Юсси Хайкинен, Михаэль Вакман – Wartsila Corporation

К настоящему моменту компания Wartsila поставила клиентам по всему миру электростанции общей мощностью свыше 47 ГВт. Они различаются по функциональному назначению и мощности. Однако любая электростанция, поставленная Wartsila, имеет одну важную для клиентов особенность – гибкость.

Независимо от того, где в мире расположены энергосистемы, ряд требований к ним являются общими. В первую очередь, это стабильность и эксплуатационная надежность в любых ситуациях, в том числе и нештатных. Поскольку еще не разработан эффективный способ хранения большого количества электроэнергии, фактическое ее производство должно соответствовать реальному потреблению. В противном случае, электросеть не сможет обеспечить стабильность (рис. 1).
Чтобы оперативно реагировать на изменяющийся спрос адекватным предложением, системному оператору необходимо собрать сведения за прошлый период, разработать перспективные планы, организовать распределение электроэнергии и предусмотреть соответствующие резервы мощности на случай непредвиденных обстоятельств (рис. 2).
Известно, что потребление электроэнергии не регулируется системой электроснабжения: оно не только изменяется в зависимости от времени суток, времени года и других факторов, но и подвержено частым и резким колебаниям, обусловленным многочисленными включениями/отключениями электрических нагрузок (лифтов, вентиляторов, насосов и т.д.). В связи с этим электроагрегаты должны обладать способностью реагировать на такие резкие изменения нагрузки в сети (рис. 3).
Требования к надежности предусматривают наличие определенного вращающегося резерва мощности. Это необходимо для компенсации неожиданных отключений или на случай крупной аварии в энергосистеме, а также для поддержания определенного резерва в режиме готовности для быстрого запуска. Эти резервы различаются в зависимости от скорости их включения.
Энергосистема должна иметь достаточную мощность плюс резерв для покрытия годового максимума нагрузки. В холодных регионах пиковые нагрузки, как правило, приходятся на зимний период, а в более теплых районах с кондиционированием воздуха они наблюдаются летом. Не существует стандартных правил резервирования мощности для всех стран или систем, тем не менее, они необходимы в том или ином виде. Наличие соответствующего резерва мощности является обязательным, иначе надежность системы окажется под угрозой.
Поскольку затраты на производство электроэнергии должны быть оптимизированы, энергоблоки обычно запускаются и выключаются в определенной последовательности. Агрегаты с наименьшими издержками (затратами на топливо и т.д.) и обладающие необходимой гибкостью включаются в работу в первую очередь и максимально используются по мере снижения нагрузки. Время, необходимое для запуска резервных электростанций, зависит от типа оборудования и существенно различается. Для запуска атомных и тепловых электростанций нужно длительное время, причем каждый запуск и останов требует значительных затрат. Такие электростанции, как правило, работают в базовом режиме. Но для всех энергосистем, несмотря на их различие, важны следующие аспекты, определяющие гибкость, надежность и стабильность:
1.    Соответствие мощности электростанции энергопотреблению, так как эксплуатация крупной станции при неполной нагрузке снижает ее КПД. При этом более гибкой будет электростанция, которая обычно работает на номинальном режиме, но при увеличении потребности в электроэнергии существует возможность увеличить ее мощность за счет установки дополнительных агрегатов.
2.    Топливная гибкость. Возможность работы на различных видах топлива, в зависимости от его цены или наличия, а также требований по эмиссии, установленных в данном регионе.
3.    Гибкость в распределении нагрузки. Быстрый запуск, наброс нагрузки и останов резервной мощности (невращающегося резерва). Способность быстро увеличивать или снижать нагрузку (регулирование вращающегося резерва).
4.    Эффективность. Способность работать при полной, частичной или низкой нагрузке, поддерживая высокий КПД.
5.    Низкий уровень выбросов и минимальное воздействие на окружающую среду (уровень шума, возможность размещения в городских районах и др.).
6.    Технологические преимущества и гибкость (применение различных систем охлаждения, например, без использования воды в засушливых районах).
7.    Способность эффективно и надежно вырабатывать электроэнергию в различных условиях (в холодном или жарком климате, на больших высотах).
Компания Wartsila предлагает энергетическое оборудование, обеспечивающее максимальную гибкость в эксплуатации.

Выбор мощности и объема услуг
Большинство электростанций Wartsila состоят из нескольких параллельно работающих агрегатов, которые могут поставляться одновременно или поэтапно. Их можно эксплуатировать автономно, и в этом случае запуск/останов двигателя, наброс нагрузки не повлияет на работу других агрегатов. Существуют также различные типоразмеры агрегатов, поэтому электростанция может состоять из энергоблоков различной мощности.
Компания поставляет электростанции в виде комплектов оборудования или на условиях «под ключ» (строительство, инжиниринговые, монтажные и пусконаладочные работы). Примерно 40 % всех поставок приходится на проекты «под ключ», а возможности компании Wartsila в сочетании со знанием местной специфики являются гарантией максимального удовлетворения потребностей заказчиков. Wartsila проявляет гибкость также и в отношении объема проекта. Как вариант, заказчик может купить только генерирующее оборудование. В любом случае специалисты компании качественно и в срок выполнят все свои контрактные обязательства.

Топливная гибкость
Двигатели Wartsila могут работать на различных видах топлива: дизельном, мазуте, природном газе, на растительных маслах, а также на таком перспективном топливе, как Orimulsion®. При этом двигатели создавались на базе единой базовой конструкции с использованием проверенных в эксплуатации технологий. В результате обеспечена возможность их модернизации и перевода, в зависимости от ситуации на рынке, на экономически выгодное и эффективное топливо в процессе работы.
Компания Wartsila предлагает также двухтопливные двигатели, обеспечивающие автоматический переход с одного топлива на другое, например, с природного газа на жидкое топливо. Такой тип двигателей особенно распространен в регионах, где резервное топливо необходимо на случай перебоев в подаче основного или где в перспективе планируется переход с жидкого топлива на газ.
В отличие от большинства газовых турбин, для работы газопоршневых двигателей Wartsila не требуется высокого давления топливного газа (на номинальной мощности достаточно 0,4 МПа).
Это значительно сокращает капитальные затраты при создании станции, так как не требуется дожимных компрессоров, за исключением тех случаев, когда невозможно получить газ с необходимым давлением.

Гибкость поставок и эффективность
Предлагаемые компанией Wartsila решения с использованием нескольких энергоблоков обеспечивают гибкую эксплуатацию электростанции при любой нагрузке – от минимальной (один агрегат) до полной нагрузки всех установленных энергоблоков. Электростанции можно эксплуатировать в режиме «эффективность» (запуск или останов агрегатов в зависимости от изменений нагрузки) или «надежность» (распределение нагрузки между агрегатами). Это основное преимущество по сравнению с другими решениями, с использованием меньшего количества агрегатов и, соответственно, с вынужденным снижением КПД станции при частичной нагрузке.
Кроме того, обеспечивается быстрый запуск и начало выдачи мощности в сеть в течение нескольких минут. Выход на полную нагрузку при этом осуществляется менее чем за 10 минут. Данное преимущество является очень важным, поскольку системный оператор имеет в распоряжении невращающийся резерв, который при необходимости можно быстро подключить к сети.
Это преимущество можно использовать и для получения дополнительного дохода на определенных рынках. Если электростанция может приносить владельцу доход, например, в дневное время с изменяющимся почасовым тарифом на электроэнергию, то выгодно держать станцию подключенной к сети, пока цена по тарифу выше предела рентабельности, и отключать, когда она снижается.
Можно продавать способность быстрого запуска на форвардных рынках электроэнергии (со сделками на сутки или час вперед), получая таким образом дополнительный доход. В таких случаях электростанции Wartsila являются «станциями мечты диспетчера», так как он может запускать станцию в выгодные часы, не эксплуатируя ее в другое время. В перспективе данное преимущество электростанций будет оценено и на других рынках.
Электростанции Wartsila оснащены системами пуска из холодного состояния для энергоснабжения части локальной сети в случае временного прекращения подачи энергии (резервный режим работы). Надежная конструкция и передовые системы управления крайне важны для районов с небольшими и менее устойчивыми системами электропередачи, где возможны колебания напряжения или частоты. Станции могут эксплуатироваться в островном режиме в составе изолированной энергосистемы.
Прочная конструкция двигателей Wartsila позволяет производить частые пуски и остановы без существенного увеличения объемов технического обслуживания и других эксплуатационных затрат, что является отличительной особенностью поршневых двигателей. При работе в зимних условиях обеспечивается их быстрый выход на полную нагрузку, а КПД двигателей не зависит от количества пусков или нагрузки. При этом производителями установлены те же интервалы обслуживания, что и для двигателей, работающих в регионах с жарким климатом. Это преимущество электростанций документально подтверждено результатами многочисленных испытаний и опытом эксплуатации в различных регионах мира.
Минимальные ограничения по времени пуска и останова делает энергоблоки компании Wartsila гибким компонентом энергосистемы в отличие, например, от промышленных газотурбинных установок, работающих в базовом режиме. Частые пуски/остановы негативно сказываются на ГТУ вследствие возникающих механических и температурных напряжений, при этом их КПД снижается, а затраты на обслуживание возрастают.

Эффективность
Обладая гибкостью, являющейся основным требованием к электростанциям, энергоблоки Wartsila имеют самый высокий КПД по сравнению с другим оборудованием, использующимся для производства электроэнергии. При этом они обеспечивают максимально эффективный режим работы в зависимости от нагрузки в сети и стабильность энергообеспечения. Учитывая данную особенность энергоблоков, оператор может сократить затраты на топливо или получать более высокие доходы от производства и продажи электроэнергии. Это актуально и с точки зрения экологии, поскольку даже при частичных нагрузках уровни эмиссии двигателей остаются в пределах установленных норм по выбросам.
Из графика на рис. 5 видно, что при частичных нагрузках кривая КПД двигателей Wartsila остается высокой (фактически плоской) примерно до 50 %-й нагрузки.

Экологические аспекты и технологические преимущества
Поршневой двигатель с турбонаддувом и промежуточным охлаждением имеет много технологических преимуществ по сравнению с другим оборудованием для производства электроэнергии. Одно из них заключается в том, что при оснащении двигателей замкнутой системой охлаждения они фактически не потребляют воду. При использовании радиаторов воздушного охлаждения в замкнутой системе охлаждения двигателя количество воды ограничено объемами испарения из бака, а также другими бытовыми нуждами. В настоящее время это очень важно, так как в некоторых районах доступ к водным ресурсам для тяжелой промышленности или производства электроэнергии крайне ограничен.
Другим преимуществом технологии Wartsila является минимальное влияние условий окружающей среды на работу станции. Двигатели могут работать при высоких температурах наружного воздуха, и это не влияет на их мощность или КПД (рис. 6). Энергоблоки Wartsila – это оптимальное решение и для электростанций, работающих на больших высотах, поскольку мощность станции остается неизменной до высоты 2000 м над уровнем моря.

Эксплуатационные аспекты
Энергоблоки Wartsila просты в эксплуатации и обслуживании. Персоналу станции нет необходимости владеть специальными навыками – достаточно пройти обучение на курсах, организуемых специалистами компании при поставке оборудования. На судах обслуживание и капитальный ремонт двигателей выполняются силами экипажа. На многоагрегатных электростанциях, как правило, производится плановый останов только одного двигателя для техосмотра или ремонта, остальные энергоблоки продолжают работать в базовом режиме. Таким образом, максимально увеличивается коэффициент готовности станции.
В качестве дополнительной опции компания предлагает долгосрочное обслуживание оборудования электростанции на контрактной основе. Большинство заказчиков выбирают долгосрочный контракт, при котором капитальный ремонт и обслуживание оборудования станции в процессе эксплуатации осуществляют специалисты Wartsila. При этом электростанция оборудуется блоком дистанционного мониторинга, что обеспечивает удаленный доступ к системе управления и контроля станции, позволяющий анализировать ее работу в режиме он-лайн. Используя данные мониторинга эксплуатационных параметров оборудования станции, архивные данные статистики аварийных остановов, специалисты компании принимают решение о проведении обслуживания по техническому состоянию.

Эффективная гибкость
Операторы энергосистем, электросетей и электростанций определяют ряд жестких требований и условий к оборудованию своих энергетических объектов. Wartsila сосредоточила свои усилия на разработке наиболее гибких и эффективных решений для заказчиков, чтобы удовлетворить комплексные потребности и обеспечить максимальное соответствие постоянно меняющейся ситуации в современных энергосистемах. Будь то небольшая местная или национальная энергосеть, крупное промышленное предприятие и т.д. – компания Wartsila готова предоставить их владельцам оборудование, которое будет максимально соответствовать поставленным задачам и обеспечивать надежное энергоснабжение.

Wartsila – мировой лидер на рынке судового и энергетического оборудования, предлагающий комплексные технические решения на весь срок службы оборудования. Создавая все более эффективные, инновационные технологии, Wartsila совершенствует экологические и экономические показатели судов и силовых станций своих клиентов. В 2010 году чистый объем продаж Wartsila составил 4,6 млрд евро, количество сотрудников превысило 17500 человек. Корпорация располагает 160 офисами и производственными площадками в 70 странах мира. Акции Wartsila котируются на фондовой бирже NASDAQ OMX Хельсинки, Финляндия.
ООО «Вяртсиля Восток» является официальным представительством Wartsila в России, предлагает заказчикам полный спектр комплексных услуг и решений на рынке судового и энергетического оборудования.
Первое представительство компании было открыто в 1979 году. Головной офис «Вяртсиля Восток» находится в Санкт-Петербурге, отделения – в Москве, Владивостоке и Мурманске.