Мощный буфер энергосистемы

Строительство ГАЭС осуществляется в мире уже более ста лет. Первая ГАЭС – Леттем (Швейцария), мощностью около 100 кВт, – была введена в эксплуатацию в 1882 году. Сейчас общее количество ГАЭС в мире составляет более 460, а их суммарная мощность насчитывает около 300 млн. кВт, что вносит вклад в зарубежную энергетику около 20%.

В СССР параллельно со строительством ГЭС, учитывая интенсивное развитие тепловой и атомной энергетики, разрабатывались проекты строительства около 20 гидроаккумулирующих станций. Однако сегодня в России таких станций всего две: Загорская ГАЭС, которая находится в 80 км севернее Москвы, в Сергиево-Посадском районе, в поселке Богородское, на реке Кунья, и Ставропольская ГАЭС на трассе Большого Ставропольского канала (БСК).

Гидроаккумулирующая электростанция является уникальным гидроэнергетическим сооружением, посредством которого удается аккумулировать (запасать) электрическую энергию, возвращая ее в энергосистему по мере необходимости. В часы, когда в энергосистеме избыток электрической энергии, преимущественно ночью, гидроагрегаты ГАЭС работают в качестве насосов и, потребляя дешевую избыточную электроэнергию, перекачивают воду из нижнего бассейна в верхний аккумулирующий бассейн на высоту несколько десятков или сотен метров. В часы, когда в энергосистеме образуется дефицит генерирующей мощности, преимущественно в утренние и вечерние часы, гидроагрегаты ГАЭС работают в качестве генераторов и превращают энергию падающей воды в электрическую. Она поступает в объединенную систему. Учитывая высокую маневренность гидроэнергетического оборудования, количество пусков обратимых гидроагрегатов ГАЭС, в отличие от обычных ГЭС, достигает нескольких сот (500–700) в месяц, а иногда составляет около 30 пусков в сутки.

Загорская ГАЭС

Решение о строительстве первой в стране гидроаккумулирующей электростанции в Сергиево-Посадском районе было принято в 1974 году.

Местоположение ГАЭС было выбрано неслучайно: именно здесь можно добиться перепада высот более чем 100 м между верхним и нижним бассейнами, чтобы создать необходимый напор воды. Объем верхнего бассейна 30 млн. куб. м.

В обычном режиме приток воды в реке Кунья составляет 1,6 куб. м/с. Этот приток не позволяет вырабатывать необходимое количество электроэнергии. В связи с этим в начале 80-х годов реку перекрыли плотиной, очистив предварительно от поросли и углубив место затопления. Таким образом, был сформирован нижний бассейн станции. Его объем составляет 36 млн. куб. м воды.

Два первых обратимых гидроагрегата Загорской ГАЭС были введены в эксплуатацию в декабре 1987 года. С 2000 года и по настоящее время Загорская ГАЭС работает на полную проектную мощность.

Ежедневно независимо ни от чего вниз сливается 22 млн. куб. м воды. Запаса воды в верхнем бассейне хватает на пять часов непрерывной работы всех гидроагрегатов. За это время они могут выработать около 36 тыс. МВт электроэнергии.

Станция представляет собой семиэтажный дом, наполовину закопанный в землю. На поверхности находятся только три этажа. Самое интересное начинается на первом этаже – это машинный зал.

Шесть гидроагрегатов располагаются вдоль одной линии, как солдаты в строю. От них сверху видна только красная «шапочка» – это генераторный подшипник, который держит верхнюю часть машины. Снизу машину держит турбинный подшипник. Эти подшипники не дают турбине совершать горизонтальные перемещения, а чтобы машина не провалилась вниз, она опирается на еще одну конструкцию, которая называется подпятник. Это тоже подшипник – сегментированный подшипник скольжения, трущиеся части которого выполнены из листов фторопласта. Все подшипники находятся в ваннах, заполненных маслом. Такая конструкция позволяет легко заменять пришедшие в негодность части, слегка приподнимая гидроагрегат.

Всеми гидроагрегатами управляет дежурный персонал, который по команде системного оператора производит пуск или остановку гидроагрегатов и управляет их мощностью.

На станции работают 280 человек обслуживающего персонала. Оперативный персонал, который управляет гидроагрегатами, работает в смену по восемь человек.

Станция высокоманевренная: пуск гидроагрегата в генераторном режиме занимает 3–4 минуты. После команды системного оператора через четыре минуты один генератор ГАЭС уже выдает 200 МВт электроэнергии. Максимально возможная мощность станции при запуске всех шести гидроагрегатов – 1200 МВт. В день обычно бывает 3–4 запуска каждой турбины.

Скорость вращения турбины 150 об./мин. Рабочее напряжение генератора огромное – 15 750 В. Под полом машинного зала на глубине 11 м находится середина рабочего колеса, через которое протекает вода, раскручивая весь гидроагрегат.

Вот что о станции рассказал заместитель начальника производственно-технической службы Вадим Анатольевич Горин: «Согласно регламенту каждый агрегат проходит плановый ремонт раз в год, а каждые четыре года – капитальный ремонт. Каждые двадцать лет выполняется расширенный капитальный ремонт с полной разборкой гидроагрегата.

Ремонтные работы выполняются с помощью мостовых кранов. Грузоподъемность каждого – 320 т. Самая тяжелая часть гидроагрегата – это ротор. Он весит 550 т. Поэтому при необходимости демонтажа агрегата используется два крана, которые с помощью специальной траверсы медленно и синхронно поднимают ротор из стакана генератора.

Генераторы и турбины еще не выработали свой ресурс, но по программе реконструкции происходит замена вспомогательного оборудования, которое осуществляет поддержку режимов работы гидроагрегатов.

В марте стартует ремонтная кампания. В прошлом году были заменены разъединители на первом трансформаторе и часть оборудования системы управления. В этом году замена продолжится. Также будет заменена релейная часть щита автоматики, которая еще выполнена на реле и лампах. Замена старого оборудования на современное микропроцессорное, произведенное группой компаний «Ракурс», не только позволяет упростить эксплуатацию станции, но и повышает надежность ее работы. Оборудование уже заменено на половине гидроагрегатов. И статистика, связанная с дефектами автоматики, показывает, что отказов стало на порядок меньше. В какой-то степени это связано с приобретением опыта персоналом при выполнении ремонтных работ и работ по техническому обслуживанию. С другой стороны, само оборудование на современной элементной базе стало более надежным. Оно часто даже необслуживаемое. Замена всего комплекса оборудования станции на новое, оснащение всех узлов гидроагрегата электронными датчиками мониторинга, которые позволят снимать характеристики по всем параметрам, – все это даст возможность задействовать меньше персонала и еще больше увеличить надежность станции».

Являясь важным узлом в Объединенной энергосистеме Центральной России, Загорская ГАЭС участвует в автоматическом регулировании частоты и перетоков мощности в данном регионе и покрывает суточные пиковые нагрузки в Московской и Центральной энергосистемах.

Сейчас рядом с Загорской ГАЭС в круглосуточном режиме строится вторая подобная станция, которая будет состоять из четырех гидроагрегатов. Первые два будут запущены уже в конце этого года.

Загорская ГАЭС-2

По оценке Системного оператора, дефицит маневренной регулирующей мощности в Центральном регионе России составляет 2,5−3,0 млн. кВт, в том числе в Московской области – около 1,5 млн. кВт. Вторая очередь Загорской гидроаккумулирующей станции строится для частичного решения этой проблемы, а также для предупреждения аварийных ситуаций в Москве и Московской области. Загорская ГАЭС-2 вошла в Генеральную схему размещения объектов энергетики до 2030 года, одобренную Правительством Российской Федерации в июне 2010 года.

В состав сооружений станции входят верхний и нижний бассейны, водоприемник, напорные водоводы и станционный узел, устройства выдачи мощности, а также объекты инфраструктуры, которые обеспечивают строительство.

При разработке проекта был учтен многолетний опыт эксплуатации Загорской ГАЭС. Запроектировано современное высокотехнологичное как основное, так и вспомогательное оборудование, оснащенное АСУ ТП, комплектное элегазовое распределительное устройство 500 кВ от Siemens, применены новые технологии в строительстве водоводов, предусмотрен высокий уровень системы контроля и диагностики. Учитывая важность экологической безопасности, на ГАЭС-2 будет применена новейшая система рыбозащитных сооружений, предложенная специалистами ОАО «Гидропроект».

Первый кубометр бетона в основание станции был заложен в 2008 году.

Вторую очередь Загорской ГАЭС возводят круглосуточно, в три смены. На строительстве занято свыше 2000 человек и 500 единиц специализированной техники. Преимущественно используется импортная техника, но встречаются и российские экскаваторы. За сутки вынимается около 70 тыс. кубометров грунта из котлована нижнего бассейна. Большая часть грунта отправляется на возведение дамбы верхнего бассейна. Вода, частично поступающая на дно котлована, перекачивается мощными насосами в бассейн действующей станции.

Полным ходом идут работы по строительству станционного узла: бетонируются напорные грани, трансформаторная и монтажная площадки.

К октябрю все бетонирование должно быть завершено и станционный узел со стороны нижнего бьефа должен быть подготовлен к затоплению. Все бетонные конструкции, которые уже сейчас готовы, окажутся под водой.

В октябре 2010 года на Загорской ГАЭС-2 начат монтаж первого напорного водовода. Этот объект служит водоподводящим трактом, соединяющим водоприемные устройства с машинным залом, в котором расположены гидро-агрегаты ГАЭС. В октябре 2011 года начат монтаж второго напорного водовода для гидроагрегата № 2.
О монтаже водоводов рассказал заместитель начальника отдела капитального строительства Сергей Алексеевич Старшинов: «Монтаж напорного водовода – одна из самых масштабных и трудоемких частей строительства ГАЭС. По предварительным оценкам специалистов, монтаж одного водовода занимает около 12 месяцев.

Для обеспечения устойчивости объекта создается поддерживающая конструкция – свайное поле глубиной более 20 м. На свайное поле устанавливаются верхние бетонные конструкции, на которые и монтируются арматурные каркасы (секции водоводов). Армакаркасы представляют собой круглые металлические кольца длиной 8 м и весом более 70 т каждое. Это оборудование изготавливается на строительном полигоне Загорской ГАЭС-2 и по рельсовому пути направляется прямо в створ водовода. Особенностью строительства водоводов второй очереди ГАЭС является то, что все работы по свариванию и бетонированию каркасов будут производиться прямо на месте.

Диаметр трубы водовода – 7 м. Толщина стенок – 50 см. Внутри водоводов – металлическая труба, покрытая только эпоксидной эмалью, но она выдерживает трение песка и мелких камней, которые иногда засасывает в водовод.

Бетон, из которого строится станция, очень прочный, некоторые сорта, используемые в строительстве, набирают прочность 180 суток.

Еще одна отличительная особенность бетона – это отсутствие необходимости в вибрационных установках: бетон сам заполняет все полости. Такая марка бетона применяется в России впервые».

В настоящее время полностью готовы к работе два мостовых крана грузоподъемностью по 320 т каждый и выполнена их пусконаладка. Об испытаниях кранов рассказал Андрей Тарасов, заместитель генерального директора Курчатовского СМУ: «Кран подвергался статическим и динамическим нагрузкам. Он выдержал нагрузку 400 т в течение 10 минут. Остаточный прогиб крана после снятия нагрузки составил 1 мм. Это хороший результат. Испытания кран прошел и принят в эксплуатацию».

В специальном отсеке идет сборка двух статоров. По техническим требованиям независимо от температуры на улице здесь поддерживается постоянная температура на уровне 20 градусов, а также приняты меры против появления пыли. Сейчас сварщики заканчивают каркас, далее в него будут установлены обмотки. После завершения монтажа статоры будут опущены двумя мостовыми кранами через траверсу в стакан генератора.

Строительство такого рода объек-тов – это мощный градообразующий фактор. За время реализации проекта планируется привлечь до 3,5 тыс. рабочих, 200 рабочих мест будет занято при эксплуатации станции. Кроме того, ГАЭС-2 – объект социального значения.

При строительстве решается ряд социальных вопросов муниципальных образований Богородское и Краснозаводск, на территории которых ведется строительство. Восстановлена автодорога Богородское–Краснозаводск. Реконструированы муниципальные инженерные коммуникации, попадающие в зону строительства. Будет обеспечен круглогодичный подъезд в деревни Григорово и Семенцево муниципального образования Богородское, а также будет подведен питьевой водопровод.

Помимо этого ОАО «РусГидро» взяло на себя обязательство по строительству объектов социального и жилищно-гражданского назначения: строительство Дома культуры на 500 мест и обустройство рекреационной зоны со строительством спортивного комплекса в поселке Богородское, благоустройство зоны отдыха и ряда объектов коммунального назначения в городе Краснозаводске. В 2013–2014 годах будет построено современное благоустроенное жилье для персонала Загорской ГАЭС-2.

Строительная готовность объектов Загорской ГАЭС-2 на сегодняшний день составляет 68%. Первые два гидроагрегата мощностью 420 МВт планируется ввести в эксплуатацию в декабре 2012 года. На полную мощность – 840 МВт – станция выйдет в 2014 году.

Алексей Кармызов