Развитие сети ПХГ в Европейской части России является одной из важнейших стратегических задач –бесперебойного обеспечения поставок газа как российскому потребителю, как и экспортному. В условиях рыночных отношений с соседними странами, связанными с Россией как с крупнейшим поставщиком газа, с учетом пикового спроса на голубое топливо, эксплуатация ПХГ решает задачи более равномерной загрузки магистрального газопровода с учетом неравномерности газопоступления и газопотребления. В статье рассматривается подход к оценке системной эффективности применения комбинированного типа привода на ПХГ, в частности, при мультициклической эксплуатации ПХГ, сооруженных вымыванием соляных пластов.
Ключевые слова: газоперекачивающий агрегат, компрессорная станция, станция подземного хранения газа, магистральный газопровод, атомная электрическая станция, объединенная энергосистема, единая газотранспортная система, график электрической нагрузки. режим работы.
Einleitung
Auf den Kompressorstationen (Verdichterhalle) der offenen Aktiengesellschaft «Gazprom» werden zurzeit mehr als 4000 Gaspumpenanlagen (GPA) verschiedener Typen betrieben. Den meisten Anteil in der Struktur des Parks der Gaspumpenanlagen haben dabei die Gasturbinenanlagen — etwa 75 %. Die elektrischen Antriebsgasverdichteraggregate bilden daneben 18 %, und Gasmotorkompressoren (die auf dem Gas arbeitenden Kolbenkompressoren mit dem Antrieb von Verbrennungsmotoren) — neben 5 % von der Gesamtzahl der bestimmten Anlagen [1].
Eines der wichtigsten Elemente des sicheren Betriebs des Gastransportsystems sind die Stationen der Untergrundgasspeicherung, die die folgenden Funktionen erfüllen:
– die Speicherung der strategischen Vorräte des Gases;
– die Regulierung der saisonalen Bedarfsschwankungen des Erdgasverbrauches;
– die Bildung der notwendigen Vorräte des Gases unweit der Wohnorte und der industriellen Objekte für die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Gasversorgung in der kalten Periode des Jahres und im Falle der ungeahnten extremen Situationen;
– die Schaffung der Bedingungen für die sichere Arbeit des Systems der Gasversorgung — von den Gasgewerben bis zu den Gasnetzen der Endverbraucher; die Verringerung des Bauaufwands für die Ferngasleitungen und Verdichterhallen;
– die Gewährleistung des sicheren Transits der installierten Leistungsnorm des Exportgases durch die Ferngasleitungen, was unter den Bedingungen der Marktbeziehungen besonders wichtig ist.
Die Analyse der Entwicklungstendenzen der Gasbranche im vereinigten Energiesystem
Eine der Hauptmaßnahmen der Erhöhung der Energieeffektivität und der Einsparung von Ressourcen, der Erhöhung der Zuverlässigkeit und der Umweltverträglichkeit des Gastransportsystems ist die Erweiterung der Nutzung der Antriebsgasverdichteraggregate. So wurde in der offenen Aktiengesellschaft «Gazprom» «die Konzeption der Anwendung des elektrischen Antriebs im Gasverdichteraggregat auf den Objekten „Gazprom““ aufgenommen, die in der offenen Aktiengesellschaft „Giprogazzentr“ entwickelt wurde, die die Einführung der innovativen Ausrüstung für die Antriebsgasverdichteraggegate, auch auf den Stationen der Untergrundgasspeicherung [2, 3] vorsieht.
Das Vorhandensein der Spitzenlastuntergrundgasspeicher ermöglicht, die für die technologische Ausrüstung ein unerwünschtes starkes Ungleichgewicht in den Schwankungen der Gaseinströmung und des Gasverbrauches mittels Zufuhr der «Gasüberschüsse» in diesen Gasspeicher auszugleichen. Es ist bekannt, dass die Exportlieferungen des Gases anFeiertagen bis zu 10–20 % bezüglich der Arbeitswoche fallen, was die stabile Arbeit der technologischen Ausrüstung der Kompressorstationen der Erdgasfernleitungen erschwert [5].
Für die Lösung der oben genannten Aufgaben, im Rahmen des vorliegenden Artikels, haben wir die Bewertung der Effektivität der Anwendung des kombinierten Antriebes (Elektro- und Gasturbinenantrieb) des Gasverdichteraggregates unter den Bedingungen der multizyklischen Arbeit von Spitzenlastuntergrundgasspeicherim allgemeinen Energiesystem vorgestellt, einschließlich die Wärmekraftwerke und Kernkraftwerke.
Einige vorhandene Erfahrungen der Nutzung des Tagesgasturbinenantriebes und des Nachtstromes für den elektrischen Antrieb auf der gleichen Gasverdichteraggregaten in Europa (wo die Tarife für die Elektroenergie nach den Stunden der Tage differenziert sind) ermöglichen auch in unseren russischen Bedingungen, den kombinierten Antrieb des Gasverdichteraggregates zu beachten. Ein solches Verfahren gestattet eine solche Weise der Energieversorgung der Kompressorstationen zu realisieren.
Abb.1. Die Hauptgasleitungen, Untergrundgasspeicher, Kernkraftwerke und Kraftstromleitungen-500auf der Karte vonRussland
Einige vorhandene Erfahrungen der Nutzung des Tagesgasturbinenantriebes und des Nachtstromes für den elektrischen Antrieb auf gleichen Gasverdichteraggregaten in Europa (wo die differenzierten Stromtarife verbreitet sind) ermöglichen in unseren russischen Bedingungen den kombinierten Antrieb der Gasverdichteraggregate, zu beachten. Ein solches Verfahren gestattet eine solche Weise der Energieversorgung der Kompressorstationen zu realisieren.
Wie es aus der Abbildung 1 zu sehen ist, befinden sich viele den großen Kompressorstationen desGastransportsystemsder Russischen Föderation verhältnismäßig relativ nahe zu den Kraftstromleitungen und können schon heute kostengünstig auf den elektrischen Antrieb umgesetzt werden. Jedoch muss man bei der Lösung der Frage solcher Umsetzung berücksichtigen, dass beide Typen der Antriebe Nachteile haben. Die Nachteile des Gasturbinenantriebes sind:
– der niedrige Wirkungsgrad: 20–22 %;
– die ökologische Verschmutzung der Umwelt durch Stickoxid und Kohlendioxid;
– die Abhängigkeit der Leistung und der Wirkungsgrad des Gasturbinenmotors von der Temperatur des Erdgases auf dem Eingang in die Verdichterhalle und von der Temperatur der Außenluft, die im Kompressor der Gasturbine komprimiert wird.
Die Gasverdichteraggregate mit dem elektrischen Antrieb haben eine Reihe der eigenen Nachteilen:
– die hohen Energiepreise, besonders in der Abwesenheit der regulierten Tarife in der betrachteten Region;
– Im Falle der Nutzung der nicht nach der Frequenz des Drehens regelbaren Elektromotoren wird die Anwendung der Hydrokupplung mit dem niedrigen Wirkungsgrad bei den Teilbelastungen oder die Hydrokupplung mit der besten Leistung gefordert, aber sie sind viel teuer.
Die Beschreibung der Arbeit der Kompressorstation bei der Ausstattung der Gasumwälzaggregate mit kombinierten Antrieb
Die obengenannten Nachteile kann man wesentlich durch die Verwendung des kombinierten Antriebes (Gasturbinenantrieb und Elektroantrieb) verringern, der in den Regionen mit den verschiedenen Energiepreisen besonders wirksam ist. Das prinzipielle technologische Schema der Arbeit des Transportes und der Gaskomprimierung ist unter Ausnutzung des angebotenen Antriebes auf der Abbildung 2 dargestellt. Ein obligatorisches Element solcher Schemen ist der Reversiermotor — Generator 5.
Abb. 2. Das prinzipielle technologische Schema der Gasumwälzaggregate mit dem kombinierten Antrieb.1 — Luftkompressor; 2 — Brennkammer; 3 — Gasturbine; 4 — Gaskompressor; 5 — Reversiermotor-Generator; 6 — Winkelreduziergetriebe (Reduktor); 7 — automatische zentrifugale Auslösekupplung; 8 — Turbokompressorwelle; 9 — Recyclingeinheit;10 — Gasabzug (Gaskanal); 11 — Förderpumpe; 12- Kraftwelle; 13 — Zapfwelle
Der Block des Gasturbinenantriebes enthält den Luftkompressor 1, der durch eine Welle 8 mit der Verbrennungskammer 2 und mit der Gasturbine 3 verbunden ist, auf deren Austritt Gasabzug 10 aufgestellt ist, der die Gasturbine 3 mit dem Recyclingkessel 9 verbindet. Mit Hilfe der Kraftwelle 13 ist der Block der Gasturbinenanlage durch automatisch zentrifugalen Auslösekupplung 7 mit dem Gaskompressor 4 verbunden.
Der Block des Reversiermotors-Generators enthält einen Reversiermotor-Generator 5, der mit dem Frequenzumrichter — für die Arbeit im Regime des Motors und mit einem Generator — für die Arbeit im Regime der Elektroenergieerzeugung — ausgestattet ist. Der Reversiermotor-Generator 5 ist durch automatische zentrifugale Auslösekuppelung 7, durch die Kraftwelle 12 und die Zapfwelle 13 mit dem Gaskompressor 4 für die Arbeit im Regime des elektrischen Antriebs verbunden. Der Reversiermotor-Generator 5 verbindet sich mit dem Block der Gasturbinenanlage durch die automatische zentrifugale Auslösekuppelung 7 mit der Turbokompressorwelle 8 und der Kraftwelle 12 durch das Winkelreduziergetriebe 6 für die Arbeit im Regime des Generators.
Der Block des Gaskompressors umfasst den Gaskompressor 4, der einerseits mit der Hilfe der Turbokompressorwelle 8 mit dem Block des Gasturbinenantriebes verbunden ist und andererseits mit der Hilfe der Zapfwelle 13 mit dem Block des Reversiermotors-Generators verbunden ist.
Das angebotene Arbeitsverfahren gestattet die weitere Arbeit in einigen Regimes zu verwirklichen:
- Das Regime der Arbeit der Kompressorstation bei der Energieversorgung des Gaskompressors von der Gasturbinenanlage.
- Das Arbeitsregime der Kompressorstation bei der Energieversorgung des Gaskompressors vom Reversiermotor-Generator, der im Regime des elektrischen Antriebs des Kompressors des Gastransportes arbeitet.
- Das Arbeitsregime der Kompressorstation bei der Elektroenergie -erzeugung mit Hilfe der Gasturbinenanlage und des Motors — des Generators, der im Regime des Generators arbeitet.
In der Ruhestellung (Ruhestunden) eines oder mehrerer Gaskompressoren 5, die an der Kompressorstation eingestellt sind, kann die Stromerzeugung von den Blöcken der Gasturbinenanlage und des Reversiermotors-Generators verwirklicht werden. Der Reversiermotor-Generator 5, der mit Hilfe der automatischen zentrifugalen Auslösekupplung 7 mit der Turbokompressorwelle 8 und mit der Kraftwelle 12 durch das Winkelreduziergetriebe 9 verbunden ist, ist dabei in der Lage, die Elektroenergie auf die Bedürfnisse der Kompressorstation oder der nahegelegenen Siedlung (und in einzelnen Fällen, die elektrische Energie ins Netz überzugeben) zu produzieren.
Die Turbokompressorwelle 8, die Kraftwelle 12 und die Zapfwelle 13 verbinden sich miteinander mit Hilfe der automatischen zentrifugalen Auslösekupplungen 7, die die axiale Beweglichkeit gestatten, wodurch verringert sich die axiale Versetzung bei den Temperaturdeformationen. Das Winkelreduziergetriebe 6 gestattet, die Zuverlässigkeit und die Arbeitseffektivität des Reversiermotors-Generators 5 durch die Senkung der Winkelgeschwindigkeiten zu erhöhen.
Der mögliche Systemeffekt.
Unter den Bedingungen der Marktbeziehungen, mit dem Zweck der Kürzung der Kosten für die verwendeten Energieressourcen, können die Kompressorstationen mit dem kombinierten Antrieb — Gasturbinenantrieb und Elektroantrieb arbeiten. Tagsüber, wenn der Tarif für die konsumierte Elektroenergie hoch ist, arbeiten die Gasverdichteraggregatemit dem Gasturbinenantrieb, und zur nächtlichen Zeit des Tages, wenn die Elektroenergie den Konsumenten nach dem vorteilhaften Tarif beliefert wird, wird der elektrische Antrieb angeschlossen werden. Der Strom für das Einpumpen des Gases kann sich nach dem Ausnahmetarif aus dem Netz verausgaben, wenn die Zeit für das Einpumpen des Gases — die Nacht der Arbeitswoche, Feiertage und Wochenende ist. Dabei gibt es und ohne Ausnahmetarif den allgemeinen Gewinn der Brennstoffaufwände im System, da der Wertpreis des Gases in der Russischen Föderation, und besonders beim Verkauf des Gases für den Export (im Äquivalent des bedingten Brennstoffes) viel höher, als den Wertpreis des nuklearen Brennstoffes ist.
Der Teil der Einkünfte, die wegen der Verdrängung des Gases aus der Wirtschaft der Russischen Föderation vergrößert sind, kann in Form von Reinvestitionen für die Entwicklung der Kernkraftwerke gerichtet sein. Es gibt kein anderes Drehbuch für die Finanzierung der Kernkraftwerke, da sie dem privaten Kapital «schwierig teuer“ sind.
Aufgrund des Wachstums des Wirkungsgrades von Kernkraftwerken und durch die Zunahme des Kernwertes der Nutzung der installierten Kapazität wird die Frist der Revalierung verringert, der «sekundäre» Effekt zur Verbesserung der Umwelt — Verringerung der Emissionen von NOX, SOX wegen des Wachstums des Anteiles der Leistung auf dem Kernkraftwerk — beobachtet.
In Bezug auf die Grundausstattung von Untergrundgasspeicher (UGS) ist es nötig, die möglichen Veränderungen nach seinem Bestand wie für einen UGS und als auch nach dem allgemeinen Komplex von UGS zu berücksichtigen. Vielleicht wird eine Anzahl von UGS vollständig auf den elektrischen Antrieb übersetzt werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Anwendung des kombinierten Typs des Antriebes den Verbrauch des Brennstoffgases verringern kann, mit seinem nachfolgenden Verkauf für den Export. Schätzungsweise, für das Kalenderjahr kann mittels der Anwendung des Elektromotors als Antrieb von Gasverdichteraggregatenin den Nachtstunden die Gaslieferung für den Export von 1,5 bis 2 % vergrößert sein, was den wesentlichen Nutzeffekt gibt. Ebenso ermöglicht die Anwendung des kombinierten Antriebes die Zuverlässigkeit der Ausrüstung der Verdichterhalle zu erhöhen. Unter Anwendung des vorliegenden technologischen Schemas der Arbeit des Gasverdichteraggregatessind die Stromerzeugung und/oder die Übertragung der Elektroenergie ins Netz auf die Bedürfnisse der Station und die anliegende Infrastruktur möglich, dass in den Stunden des maximalen Stromverbrauchs aktuell ist. Für das allgemeine Energiesystem mit einem hohen Anteil von Kernkraftwerken ermöglicht das vorliegende technologische Schema der Arbeit die nächtliche Belastung des Kernkraftwerkes zu heben, den Ausnutzungsgrad der installierten Leistung zu erhöhen, dass sich auf die Arbeit der Hauptausrüstung des Kernkraftwerkes günstig auswirkt und gestattet, den spezifischen Kraftstoffverbrauch zu verringern.
Literatur:
- Volkov M. M., Mikheev A. A., Konev K. A. Manuelle Arbeitskraft die Erdgasindistrie.-. M: Nedra, 1989–286 s.
- Khandokhin V. A. Ziele und Perspektiven von UGS Netzwerk von OJSC «Gazprom» in Europa.// Gasindustrie. die Sonderausgabe/.2014.
- Bericht der " Energieaudit Sand — Umetskoy SPHG, Balashov Gesundheitseinrichtungen und Gesundheitseinrichtungen von Petrowski» Yugtransgaz ". V.3. Energieaudit Sand — Umetskogo SPHG /// STC «Industrial Energy», 2003.
- Das Konzept der Antrieb wird bei JSC «Gazprom» Anlagen auf Gaspumpeinheiten eingesetzt. — N- Novgorod: OJSC «Gazprom», OJSC " Giprogaztsent ", 2003
- Olchowskij G. G., Kazaryan V. A., Stolyarevsky A. J. Air Akkumulieren Gasturbinenkraftwerke, Moskau, 2011.
