Микротурбины, биогаз и солнечные электростанции: как в России решают вопросы резервного энергоснабжения

Рост нефтедобычи в России происходит в основном за счет ввода в эксплуатацию нефтедобывающих мощностей на новых месторождениях Восточной Сибири и Дальнего Востока, как правило, в труднодоступных районах. Там, в местах со сложными ландшафтными и климатическими условиями, не развита или вовсе отсутствует сетевая инфраструктура. Выходом для нефтяников и газовиков становятся автономные источники энерго­снабжения.

Проведение линий электропередачи в районы нефте- и газодобычи зачастую требует немалого времени и чаще всего экономически нецелесообразно, так как влечет за собой большие капитальные затраты. Однако даже на уже эксплуатируемых перспективных месторождениях идет интенсификация добычи, причем вследствие увеличения выработанности таких объектов существенно возрастает энергоемкость производства. Растущие тарифы на электроэнергию также увеличивают долю энергозатрат в бюджете нефтяных компаний. Поэтому развитие собственных источников электроэнергии и строительство газотурбинных электростанций становятся все более актуальными для нефтегазового бизнеса.

Турбины нового типа

Еще не так давно для создания автономной системы энергоснабжения приходилось использовать дизельные генераторы. Альтернативой им являлись бензиновые и газовые генераторы, но они применялись гораздо реже: бензин дороже, чем дизельное топливо, а газовый генератор требует наличия магистрального газа, что при отсутствии электричества не всегда возможно. В настоящее время дизельные генераторы применяются в основном как резервные источники электроэнергии и их использование постепенно сокращается. Ведь цена на дизельное топливо постоянно растет, что делает такие генераторы не слишком пригодными для создания автономной системы электроснабжения. Кроме того, при активном использовании они нуждаются в регулярном профессиональном обслуживании.

Как отмечают эксперты, несмотря на востребованность автономных источников энергии, интенсивное развитие автономной генерации долгое время сдерживалось слабой отечественной материально-технической базой. Традиционное генерирующее оборудование – промышленные газовые турбины, газопоршневые и дизельные генераторы, к сожалению, не всегда отвечают требованиям надежности и энергоэффективности объектов нефтегазовой инфраструктуры. В частности, существовала проблема подбора генерирующего оборудования для автономных электростанций небольших нефтегазовых объектов в диапазоне мощностей до 10‑20 МВт. Ранее для обеспечения потребностей таких объектов использовались большие газотурбинные электростанции. Имея большую, чем необходимо, мощность, они эксплуатировались на низкой нагрузке, что сводило на нет экономичность их применения. Другим вариантом было использование авиационных или судовых двигателей, находящихся в заданном диапазоне мощностей, но имеющих низкие показатели эффективности и слабые эксплуатационные характеристики.

Использование газопоршневых установок на объектах нефтегазового комплекса также сопряжено с рядом сложностей, связанных с жесткими требованиями техники к составу топлива и дорогостоящим сервисным обслуживанием. Высокий риск детонации не позволяет использовать их на месторождениях с низким качеством топлива или содержанием сероводорода свыше 0,1 процента без строительства системы предварительной газоподготовки, что значительно увеличивает капитальные затраты на внедрение и эксплуатацию газопоршневых электростанций. Зачастую из‑за высокого риска детонации газопоршневые станции эксплуатируются с нагрузкой не более 40‑60 процентов от номинальной мощности. Это приводит к повышению расходов на обслуживание оборудования и его быстрому выходу из строя.

Трансфер ведущих мировых достижений в области тепло- и электроснабжения, приход на российский рынок нового поколения генерирующего оборудования – микротурбин сделали возможным выработку нового подхода к обеспечению нефтегазовых объектов качественной и недорогой электроэнергией. Этот подход выражается в главном принципе – «включи и работай», в основе которого лежит надежное оборудование высокой степени заводской готовности, отличающееся полностью автоматизированной системой управления, отличными техническими характеристиками и потребительскими свойствами.

По словам специалистов, микротурбинный двигатель состоит всего из одной движущейся детали – вращающегося вала, на котором соосно расположены электрический генератор, компрессор и непосредственно турбина. В установке не используются редукторы или другие механические приводы. Главная конструктивная особенность такого двигателя – применение воздушных подшипников, за счет которых достигается рекордная скорость вращения вала (96000 оборотов в минуту). Эта инновация дает возможность отказаться от использования масла и охлаждающей жидкости, высокий расход которых составляет значительную часть эксплуатационных затрат у традиционных газопоршневых и газотурбинных электростанций.

Как отмечают производители подобных установок, блочно-модульная конструкция микротурбин повышает надежность станции за счет внутреннего резервирования и дает возможность вводить и выводить отдельные блоки из эксплуатации, не прерывая работу всей электростанции. Высокий КПД микротурбин в режиме когенерации и тригенерации, который может достигать 90 процентов, и низкие эксплуатационные затраты позволяют значительно снизить энергоемкость нефтедобычи.

Надо сказать, что в России компании, занимающиеся нефте- и газодобычей, уже оценили такие установки. Автономные электростанции на основе микротурбин успешно применяются для энергообеспечения морских буровых и добывающих платформ. Опыт эксплуатации газотурбинных электростанций в сложных климатических условиях, в том числе при экстремально низких температурах до -60 °С на открытой площадке без дополнительных погодных укрытий подтверждает устойчивую и бесперебойную работу оборудования.

Кроме того, как отмечают производители, важным достоинством микротурбин является способность работать на неподготовленном попутном нефтяном газе с переменным компонентным составом, различной теплотворной способностью и содержанием сероводорода до 7 процентов. Особенности конструкции двигателей и применение специальных антикоррозийных материалов дают возможность сжигания попутного газа в установках напрямую без предварительной газоочистки. При этом полностью исключен риск повреждения двигателя вследствие низкого качества топлива, что выгодно отличает их от газопоршневых агрегатов, способных работать только на магистральном газе или очищенном ПНГ с содержанием H2S не более 0,1 процента. Это позволяет сэкономить на строительстве сложной системы газоочистки и ее последующей эксплуатации, сократив затраты на обслуживание всей системы в три-четыре раза по сравнению с газопоршневыми решениями.

А высокая степень заводской готовности всех поставляемых блочно-контейнерных электростанций на базе микротурбин, их компактность и отсутствие необходимости строительства специального фундамента для установки оборудования и высоких дымовых труб обеспечивают снижение первоначальных капитальных затрат. В результате срок окупаемости газовых электростанций на базе микротурбин составляет в среднем два-четыре года.

Солнечная энергия для добычи нефти

Развитие науки и техники расширило возможности нефтедобычи в области автономного энерго­снабжения. Сегодня к их услугам такие источники электроэнергии, как солнечные батареи, ветрогенераторы, биогаз.

Еще один несомненный плюс современных альтернативных источников электроэнергии – их экологическая чистота. Дизельный, бензиновый и газовый генераторы загрязняют окружающую среду, чего нельзя сказать о солнечных батареях, ветрогенераторах, установках для производства биогаза. Конечно, среди недостатков альтернативных источников электроэнергии принято называть высокую стоимость оборудования, позволяющего преобразовывать солнечное тепло, свет, силу ветра и т. д. в электричество, однако это не является проблемой для наших нефтегазовых компаний; кроме того, обычно автономные источники энергоснабжения на основе альтернативных источников энергии имеют неплохую окупаемость.

Кроме того, сейчас стали активно применять комбинированные установки, позволяющие достичь большей надежности, – например, дизель-солнечные электростанции. В состав такого комплекса входит порядка 500 модулей тонкопленочных солнечных батарей и несколько дизель-генераторов. Объединяют усилия от всех этих источников инверторные модули, трансформаторы, предохранители и блоки управления, а также буферный аккумулятор. При этом на долю солнечных батарей приходится более 70 процентов выработки электроэнергии.

Помимо того, что данная станция позволяет обеспечить круглосуточную поставку электроэнергии, она также увеличивает срок службы генераторов. Подобные гибридные системы – экономически оправданное решение для регионов с высоким уровнем солнечной радиации – Юга России, Юго-Восточной Сибири, Якутии, Забайкалья, Дальнего Востока. Как отмечают поставщики таких установок, с учетом цены на дизельное топливо, а также его подвоза в удаленные районы гибридная установка окупает себя за два-три года. Причем такие установки могут помочь не только нефтяникам: в России до сих пор немало населенных пунктов, где единственный источник электроснабжения – дизельная энергоустановка, да еще и работающая не круглосуточно. Солнечная генерация может существенно помочь. Разумеется, как отмечают эксперты, для каждого села нужен свой индивидуальный расчет, но уже понятно, что технология рабочая и имеет право на жизнь.

Всё в дело

В России работают и другие автономные энергоустановки на альтернативных источниках энергии. Так, в Белгородской области еще в 2012 году власти решили построить как минимум 150 установок, работающих на биогазе. Как говорят в области, изначально станции планировалось построить для решения вопроса утилизации отходов от животноводческих предприятий. В регионе – более тысячи таких предприятий, и они ежегодно производят почти 15 миллионов тонн отходов. Даже если вносить их в качестве органических удобрений на поля, полностью проблему их накопления не решить. Опасность экологической катастрофы заставила чиновников искать выход. Выходом стало производство биогаза, причем результаты работы первых станций показали властям области, что биогазовые установки способны стать отличными резервными источниками энергии и решить вопросы имевшегося в регионе энергодефицита.

Если подвести итоги, то к самым очевидным плюсам автономного энергоснабжения относится отсутствие платы за электроэнергию. Это несомненная экономия, однако к этому плюсу прилагается и минус: для устройства автономного энергоснабжения требуется отнюдь не бесплатное оборудование. Причем речь идет не только о стоимости самого оборудования, но и о расходах на его эксплуатацию. Поэтому, выбирая приборы и материалы, которые будут обеспечивать «энергоавтономию», следует тщательно производить расчеты, чтобы не оказалось, что оборудование выйдет из строя раньше, чем успеет окупиться.

Еще один минус автономного энергоснабжения: если оборудование вышло из строя, то не стоит ждать ремонтную команду электриков с ближайшей подстанции, а нужно заниматься ремонтом самому – вызывать специалистов и оплачивать их работу (если, конечно, гарантийный срок на оборудование уже истек). Однако, как правило, оборудование для автономного энергоснабжения достаточно надежное и выходит из строя удивительно редко (при должном уходе и соблюдении условий эксплуатации). Это плюс. Но есть и минус: чтобы оборудование служило как можно дольше, нужно периодически приглашать специалистов (профилактический осмотр, текущий ремонт, техническое обслуживание и т. д.).

Зато энергообеспечение зависит только от вас. Не приходится опасаться аварий на сетях и прочих неприятностей. Так что главный плюс полной автономии энерго­снабжения – абсолютная независимость.

Кроме того, сейчас достаточно технических решений, чтобы решить вопрос автономного энергос­набжения легко и именно так, как выгодно на данном конкретном месте.

Источник: Энергетика и промышленность России