Обеспечение надежной работы ОАО «Мосэнерго»
в осенне-зимний период 2008–2009 годов

В. В. Сергеев, канд. техн. наук, главный инженер, первый заместитель генерального директора,

С. А. Царев, инженер, начальник службы диспетчеризации и режимов,

В. С. Павликов, инженер, ведущий эксперт службы диспетчеризации и режимов, ОАО «Мосэнерго»

Для обеспечения качественной работы ОАО «Мосэнерго» в осенне-зимнем периоде 2008–2009 годов было проанализировано прохождение отопительного периода 2007–2008 годов, когда компания работала без серьезных сбоев, обеспечив устойчивую работу оборудования электростанций и выдачу тепла и электрической энергии потребителям Москвы и Московской области, несмотря на дальнейший рост их потребления. Топливообес-печение электростанций ОАО «Мосэнерго» в осенне-зимнем периоде 2007–2008 годов оставалось надежным благодаря своевременно созданным запасам и поставкам. Запланированный объем ремонта оборудования на электростанциях был выполнен. С октября 2007 года по апрель 2008 года на филиалах ОАО «Мосэнерго» аварий не произошло.

Максимальное потребление электроэнергии Московского региона в осенне-зимнем периоде 2007–2008 годов зафиксировано 9 января 2008 года в 18:00 при среднесуточной температуре наружного воздуха -13,8 °С и составило 16 181 МВт, что выше максимума нагрузок осенне-зимнего периода 2006–2007 годов на 4,5 % в сопоставимых условиях. Абсолютный максимум потребления, приведенный к температуре наружного воздуха -28 °С, составил 18 400 МВт.

По Москве максимум потребления составил 10 488 МВт, что превысило предыдущий год на 456 МВт.

Планируемый ввод генерирующих мощностей в Московском регионе ожидался в объеме 790 МВт: ОАО «Мосэнерго» – 540 МВт и в Москве – 250 МВт. Фактический прирост генерирующих мощностей составил 600 МВт:

• ОАО «Мосэнерго» за счет ввода в эксплуатацию энергоблоков парогазовой установки (ПГУ) № 3 на ТЭЦ-27 получило 450 МВт, реконструкции на ТЭЦ-9 – 10 МВт и на ТЭЦ-22 – 10 МВт;
• другие собственники за счет установки нового детандер-генераторного агрегата (ДГА) на ТЭЦ-23 ввели 10 МВт;
• на ТЭЦ ОАО «Сити» было введено 120 МВт.

При плане 250 МВт фактический ввод по Москве составил 140 МВт: ОАО «Мосэнерго» за счет реконструкции на ТЭЦ-9 ввело 10 МВт; другие собственники – 10 МВт (ДГА на ТЭЦ-23) и 120 МВт на ТЭЦ ОАО «Сити».

Коренного перелома в снижении дефицита мощности и повышении балансовой надежности при сравнении с уровнем осенне-зимнего периода 2006–2007 годов не произошло, поскольку прирост генерирующих мощностей был несколько меньше прироста потребления.

Регулировочные мероприятия в виде ограничения потребления мощности не проводились.

Для покрытия части дефицита мощностей московской энергосистемы неоднократно включались ГТУ ГРЭС-3, пуски которых производились при более теплой погоде (от -2 до -10 °С) по сравнению с прошедшим осенне-зимним периодом (от -10 до -15 °С), т. е. температурный порог значительно снизился из-за отставания ввода генерирующих мощностей и объектов сетевого строительства от роста потребления.

Мобилизация мощности (подъем нагрузки выше располагаемой) московских ТЭЦ официально не производилась. Однако при нерасчетных условиях электростанции работали с превышением фактической располагаемой мощности в режиме «вынужденной мобилизации» электрической мощности, поскольку системным оператором не были приняты ограничения мощности, связанные с работой ТЭЦ в режиме когенерации (эти ограничения не приняты впервые). Это приводило к передаче тепловой нагрузки на водогрейные котлы, что снижало надежность работы теплофикационного оборудования и приводило к пережогу топлива.

Введенный в эксплуатацию в ноябре 2007 года парогазовый энергоблок ПГУ-450 на ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго» в максимум потребления электрической мощности (9 января 2008 года) нес электрическую нагрузку 420 МВт и тепловую – 189 Гкал/ч.

Максимальная тепловая нагрузка, подключенная к ТЭЦ ОАО «Мосэнерго», была зафиксирована 8 января 2008 года при температуре наружного воздуха -14,8 °С и составила 17 899 Гкал/ч (20 816 МВт), что выше располагаемой тепловой мощности турбин (13 789 Гкал/ч) примерно на 4 тыс. Гкал/ч. Покрытие тепловых нагрузок, превышающих располагаемую мощность турбин, обеспечивалось за счет включения 53 водогрейных котлов.

В сопоставимых условиях максимум потребления тепловой мощности к уровню осенне-зимнего периода 2007–2008 годов вырос на 2,2 %.

Максимальное потребление тепловой мощности по Москве с учетом потребителей, подключенных к городским источникам тепла, составило 25 774 Гкал/ч (29 976 МВт), что почти втрое выше потребления электрической мощности при температуре наружного воздуха -14,8 °С.

Прогноз электропотребления на предстоящую зиму 2008–2009 годов

Надежность прогноза определяется анализом динамики составляющих электропотребления с 1999 года по настоящее время (рис. 1).

Рисунок 1 (подробнее)   Динамика потребления электроэнергии Московского региона

Темпы роста потребления электрической энергии с 2000 по 2007 годы в среднем составили 4,6 %, а за 9 мес. текущего года прирост потребления электро-энергии увеличился до 5,6 %.

Темпы роста средних за рабочие дни максимумов нагрузки с 2000 по 2007 годы составляют около 4 % в год (3,7 %), а за 9 мес. текущего года этот показатель возрос до 5,2 %.

Темпы роста абсолютного максимума потребления мощности за последние семь лет составили 4,7 % (рис. 2).

Рисунок 2 (подробнее)   Динамика абсолютного максимума потребления мощности Московского региона

Прогноз баланса мощности и участие электростанций ОАО «Мосэнерго» в покрытии максимума нагрузок в осенне-зимний период 2008–2009 годов представлен на рис. 3.

Рисунок 3 (подробнее)   Прогноз баланса мощности в максимум нагрузок осенне-зимнего периода 2008–2009 годов

На основании вышеизложенного, прогноз абсолютного максимума на предстоящий осенне-зимний период 2008–2009 годов можно принять с приростом 4 %, т. е. на уровне 19 100 МВт. Таким образом, максимальная мощность потребления при температуре наружного воздуха -28 °С по региону возрастет на 700 МВт, в том числе по Москве на 400 МВт. Максимум потребления по Москве при температуре наружного воздуха -28 °С составит 10 887 МВт.

По сравнению с осенне-зимним периодом 2007–2008 годов в Московском регионе генерация ТЭС увеличится за счет новых вводов на 1 313,5 МВт, что превышает прирост потребления на 613,5 МВт. Новые вводы мощностей распределяются следующим образом:

• 1 011,5 МВт – ОАО «Мосэнерго»;
• 246 МВт – Москва;
• 56 МВт – другие собственники.

Несмотря на то что новые вводы значительно (на 613,5 МВт) превышают прирост потребления, прогнозный баланс мощности Московского региона при расчетной температуре -28 °С складывается с дефицитом около 4 100 МВт. Дефицит мощности будет покрываться полностью перетоком из ЕЭС РФ. По данным системного оператора, допустимый сальдо-переток составляет 4 200 МВт.

Как и накануне предыдущих осенне-зимних периодов, в ОАО «Мосэнерго» разработана программа мобилизации электрической мощности на электростанциях с передачей тепловой нагрузки на водогрейные котлы с разбивкой на два этапа: 110 МВт по первому этапу и 130 МВт – по второму.

Баланс мощности по Москве при температуре -28 °С в часы вечернего максимума нагрузок будет складываться также с дефицитом порядка 800 МВт (796 МВт). Дефицит мощности будет покрываться перетоком из московской энергосистемы, в том числе от ТЭЦ-22 и ТЭЦ-27.

В ночные часы в Москве генерация значительно превышает потребление, более чем на 2 тыс. МВт. В целом за сутки создается иллюзия, что Москва избыточна. Но эта избыточность имеет место только по электроэнергии и только в ночные часы исключительно из-за того, что в Москве все электростанции – это ТЭЦ, главная задача которых производить тепло, греть город, работать по графику теплосети. По этой причине ТЭЦ Москвы ночью не могут глубоко разгружаться. Они разгружаются ровно настолько, насколько позволяют требования надежного и бесперебойного тепло-снабжения столицы.

В балансе Москвы ТЭЦ-22 и ТЭЦ-27 не учитываются, при этом доля мощности, поставляемой в Москву, составляет:

• электрическая: по ТЭЦ-22 – 48 %, по ТЭЦ-27 – 39 %;
• тепловая: по ТЭЦ-22 – 85 %; по ТЭЦ-27 – 95 %.

Баланс тепловой мощности в осенне-зимний период 2008–2009 годов

Тепловая нагрузка города значительно превышает электрическую (рис. 4). Если максимальное потребление электрической мощности, как отмечалось выше, составляет 10 887 МВт, то потребление тепла при этом будет около 38 500 МВт, или 33 250 Гкал/ч, превышение почти в четыре раза.

Рисунок 4 (подробнее)   Комбинированное потребление тепловой и электрической мощности Москвы в максимум нагрузок осенне-зимнего периода 2008–2009 годов при температуре наружного воздуха -28 °С

В этом заключается одна из главных особенностей ОАО «Мосэнерго» как теплофикационной энергосистемы, где одновременно осуществляется комбинированное производство и потребление тепловой и электрической мощностей.

В сумме эквивалентная потребляемая мощность, тепловая и электрическая, по Москве составляет гигантскую величину – около 50 тыс. МВт (или около 4,5 кВт на душу населения).

Так как тепловая нагрузка города значительно превышает электрическую, то выход из строя одной крупной ТЭЦ при низких температурах может привести к полному или частичному распаду всей энергосистемы. По этой причине сотрудниками компании предъявляются высокие требования к надежности не только ТЭЦ ОАО «Мосэнерго», но и электрических сетей 110, 220 и 500 кВ, которые по существу являются схемами выпуска мощности московских ТЭЦ.

Баланс покрытия тепловых нагрузок города от ТЭЦ Москвы в зависимости от температур наружного воздуха представлен на рис. 5.

Рисунок 5 (подробнее)   Прогноз баланса тепловой мощности ТЭЦ Москвы на осенне-зимнего периода 2008–2009 годов, приведенный на температуру наружного воздуха (Tн.в.) равную -28 °С

Следует обратить внимание, что к температуре -5 °С происходит исчерпание располагаемых мощнос-тей турбин. При понижении температуры для покрытия возрастающего потребления требуется включение пиковых водогрейных котлов (ПВК). При расчетной температуре -28 °С будут задействованы до 80 ПВК из 108 установленных на ТЭЦ Москвы. Резерв тепловой мощности на ПВК весьма условен, т. к. распределен неравномерно, зависит от обеспеченности расходом сетевой воды и не резервирует аварийную потерю тепловой мощности турбин.

Из представленного баланса видно, что располагаемая тепловая мощность турбин ниже установленной. Основная причина заключается в том, что в условиях дефицита электрической мощности электростанции вынуждены работать с конденсационной нагрузкой. Решение вопросов сбалансированности по электрической мощности (реализация программ ввода мощностей с темпами, опережающими рост электропотребления) и обеспечения работы ТЭЦ по тепловому графику позволит значительно повысить надежность теплоснабжения и топливную эффективность.

Московский регион по климатическим характеристикам относится к району с температурой наиболее холодной пятидневки в границах от -25 до -32 °С с обеспеченностью 0,92. Согласно СНиПу 23-01–99, жилые здания и сооружения в Московском регионе проектируются с расчетом температуры наружного воздуха не свыше -28 °С.

Важной задачей при прохождении осенне-зимнего периода 2008–2009 годов будет являться обеспечение загрузкой по теплу вновь введенного высокоэкономичного парогазового оборудования, что позволит повысить надежность теплоснабжения города и улучшить показатели топливоиспользования.

Баланс тепловых нагрузок по станциям в день наибольшего потребления тепла в осенне-зимние периоды 2005–2006 годов и 2008–2009 годов при Т_н.в. = -28 °С сведен в таблицу, на основании данных которой можно сделать вывод, что максимальный отпуск тепла с коллекторов ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» в сопоставимых условиях возрастет за 3 года на 5,5 %. Коэффициент теплофикации на некоторых ТЭЦ растет за счет ввода новых тепловых мощностей, например, на ТЭЦ-21 (с 0,56 до 0,65) и ТЭЦ-27 (с 0,46 до 0,6). Однако в целом по ОАО «Мосэнерго» коэффициент теплофикации снижается с 0,74 до 0,71 (с 0,63 до 0,61 по фактической загрузке отборов турбин). Такая динамика свидетельствует о том, что повышение установленной тепловой мощности турбин отстает от роста максимальных тепловых нагрузок потребителей, приведенных к Т_н.в. = -28 °С, что в конечном итоге приводит к возрастанию доли ПВК в покрытии тепловых нагрузок (усиление тенденции превращения Москвы в котельную). Для мегаполиса коэффициент теплофикации должен определяться в первую очередь обеспечением надежности теплоснабжения.

«Узкие места» в системной надежности и безопасности энергоснабжения

ΙI. В энергосистеме:

• дефицит активной и реактивной мощностей;
• исчерпание пропускной способности электрических сетей 110, 220 и 500 кВ;
• транзитный характер энергосистемы;
• недостаточная величина пикового резерва генерирующей мощности;
• неремонтопригодность энергосистемы в отопительный период;
• отсутствие резервирования по теплу и по электрическим сетям ТЭЦ с большой единичной мощностью;
• недостаточный объем ПА. Отсутствие концепции восстановления энергоснабжения после аварий с частичным или полным «распадом» энергосистемы;

ΙΙII. В ОАО «Мосэнерго»:

• изношенность энергооборудования, ведущая к риску возникновения технологических нарушений;
• высокие уровни токов короткого замыкания;
• ненадежные схемы выпуска электрической мощности и тепла многих ТЭЦ ОАО «Мосэнерго»;
• нерегулируемый избыток мощности в ночные часы;
• жесткая связь между электро- и теплопотреблением;
• отсутствие автоматики отделения собственных нужд по напряжению;
• монотопливный баланс, ограниченные возможности сжигания мазута при уменьшении поставок газа;

ΙIII. У потребителя недостаточная оснащенность автономными источниками систем жизнеобеспечения московского мегаполиса.

Топливообеспечение

Для обеспечения бесперебойного энергоснабжения потребителей подготовлены к надежной работе в зимних условиях мазутные хозяйства, склады твердого топлива, тракты топливоподачи, золоотвалы и золопроводы.

Создание запасов резервного и аварийного топлива на ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» (таблица) осуществлялось в соответствии с приказом Минпромэнерго РФ от 07.12.2007 года № 544.

ОАО «Мосэнерго» постоянно проводит работу по расширению возможностей сжигания мазута при ограничениях потребления газа для обеспечения надежной работы электростанций в этих условиях. Для этого также определены возможные топливные балансы при различных степенях ограничений потребления природного газа.

Программы повышения надежности и долговечности электростанций ОАО «Мосэнерго»

• В рамках инвестиционной программы реализуется ряд подпрограмм, связанных с повышением надежности, экологической и пожарной безопасности. Ее важной частью является программа замены электротехнического оборудования ТЭС. В период с 2005 года по настоящее время заменено 5 генераторов, 6 трансформаторов, 144 трансформаторов тока, 87 трансформаторов напряжения, 35 выключателей.

Постоянная работа ведется также по продлению ресурса оборудования: продлен ресурс 60 % котлов, 54 % паропроводов, 24 % турбин серии Т и ПТ, заменено 64 % газомазутопроводов.

Проведена реконструкция генератора ТВВ-320 на блоке ст. № 10 ТЭЦ-22 с заменой крайних пакетов и перемоткой обмотки статора и предусмотрена замена генератора ТВ2-100-2 ст. № 4 на ТЭЦ-17.

Продолжаются работы по обследованию электростанций с целью создания автоматики отделения собственных нужд по частоте и напряжению.

• Программа капитальных и средних ремонтов основного оборудования реализуется по графику, без срывов. Проводимая ОАО «Мосэнерго» долгосрочная политика приводит к постепенному снижению объемов капитальных ремонтов, что позволяет все больше концентрировать средства на ввод нового прогрессивного оборудования.

• По программе ликвидации разрыва мощности в 2008 году предусмотрена модернизация двух паровых турбин типа ПТ-80/130 на ст. № 1 на ТЭЦ-26 и № 9 на ТЭЦ-12 с целью увеличения электрической и тепловой мощностей. На ТЭЦ-23 производится замена турбины Т-100 (вместе с генератором ТВФ-100-2) на турбину Т-110 с приростом мощности 10 МВт.

В текущем году помимо введенного блока ПГУ-450Т на ТЭЦ-21 предусмотрен ввод такого же блока на ТЭЦ-27. На ТЭЦ-9 планируется ввести ГТЭ-65 с приростом электрической мощности 61,5 МВт. В целом, как отмечалось выше, прирост установленной мощности по ОАО «Мосэнерго» составит 1 011,5 МВт.

Запасы резервного и аварийного топлива

Вид топлива Задание на 01.11.2008 года, тыс. т Фактический показатель на 01.11.2008 года, тыс. т % Уголь 505,0 579,2 114,7 Мазут 420,0 423,9 100,9 Топливо для ГТУ 10,0 17,1 171

• Работа с оперативным персоналом

В период подготовки к работе в осенне-зимний период наиболее важным направлением стала работа с оперативным персоналом. Сложность ситуации в значительной степени определяется неукомплектованностью штата оперативного персонала.

При этом наибольшее число вакансий имеет такая категория, как машинисты блоков, котлов и турбин.

Укомплектованность оперативным персоналом является основным условием выдачи компании паспорта готовности.

В настоящее время проводится ряд мероприятий для привлечения и укомплектования оперативного персонала.

Особое внимание в ОАО «Мосэнерго» при подготовке к осенне-зимнему периоду уделяется обучению оперативного персонала незамедлительно и верно действовать во внештатных ситуациях. С этой целью на всех филиалах компании проведены противоаварийные тренировки:

• при снижении частоты до аварийных пределов;
• при работе АЧР и ЧДА;
• при резком понижении температуры наружного воздуха;
• при прекращении подачи одного вида топлива;
• при разрывах теплопроводов;
• при пожарах в главных корпусах и топливоподачах.

Итак, ОАО «Мосэнерго» подготовило свои электростанции к надежной работе не только в нормальных режимах, но и в режимах мобилизации мощности, объем которых будет зависеть от результатов выполнения энергокомпаниями Московского региона намеченных планов реконструкций и новых вводов.

Реализацией инвестиционной программы в 2008 году по вводу дополнительной генерирующей мощности в размере 1 011,5 МВт, в том числе блоков ПГУ-450 на ТЭЦ-21 и ТЭЦ-27, ОАО «Мосэнерго» вносит значительный вклад в повышение надежности энергоснабжения Москвы и улучшение энергоэффективности.

Основными задачами в оставшееся время по подготовке к зиме являются:

• получение в срок паспорта готовности энергокомпании;
• завершение программы ремонтов (приказ № 1 ОАО «Мосэнерго»);
• выполнение программы повышения надежности;
• обеспечение готовности к увеличению доли сжигания мазута и угля в балансе энергосистемы, выполнение задания по запасам топлива;
• подготовка оперативного персонала к управлению блоками ПГУ-450.