой электрогенератор. Периодичность технического обслуживания установок – один раз в год. Одной из модификаций установок серии БКЭУ-ВСМ является энергоустановка в блок-контейнере мощностью до 30 кВт (рис. 1).

Существенное значение для организации эффективного функционирования энергокомплекса имеет комплексное диагностирование технического состояния его оборудования. Представляется целесообразной организация разработки и внедрения в практику эксплуатации энергетических систем универсального диагностического комплекса, обеспечивающего комплексную оценку и прогнозирование фактического технического состояния тепломеханической и электрической части энергокомплекса, включая автоматизированную систему управления.

10.jpg

Более активному внедрению инновационного энергетического оборудования на технологических объектах ПАО «Газпром» способствует Постановление Правительства РФ от 25 декабря 2015 г. № 1442 «О закупках инновационной продукции, высокотехнологичной продукции отдельными видами юридических лиц и внесении изменений в отдельные акты Правительства Российской Федерации» [18]. Постановлением установлено, что годовой объем закупки заказчиком инновационной (высокотехнологичной) продукции определяется как увеличенный на 10 % объем соответствующей закупки в предшествующем году и составляет не более чем 10 % годового объема всех закупок за отчетный календарный год. При этом заказчики вправе осуществлять закупки инновационной и высокотехнологичной продукции в объеме, превышающем годовой объем, рассчитанный в соответствии с настоящим Постановлением.

 

2. Переход на интеллектуальный микросетевой принцип формирования гибридных энергосистем локальных объектов.

Современная концепция развития энергетики основывается на создании активно-адаптивных сетей, включающих многоуровневые системы управления генерацией, распределением и потреблением энергии [9]. Существенное снижение затрат на строительство и эксплуатацию электросетевых объектов, повышение эффективности использования возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ) и других источников распределенной генерации, улучшение экологии технологических объектов ПАО «Газпром» может быть обеспечено за счет интеллектуализации процессов генерации, передачи, преобразования и потребления электроэнергии, автоматизации управления локальными электрическими сетями, развития систем аккумулирования электрической энергии, широкого внедрения активно-адаптивных микросетей.


рек2.jpg

В Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева разрабатывается экспериментальный образец гибридного источника электроэнергии (ГИЭ) на основе ТОТЭ, включающего системы генерирования, накопления электроэнергии, сопряжения и активно-адаптивную систему управления [7]. Структурная схема ГИЭ приведена на рис. 2.

Система генерации с модульным электрохимическим генератором (ЭХГ) на ТОТЭ обеспечивает продолжительную работу ГИЭ при заданной мощности потребителя электрической энергии. Система накопления электрической энергии состоит из ак­кумуляторной батареи (АБ) и емкостного накопителя (ЕН). Система сопряжения ГИЭ, выполненная на основе преобразователя, объединяет ЭХГ, аккумулирующие элементы и нагрузку. Преобразователь обеспечивает перераспределение токов элементов накопителя электроэнергии в зависимости от величины мгновенной мощности нагрузки.

Одним из ключевых направлений совершенствования систем электроснабжения локальных технологических объектов является применение высокоэффективных систем накопления электрической энергии на основе современных аккумуляторов и конденсаторов. Применение в составе систем постоянного тока перспективных накопителей электроэнергии (например, литий-ионных и других типов аккумуляторов, суперконденсаторов) должно обеспечивать:

·         снижение капитальных затрат при строительстве и комплексной реконструкции энергетических сооружений;

·         минимизацию площадей и объемов помещений для установки АБ;

·         повышенную энергоемкость, возможность быстрого заряда АБ;

·         минимальные объемы обслуживания аккумуляторов, снижение эксплуатационных расходов.

3. Переход на создание ресурсоэффективных энергоустановок и энергокомплексов.

В современных условиях актуальными являются задачи существенного повышения ресурсоэффективности энергоустановок и энергокомплексов, используемых на технологических объектах ПАО «Газпром» [11].

Существенное влияние на экономические показатели энергоустановок и энергокомплексов, их ресурсоэффективность оказывает система технического обслуживания, основным показателем которой является величина межсервисного интервала. Стандартный межсервисный интервал (МСИ) электроагрегатов (ЭА) на базе дизельных двигателей составляет, как правило, 250 ч. ООО «АМП КОМПЛЕКТ» разработаны газопоршневые ЭА с увеличенным межсервисным интервалом (производитель двигателя – компания Yanmar) номинальной мощностью 18,8 кВт, МСИ которых в результате конструкторских доработок оборудования доведен до 10 000 ч.

Перспективным направлением создания ресурсоэффективных энергоустановок и энергокомплексов технологических объектов ПАО «Газпром» является более широкое использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР).

Потенциально для выработки электроэнергии путем утилизации ВЭР на газоперекачивающих агрегатах (ГПА) могут быть использованы:

·         энергия редуцируемого топливного газа с помощью детандер-генераторных агрегатов;

·         низкопотенциальная энергия сбросного тепла ГПА с помощью ОРЦ-модулей (на основе органического цикла Ренкина).

Применение в составе ГПА-16-03 «Урал» агрегатного газомасляного блока, разработанного ОАО «ГАЗХОЛОДТЕХНИКА», позволит вырабатывать до 60 кВт электрической энергии на собственные нужды ГПА при номинальных режимах работы. На рис. 3 представлена расчетная схема для агрегатного газомасляного блока с получением электро­энергии в детандер-генераторном агрегате.

Использование агрегатных газомасляных блоков с детандер-генераторными агрегатами и ОРЦ-модулей для выработки электроэнергии позволит обеспечить полностью энергонезависимый ГПА на номинальных режимах работы.

4. Приведение в соответствие требованиям энергоэффективности и качества энергоснабжения локальных объектов.

Для повышения эффективности работы технологических объектов ПАО «Газпром», снижения капитальных и эксплуатационных затрат на источники энергии автономных объектов, снижения расхода топлива на собственные нужды и повышения энергетической эффективности предлагается использование систем управления спросом на электроэнергию потребителей технологических объектов Общества [10].

Управление спросом на электроэнергию может быть достигнуто за счет оптимизации режимов работы потребителей технологических объектов, накопителей энергии, а также с помощью потребителей, не предъявляющих высоких требований к качеству электроэнергии и допускающих изменение режимов их работы, для которых величина потреб­ляемой энергии может быть уменьшена без существенного ущерба для реализуемого ими технологического процесса либо потребление электро­энергии которыми может быть снижено в часы максимальных нагрузок за счет соответствующего увеличения потребления энергии в часы минимальных нагрузок [5, 14]. Такими потребителями-регуляторами могут выступать вспомогательное оборудование (электронагревательные приборы, вентиляционные установки), освещение, потребители, работающие в повторно-кратковременных режимах (насосные установки, холодильные установки), а также балластные сопротивления. Управление спросом на электроэнергию особенно актуально при использовании в качестве источников энергии гибридных энергоустановок на основе ВИЭ.

Существенное повышение эффективности электроснабжения потребителей технологических объектов ПАО «Газпром» может быть обеспечено путем перевода отдельных групп электроприемников на постоянный ток [13]. 

На рис. 4 представлено сравнение вариантов электроснабжения систем катодной защиты (СКЗ) от линий электропередачи на переменном и постоянном токе, выполненное специалистами Московского института энергобезопасности и энергосбережения. Результаты сравнения вариантов построения систем электроснабжения потребителей на переменном и постоянном токе показывают, что в системах электроснабжения постоянного тока отсутствуют дополнительные ступени преобразования переменного тока в постоянный с исключением соответствующего оборудования, повышаются энергетическая эффективность и надежность системы электроснабжения, существенно улучшаются массогабаритные показатели.

Одним из приоритетных направлений совершенствования информационного обеспечения развития систем энергетики ПАО «Газпром» является разработка и внедрение электронных моделей, в идеальном варианте функционирующих на всех этапах жизненного цикла объекта.

Разработка электронных моделей (ЭМ) инженерной инфраструктуры технологических объектов ЕСГ обеспечивает:

·         единство графического изображения систем и баз данных их элементов;

·         централизацию хранения и категорированного доступа к данным;

·         решение задач управления, планирования и оперативного реагирования, требующих ва­риантного моделирования.

Так, расчетные модули ГИС позволяют проводить компьютерное моделирование работы энергетических систем для принятия необходимых управленческих решений, а также планирования развития систем, в том числе в целях технического обслуживания и ремонта оборудования.

Расчетные ЭМ инженерной инфраструктуры технологических объектов ЕСГ могут быть интегрированы в единое информационное пространство Группы Газпром совместно с другими информационными системами, в том числе развиваемыми по соглашению ПАО «Газпром» с Минстроем России BIM-технологиями.

Потенциальными пользователями ЭМ могут быть как инженерно-технический персонал, диспетчеры и аварийные бригады эксплуатационных служб, так и руководители различных уровней (в зависимости от степени интеграции ЭМ в информационное пространство дочерних обществ).

 

Выводы

Большое разнообразие инновационных технологий формирует необходимость аналитической оценки их перспективности и выявления технических решений, наиболее актуальных для широкого внедрения на технологических объектах и актуализации Программы НИОКР ПАО «Газпром» с последующей унификацией энергетического оборудования и проектных решений.

Высокая значимость и ответственность организации качественного энергоснабжения определяют необходимость на современном этапе интенсификации НИОКР по повышению эффективности энергоснабжения объектов ПАО «Газпром» в следующих направлениях:

·         формирование инновационных энергоэффективных энергокомплексов на базе блочно-комплектных изделий высокой заводской готовности;

·         переход на интеллектуальный микросетевой принцип формирования гибридных энергосистем локальных объектов;

·         создание ресурсоэффективных энергоустановок и энергокомплексов;

·         приведение в соответствие требованиям энергоэффек­тивности и качества энергоснабжения энергосистем объектов при их мониторинге и верификации.

 Выбор комплекса инновационных энергетических технологий для внедрения на конкретном технологическом объекте должен проводиться на основе результатов детального технико-экономического анализа с учетом реальных возможностей организации серийного производства инновационного энергетического оборудования отечественными предприятиями-изготовителями.

Практическая реализация указанных направлений развития и модернизации систем энергоснабжения технологических объектов ПАО «Газпром» позволит существенно повысить технико-экономическую эффективность функционирования потребителей, обеспечить надежность поставок и качество вырабатываемой энергии.



← Назад к списку