Энергия с перепаду

Детандерная технология позволяет качать электроэнергию прямо из газовой трубы

Ольга Рубан

С электроэнергией у нас в стране беда. Ее то не хватает на всех, то цены на нее слишком высоки. В итоге страдают потребители, начиная от крупных промышленных предприятий, отвлекающих средства от основной деятельности на решение проблем с энергообеспечением, и заканчивая рядовыми гражданами, которые зимой стали замерзать целыми городами.

Традиционный способ борьбы с этой энергетической немощью - строительство новых электростанций. Но проблема в том, что такое строительство крайне дорого. Электростанция мощностью 5000 МВт (напомним, что мощность самой крупной в России Саяно-Шушенской ГЭС - 6700 МВт) обойдется казне и РАО "ЕЭС России" не менее чем в 4 млрд долларов. Поэтому такие станции сейчас никто и не строит.

Существует альтернативный способ частичного решения энергетической проблемы, который и проще, и дешевле строительства традиционных энергоблоков. В основе этого способа лежит идея, которую в 1948 году предложил академик Михаил Миллионщиков. Идея эта не была ни открытием, ни изобретением, скорее, рацпредложением. В Европе ее уже давно взяли на вооружение. Но не в России, хотя реализация этой идеи в масштабах страны позволит получить порядка 8000 МВт электроэнергии и сэкономить как миллиарды кубометров природного газа, так и миллиарды долларов государственных инвестиций.

Все дело в газовой трубе

Идея простая: вырабатывать электроэнергию, используя перепад давления природного газа. Ведь на пути от месторождения до потребителя давление газа в несколько этапов, или "ступенек", сбрасывается с магистрального в 55-74 атмосферы до "комфорочного" в 0,1-0,5 атмосферы. Для этого в газовой трубе поперек потока устанавливается механическое препятствие - дроссель. Струя сжатого газа свистит сквозь образовавшуюся щель, а его энергия при этом теряется безвозвратно. Такой процесс происходит в сотнях точек - на всей газифицированной части страны.

Если же вместо дросселя установить детандер-генераторный агрегат (далее будем называть его кратко - детандером), состоящий из газовой турбины, электрогенератора и подогревателя газа, то энергия газа, раньше уходившая "в пустоту", будет превращаться в электроэнергию. Происходит это так. Газ под высоким давлением, проходя через турбину, вращает ее лопатки и попутно сам "теряет" давление. А механическая энергия вала турбины преобразуется генератором в электрическую.

Иногда этот способ называют "бестопливной технологией", поскольку детандер не потребляет газ, а лишь пропускает его через себя. Однако небольшое количество топлива все-таки требуется - для подогрева газа перед турбиной детандера. Иначе, расширяясь в турбине, газ охладится до столь низкой температуры, что его дальнейшее использование потребителями станет невозможным.

По оценкам специалистов компании "Криокор" (именно они первыми в России заметили новый рынок), только крупных "ступенек" перепада давления, с которых можно "снимать" по 10-12 МВт мощности, в России насчитывается более шести сотен. Мелких - еще больше. Таким образом, общий потенциал выработки электроэнергии на детандерах в масштабах всей страны - примерно 8000 МВт. Это эквивалентно строительству двух очень крупных электростанций.

Теперь оценим экономический эффект от внедрения послевоенной идеи. Себестоимость энергии, производимой детандерным агрегатом, - около 10 коп. за 1 кВт/ч. Сравним эти данные с региональными энергетическими тарифами (см. таблицу 1): детандерная энергия в среднем в пять раз дешевле. Идем дальше. Сравним капзатраты на строительство ГРЭС мощностью 5000 МВт и на установку множества детандеров с такой же суммарной мощностью. Для строительства ГРЭС потребуется 2,5-4 млрд долларов, а для установки детандеров - 1,5 млрд. Более того, за счет очень небольшой потребности в топливе применение детандеров позволит, по данным специалистов "Мосэнерго", экономить в год еще и 6 млрд кубометров природного газа, которые на ГРЭС были бы сожжены, а продукты сгорания выброшены в атмосферу.

За рубежом все эти "плюсы" оценили давно: в Западной Европе первые детандеры появились в середине восьмидесятых, а сейчас их работает уже несколько сотен, больше всего - в Италии и Германии. Детандер работает даже в Белоруссии на Лукомольской ГРЭС. Тамошнее Минэнерго поощряет внедрение ресурсосберегающих технологий - покупает у ГРЭС "детандерную" энергию по удвоенному тарифу.

Где купить детандер?

У нас же все только начинается. На тему внедрения детандеров написаны концепции, кипы планов и проектов, защищены докторские диссертации. Но дальше дело не движется. В чем же препятствие? Экономический эффект, казалось бы, очевиден. Может, наши заводы не способны делать такую технику, а покупка ее за рубежом сведет на "нет" все преимущества идеи? Оказывается, производство детандеров отечественная промышленность уже освоила.

В 1994 году на московской ТЭЦ-21 был запущен детандер-генераторный комплекс мощностью 10 МВт, разработанный "Криокором". Начинание "Криокора" подхватили и другие предприятия. Сегодня о своей готовности делать детандеры уже заявили такие крупные машиностроительные предприятия, как Калужский турбинный завод (КТЗ), Уральский турбомоторный завод (УТМЗ), Невский завод, "Рыбинские моторы" и другие.

У каждого предприятия своя конструкция детандерного агрегата, впрочем, принципиально разных схем всего две. Одну предлагают КТЗ и УТМЗ, традиционно ориентированные на стационарную энергетику, другую, с элементами силовых установок авиационной техники, продвигают оборонные заводы. "Военная" схема компактнее, чем "гражданская". Компактность достигается за счет высокооборотной турбины, а между ней и генератором появляется дополнительный элемент - редуктор, понижающий обороты турбины. По мнению некоторых специалистов, редуктор ухудшает эксплуатационные характеристики установки. У заводов, специализирующихся на стационарной энергетике, турбина многоступенчатая, она отличается большими габаритами, но зато не нужен редуктор, так как частота оборотов турбины стандартна. Объективно оценить плюсы и минусы обеих схем можно будет только после внедрения разных моделей детандера. Скорее всего, у каждой конструкции найдутся свои покупатели.

Однако уже сегодня можно сказать, что наиболее полно удовлетворять спрос на детандеры сможет Калужский завод - разработку и производство оборудования для энергосберегающих технологий он сделал одним из основных направлений своей работы. Согласно заводскому плану-графику выпуска детандеров, каждый год предприятие намерено осваивать по одной новой установке. Таким образом, к 2006 году на КТЗ наладят серийный выпуск пяти типов детандеров разной мощности: от 1,5 МВт до 12,0 МВт, и завод будет готов поставлять заказчикам до десяти детандерных агрегатов в год.

Пока дело на бумаге

Где же в таком случае заказчики? Почему два криокоровских детандера на столичной ТЭЦ до сих пор остаются единственными действующими установками в отечественной энергетике? Чтобы ответить на этот вопрос, выясним прежде всего, кто они, эти потенциальные заказчики.

Во-первых, это "Газпром" - хозяин газа и основных газопроводов. Во-вторых, РАО "ЕЭС России" - крупнейший потребитель газа. В-третьих, крупные промышленные предприятия, использующие газ в качестве сырья.

Начнем с "Газпрома". Бывший зампредседателя правления монополиста Валерий Ремизов еще в 1999 году просил двадцать региональных "Трансгазов" внедрить детандеры на своих объектах. Реакции с мест так и не последовало. В марте 2001 года руководство "Газпрома" поручило управлению энергетики и управлению науки, новой техники и экологии разработать программу внедрения детандеров, определить конкретные объекты и обеспечить финансирование работ. Вскоре и это начинание затухло, и порешили, что детандерами будет заниматься другое подразделение "Газпрома" - "Газпромэнерго". Сегодня у него есть лишь самая общая концепция использования детандеров. Однако для того чтобы внедрить новшество в жизнь, у этой "дочки" монополиста недостаточно полномочий - требуется участие управления энергетики самого "Газпрома". Но вот в этом управлении с корреспондентом "Эксперта" беседовать о детандерах отказались, но дали понять, что "идея их внедрения особого энтузиазма в 'Газпроме'не вызывает".

В РАО ЕЭС не имеют ничего против детандеров, однако новые мощности (их до конца этого года планируется ввести 1410 МВт) предпочитают наращивать привычным способом. Что же касается закупок детандеров для станций РАО, то руководство энергохолдинга уже полгода собирается обсудить этот вопрос.

Впрочем, нет худа без добра. Из неповоротливости и забюрократизированности газового и энергетического гигантов может извлечь выгоду частный бизнес. К примеру, ООО "Пупкин-энерго" заключает договор аренды с хозяином газовой "ступеньки", устанавливает детандер и начинает производить товар - электроэнергию. Согласно федеральному Закону о энергосбережении, местная энергосеть обязана принять энергию, произведенную по энергосберегающей технологии, даже если в регионе недостатка в ней нет. Причем принять по цене не ниже средней по региону.

Кто станет первым

А что же промпредприятия? У них интерес к энергосберегающим технологиям пробудила сама жизнь - энерготарифы постоянно растут, да и о снижении издержек в условиях конкуренции заботиться нужно. Большинство потребителей природного газа пришли к выводу, что резервы "зарыты" именно под "ступенькой" перепада давления. Поэтому пункт о внедрении детандеров присутствует в корпоративных программах по энергосбережению - такие сегодня есть практически у всех крупных предприятий черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности.

Стоит особо отметить, что в большинстве случаев внедрение детандера равносильно строительству собственной маленькой электростанции, которая полностью обеспечит потребности предприятия в электроэнергии. К примеру, тот же "Криокор" сейчас планирует установить детандер на газораспределительной станции около Волгореченского трубного завода и тем самым избавить его от необходимости покупать электроэнергию у Костромской ГРЭС.

Эта категория потенциальных заказчиков еще не выстроилась в очередь к заводам - производителям детандеров только потому, что никто не желает первым внедрять у себя техническое новшество и становиться полигоном для его "обкатки". Каждый ждет, пока "эта штука" заработает у соседа и покажет все свои достоинства и недостатки. А московской ТЭЦ-21 с агрегатами самой первой, пробной, модификации не под силу увлечь своим примером всю страну, хотя на их слабых сторонах уже "выучился" не только сам "Криокор", но и почти все его теперешние конкуренты.

Детандерным пионером, по всей видимости, снова будет "Мосэнерго": по инициативе руководства компании второй в России детандер-генератор мощностью 12 МВт планируется запустить на столичной ТЭЦ-23 уже в будущем году. В дальнейшем по контракту, подписанному "Мосэнерго" с Уральским турбомоторным заводом, предполагается вводить в действие по одной новой установке в год.

Резервом мощности в тысячу мегаватт располагают даже муниципальные котельные. Здесь детандер позволит сократить расходы на собственные нужды, а это в свою очередь не может не отразиться на тарифах на отопление для населения. Однако данный резерв будет задействован, видимо, только в том случае, если в результате намечающейся реформы из ЖКХ действительно удастся сделать рыночную отрасль.

Сегодня для "детандеризации" страны не хватает, пожалуй, одного - желания государства и РАО ЕЭС сделать приоритетным направлением своей инвестиционной политики, наряду со строительством новых энергоблоков "большой энергетики" и реконструкцией старых, внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Фотографии предоставлены компанией "Криокор".