Электроэнергетика сквозь призму новаторства

 

Автор

Рыбин Иван, Руководителем тульского подразделения компании Р.В.С.

 
    Интервью с руководителем тульского подразделения компании Р.В.С. Иваном Рыбиным
    ЭР: Иван Александрович, насколько сейчас актуальна инновационная деятельность в электроэнергетике?
    И. Р.: Инновационная деятельность актуальна всегда и в любой области, так как в дальнейшем подразумевает некий импульс к развитию. В этом смысле электроэнергетика не является исключением. Каким бы тяжелым ни было положение энергопредприятий в прошлом, специалисты отрасли всегда стремились к внедрению передовых технологий и разработок. Между тем понятие «инновационная деятельность», на мой взгляд, несколько размыто. Я бы предпочел в ходе нашей беседы немного сместить акценты и поговорить о новаторстве в данной сфере.
    ЭР: Давайте так и поступим. Какого рода технологические новинки, новаторские идеи, по вашему мнению, наиболее перспективны и в ближайшее время станут востребованы в электроэнергетике?
    И. Р.: Мы накопили значительный опыт и наблюдения, чтобы сделать вывод о том, какие решения и новшества позволят российским компаниям значительно сократить технологическое отставание от зарубежных фирм и повысить эффективность бизнеса. В качестве основного вектора движения я бы отметил решения, которые предоставят возможность в будущем нарастить КПД оборудования, увеличить его межремонтный интервал, снизить топливные издержки, минимизировать экологические риски.
    Наша компания предлагает целый ряд подобных решений. Например, генерирующие предприятия, использующие уголь в производстве энергии, тратят на содержание системы удаления и хранения золы и шлаков до 10% от общих эксплуатационных издержек. Под золошлакоотвалы в России отчуждено 20 тыс. кв. км земельных участков, на которых сегодня содержится 1,3—1,5 млрд тонн отходов ТЭС. Ежегодно к существующим добавляется еще около 30 млн тонн.
    Реконструкция механизмов золо­удаления и оснащение котлоагрегатов станции автоматизированной системой поможет реализовать сухую технологию обработки шлаков и золы. Данное решение несет в себе очевидные преимущества: снижает затраты на процесс золошлакоудаления, уменьшает эксплуатационные издержки, сокращает удельный расход топлива и выбросы CO2, сводит на нет экологические платежи.
    Также необходимо отметить, что в развитых странах Европы от 70 до 95% золошлакоотходов ТЭС используются в качестве сырья для производства строительных материалов, и это дает дополнительную прибыль. В то же время в России мы наблюдаем обратную ситуацию: объекты генерации несут потери там, где возможно не только сокращение издержек, но и получение дохода.
    В России примеры применения технологии сухого режима удаления и складирования золы и шлака на котельных и ТЭС единичны. Подобная система внедряется в данный момент на Рефтинской ГРЭС, входящей в состав ОАО «Энел ОГК-5».
    Другое перспективное направление — плазменная технология розжига и поддержания горения в пылеугольных котлах. Ежегодно энергопредприятия в РФ на розжиг и поддержание горения угля в агрегатах тратят более 5 млн тонн мазута, причем повсеместное ухудшение характеристик энергетических углей требует увеличения расхода мазута. В этой связи оптимальным является использование в качестве растопочного средства угольной пыли, которая по сравнению с газом и мазутом имеет более высокую температуру воспламенения и нуждается в более длительном температурном воздействии. Необходимые условия способны обеспечить плазматроны. При обработке плазмой частицы угля дробятся на еще более мелкие фрагменты, происходит их интенсивная газификация, вследствие чего повышаются реакционные свойства топлива, и горение протекает более устойчиво. Эта технология востребована в процессе сжигания низкосортных углей, она позволяет осуществить растопку котла при кратковременной (достаточной для достижения растопочных параметров) работе плазматрона. Экономическая эффективность плазменного розжига в 3—4 раза выше традиционных методов. Инвестиции в реализацию данной технологии в среднем составят от 0,5 до 1,5 млн долларов на котел, при этом срок возврата средств — от 1 до 3 лет.
    Не менее экономически выгодным и технически прогрессивным решением для электростанций можно назвать систему шариковой очистки (СШО). Она предназначена для очистки внутренней поверхности трубок конденсатора паровой турбины от загрязнений, которые приносятся циркуляционной водой из водоема или возникают в процессе ее протекания по трубкам. Загрязнения могут вывести часть трубок подачи воды из строя, ухудшить теплопередачу в конденсаторе, повысить гидравлическое сопротивление, снизить мощность энергоблока и увеличить расход топлива.
    Другие способы очистки предполагают останов конденсатора и слив из него охлаждающей воды, что может производиться лишь периодически и связано с большим объемом ручного труда. В отличие от этих способов СШО предполагает постоянную автоматизированную профилактическую очистку с помощью резиновых эластичных шариков, которая выполняется непосредственно во время работы конденсатора с заданной частотой. В данном случае нет необходимости останавливать энергоблок, нет рисков снижения мощности и повышения расхода топлива. При использовании системы экономичность паротурбинной установки увеличивается на 0,7—1,85%. В среднем общий годовой экономический эффект на блоке 300 МВт составляет 13 763,3 тыс. руб., окупаемость проекта — 1,5 года.
    Помимо перечисленных инноваций, на мой взгляд, заслуживает особого внимания метод модельного прогнозирующего управления — MPC (Model Predictive Control), актуальный в целях повышения эффективности технологических процессов тепловой станции.
    ЭР: Что представляет собой данный метод? Чем обусловлена его уникальность?
    И. Р.: Модельное прогнозирующее управление помогает усовершенствовать эксплуатационные характеристики станции применительно к задачам координации различных систем, включая многомерные, а также систем с переменными параметрами при наличии ограничений на регулируемые и управляемые переменные.
    При традиционных способах автоматизации технологических процессов производства электроэнергии и тепла системы регулирования никак не учитывают внутренние взаимосвязи в объекте управления. Подсистемы регулирования процессов горения и парообразования, температуры перегрева пара, питания и водного режима рассматриваются как автономные. В лучшем случае внутреннее взаимо­влияние переменных технологического процесса учитывается как внутреннее или внешнее возмущение. Применяемые решения по структуре и алгоритмам управления закладывались, как правило, на этапе проектирования ТЭС в 60-х годах прошлого века и существенного изменения до настоящего времени не претерпели, модернизировалась лишь аппаратная реализация, да и то не везде.
    В этом направлении весьма перспективным представляется внедрение на теплоэнергетических установках современных систем усовершенствованного управления (APC — Advanced Process Control), базирующихся на передовых методах теории управления — алгоритмах оптимизации и модельного прогнозирующего управления (уже упомянутого выше MPC), которые с начала 80-х годов получили значительное развитие в области робастного управления многосвязными динамическими системами, функционирующими в среде неопределенностей различного характера. Причем качество технологий оптимизации оценивается не по техническим, а по экономическим критериям, отражающим запросы рынка, которые постоянно трансформируются и требуют повышенной гибкости режимов теплоэнергетических объектов, их способности адаптироваться к меняющимся условиям.
    Изначально созданная для нефтеперерабатывающей отрасли, технология MPC стала востребованной во многих секторах промышленности в течение последних 30 лет. Однако только недавно алгоритмы MPC стали применяться в управлении технологическими процессами в энергетике с целью оптимизации энергопроизводства.
    Такое сравнительно медленное внедрение данной технологии в энергетической отрасли может быть частично обусловлено наличием повышенных требований к производительности оборудования, предъявляемых в этой сфере. Динамика функционирования основных узлов электростанций, как правило, гораздо интенсивнее, чем работа оборудования нефтехимических предприятий и, следовательно, нуждается в бoльших вычислительных мощностях, которые до недавнего времени либо не были доступны, либо затраты на удовлетворение упомянутых повышенных требований считались экономически неоправданными. Кроме того, экономическое преимущество метода MPC в период низкой стоимости первичной энергии (энергоносителей) и менее жестких нормативов в области охраны окружающей среды было не столь значительным.
    При реализации метода MPC на объектах энергетики сокращение эксплуатационных затрат составляет от 2 до 6%, что достигается за счет снижения степени отклонения рабочих характеристик процесса от номинальных.
    Технология МРС в мире достаточно отработана, и показателем качества данной стратегии управления является тот факт, что контракты на ее внедрение заключаются на условиях pay-for-perfomance, то есть оплата осуществляется после реального увеличения показателей производительности.
    ЭР: Какие шаги, на ваш взгляд, необходимо предпринять на государственном уровне для стимулирования инновационной деятельности в России?
    И. Р.: На уровне Правительства РФ следует создать такие механизмы, которые помогут в будущем заинтересовать собственников энергетических компаний во внедрении инновационных технологий и методов управления. Условия, конечно, должны быть прописаны законодательно, поскольку большинство энергопредприятий — частные компании, находящиеся вне прямого государственного подчинения.