Электролизерам станет прохладнее
Иркутские активы EN+ Group — гидроэлектростанцию и Иркутский алюминиевый завод — ждет масштабная модернизация. Это сделает воздух области чище.
Над бурлящей синей водой снует целое море чаек — каждую секунду через Иркутскую ГЭС проходят, вращая ее турбины, и падают в Ангару более тысячи кубометров. С мая на этом же объеме воды ИркГЭС стала выдавать почти на 25 МВт больше электроэнергии — за счет замены турбины на одном из восьми гидроагрегатов. Еще одна новая турбина ждет своего часа. Она шести-, а не семилопастная, как прежние, выпуска 1957 года, более мощная и более изящная, если такой эпитет вообще миркуожно применить к многотонному агрегату с диаметром колеса более семи метров, преобразующему в электричество энергию падающей с высоты многоэтажного дома воды.
Новая энергия
«Вот этот, третий, — старый агрегат. Смотрите, совсем другие габариты. И совсем другой звук. — Экскурсию по огромному машинному залу Иркутской ГЭС ведет Вадим Чеверда, заместитель главного инженера по эксплуатации. Перейдя ко второму агрегату, который недавно был заменен, инженер ставит на него монету ребром. Монета не падает и почти не двигается — настолько ровно работает новая турбина. Ее лопасти описывают идеальный круг, что и обеспечивает максимально возможный КПД.
Всего на Иркутской ГЭС к 2023 году будет заменено четыре агрегата из восьми. А в целом эта модернизация — часть крупного проекта «Новая энергия», который еще в 2007-м инициировал основатель En+ Group Олег Дерипаска. Проект предусматривает планомерное обновление оборудования на всех ГЭС Ангаро-Енисейского каскада. Напомним, что Ангарский каскад состоит из Иркутской, Братской, Усть-Илимской и Богучанской ГЭС. Первые три гидроэлектростанции входят в энергетический дивизион EN+ Group. В него также входит Красноярская ГЭС на Енисее. Упомянутые станции, кроме Богучанской ГЭС, были построены в период промышленного освоения Сибири в 1950–1960-е годы. Тогда же были созданы и их гидроагрегаты; и хотя они исправно работают по сей день, сейчас есть уже более эффективные разработки.
Каждый год благодаря модернизации ГЭС En+ Group увеличивает выработку примерно на 1,6–1,7 млрд кВт·ч. Кажется, что это не столь уж и много относительно общего объема электроэнергии: так, в 2020 году все станции En+ Group произвели суммарно 82,2 ТВт·ч электричества (это 8% рынка электроэнергии страны и почти 40% в энергосистеме Сибири). Тем не менее модернизация все равно необходима.
Во-первых, она означает банальный рост выручки: новые турбины с более высоким КПД позволяют производить больше электроэнергии. Постепенно в ходе реализации «Новой энергии» прибавка за счет новых, более мощных агрегатов даст в сумме 14 МВт мощности — это уже эквивалентно строительству новой электростанции, объясняет руководитель энергетического бизнеса En+ Group Михаил Хардиков.
Во-вторых, модернизация означает повышение надежности и устойчивости оборудования. Дело не только в самих турбинах: в рамках программы производится также замена рабочих колес, трансформаторов и открытых распределительных устройств.
В-третьих, модернизация имеет прямой экологический эффект. Чистой энергии от ГЭС становится больше, и она замещает «грязную» угольную электроэнергию, что, в свою очередь, сокращает выбросы CO2 на 2,3 млн тонн в год. Плюс благодаря иной конструкции рабочих колес новые турбины уже не позволяют турбинному маслу утекать в воду, а масла в них используется в десятки раз меньше (как это стало возможным, расскажем ниже ). «Новый гидроагрегат полностью отвечает всем современным требованиям к безопасности и эксплуатационной надежности гидроэнергетического оборудования, что еще раз подтверждено результатами аттестации нового оборудования контролирующими органами. После замены четырех гидроагрегатов Иркутская ГЭС будет дополнительно вырабатывать до 260 миллионов киловатт-часов электроэнергии», — говорит Михаил Хардиков.
Перспективный пропеллер
Новые турбины специально для Иркутской ГЭС разработал сызранский производитель оборудования ГК «Тяжмаш». Впервые в России на ГЭС устанавливаются крупные пропеллерные гидротурбины — взамен привычных с советских времен поворотно-лопастных.
«Разработка новой гидротурбины для модернизации Иркутской ГЭС длилась почти полтора года, — рассказал “Эксперту” Дмитрий Трифонов, вице-президент ГК “Тяжмаш” — директор бизнес-единицы по гидротурбинному оборудованию. — Для этого проекта было разработано совершенно новое рабочее колесо, главной особенностью которого стала форма корпуса (втулки). Обычно для пропеллерных гидротурбин, как и для поворотно-лопастных, применяется сферическая форма корпуса. Мы же применили коническую форму втулки рабочего колеса, что позволило улучшить КПД и, что более важно, существенно увеличить мощность гидротурбины. После модернизации мощность агрегата увеличилась на 28 процентов, с 82,8 до 105,7 мегаватт. Разработка лопастной системы велась совместно специалистами АО “Тяжмаш” и нашего дочернего предприятия CKD Blansko Holding. Завершающим этапом разработки гидравлического профиля стали модельные испытания, которые были проведены в 2018 году в присутствии представителей заказчика. Испытания полностью подтвердили все гарантированные характеристики, такие как КПД, мощность и надкавитационный запас (кавитация в случае с турбинами ГЭС — процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков пара. Самое неприятное, что кавитация вызывает шум и гидравлические удары и тем самым негативно влияет на лопасти турбин, вплоть до аварий. —“Эксперт”)».
Объем масла в системе регулирования новых турбин от «Тяжмаша» — всего два кубических метра; это почти в 30 раз меньше, чем на старых поворотно-лопастных турбинах. Дело в конструкции: в пропеллерных рабочих колесах нет масла. Так что и его утечка практически исключена. «Технические решения, которые применялись при конструировании и монтаже нового гидроагрегата Иркутской ГЭС, не имеют аналогов, — говорит Михаил Хардиков. — Гидроагрегат более эффективный и мощный, он полностью отвечает всем современным требованиям к эксплуатационной надежности и безопасности гидроэнергетического оборудования».
Всего на сегодняшний день в рамках программы «Новая энергия» на Братской ГЭС уже заменено 12 рабочих колес, на Усть-Илимской ГЭС — четыре, на Красноярской ГЭС — два. На это ушло 10 млрд рублей, и до 2026 года будет инвестировано еще 16 млрд рублей.
Новые аноды
«Мы обязательно поддержим проекты бизнеса по экологической модернизации предприятий. Так, уже с этого года с помощью механизма госгарантий начнем обновление алюминиевых заводов в Братске, Иркутске, Красноярске, Новокузнецке, хотя работа по экологической модернизации промышленных предприятий не ограничится только этими городами и территориями», — заявил в конце апреля в послании Федеральному собранию президент России Владимир Путин. Таким образом, для металлургического бизнеса En+ Group модернизация заводов обойдется дешевле, чем предполагалось, — на сколько именно, пока неясно (аналитики говорят об экономии в один-два процентных пункта на стоимости заемных средств).
Напомним, этой весной «Русал», входящий в En+ Group, объявил о планах масштабной модернизации четырех своих заводов — в Красноярске, Иркутске, Братске и Новокузнецке, всего будет обновлена треть мощностей. Это логическое продолжение общего курса на модернизацию металлургических активов, о котором Олег Дерипаска объявил еще в 2000-х годах. «Русал» рассчитывает, что, обновив производство алюминия и перейдя с устаревшей технологии на так называемую технологию обожженных анодов, сделает свое алюминиевое производство еще более экологичным. Проект рассчитан на десять лет, пик инвестиций придется на 2022–2027 годы.
В целом в выплавке алюминия процесс за полтора столетия не изменился: алюминий по-прежнему получают электролизом металлургического глинозема (оксида алюминия Аl203) в расплаве криолита. Важнейшие изменения касаются технологии анодов, используемых при электролизе. Норвежский инженер Карл Вильгельм Сёдерберг разработал свою технологию выплавки алюминия в 1920-х годах. Электрод Сёдерберга состоит из нескольких приваренных друг к другу кольцевых оболочек из листового металла, заполненных электродной массой. Она, в свою очередь, состоит из антрацитового порошка, нефтяного кокса и каменного угля. Из-за высокой температуры в электролизере — ванне, где происходит выплавка, — эта масса запекается в электропроводящий графит. Сёдерберг совершил революцию в алюминиевой отрасли: сделал ее намного дешевле. Так что советские алюминиевые заводы в 1960-х годах строились с использованием именно этой технологии.
Но у технологии Сёдерберга есть свои минусы: во-первых, дальнейший рост силы тока, а значит, и производительности электролизеров имеет верхний предел; во-вторых, с поверхности анода выделяются вещества первого класса опасности, в первую очередь фториды и бенз(а)пирен. Кроме того, обслуживание самих электролизеров с самообжигающимися анодами Сёдерберга требует периодически эти электролизеры вскрывать, что сопряжено и с дополнительными выбросами СО2, и с потенциальной опасностью для рабочих (температура электролита на электролизере превышает 950 °С).
Поэтому инженерно-технологический центр «Русала» последние тридцать лет работал над модернизацией технологии Сёдерберга — это так называемый «ЭкоСёдерберг», технология, которая за счет усовершенствованной конструкции системы газоудаления позволяет существенно сократить выбросы (за пятнадцать лет на «ЭкоСёдерберг» были переведены 1954 электролизера на Красноярском алюминиевом заводе, что позволило снизить выбросы предприятия на 38%, в том числе фторидов — на 76%).
Кроме того, на заводах группы постепенно внедряется более современная по сравнению со стандартным «Сёдербергом» технология обожженных анодов. В общих чертах уже из названия ясно, в чем отличие: в случае «Сёдерберга» аноды обжигаются в процессе работы в самом электролизере, в случае обожженных анодов — отдельно на фабрике, и в электролизеры они устанавливаются уже обожженными. Для этого «Русал» построил специальную анодную фабрику в Тайшете Иркутской области (подробнее см. «За секунду до алюминия», «Эксперт» № 13 за 2021 год).
Технология обожженных анодов уже действует на построенном в 1962 году Иркутском алюминиевом заводе (на самом деле ИркАЗ расположен не в самом Иркутске, а в небольшом городе Шелехов по соседству). Еще в 2007 году здесь запустили пятую серию электролизеров как раз на технологии предварительно обожженных анодов. Для ее обслуживания было построено анодно-монтажное отделение. Потом на обожженные аноды перешла вторая серия электролизеров. В 2017 году на ИркАЗе модернизировали прокалочную печь № 2, что позволило выпускать сырье для производства обожженных анодов — его везут на Саяногорский алюминиевый завод, где уже производят сами обожженные аноды, часть которых потом возвращается обратно на ИркАЗ. Собственные аноды стали заменой китайским.
Постоянно улучшались и системы газоочистки, так что выбросы удалось серьезно снизить. В 2019 году Иркутский алюминиевый завод первым в Сибири получил сертификат ASI (ответственное отношение к процессу производства алюминия). Тем не менее в стратегии социально-экономического развития Иркутской области до 2036 года приводятся данные Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, согласно которым в Шелехове по-прежнему сохраняется очень высокий уровень загрязнения атмосферы. От алюминиевых заводов теперь ждут полного отсутствия выбросов, так что ИркАЗ будет принципиально модернизирован. Уже в 2021 году «Русал» вложит в его переоборудование почти 3,7 млрд рублей — больше, чем за 2018–2020 годы. Такой рост инвестиций связан с тем, что почти весь завод, а именно электролизеры первой, третьей и четвертой серий, будут переведены на технологию «ЭкоСёдерберг», которая даст усиление герметичности электролизеров, изменит системы газоотсоса и обеспечит автоматизированную подачу сырья.
Новый алюминий
«Я бы не стал называть это модернизацией. Создание кардинально нового производства алюминия на месте старых цехов — так будет точнее», — говорит генеральный директор Иркутского алюминиевого завода Евгений Рапацевич. Он сравнивает «Сёдерберг» и технологию обожженных анодов с паровозом и электровозом и подчеркивает: обожженные аноды — полностью, кардинально новый подход.
Старые заводские корпуса будут снесены, на их месте поставят новые. Все будет делаться постепенно, чтобы не снижать объемы производства. В итоге все электролизеры на первой, третьей и четвертой сериях в ближайшие десять лет заменят на собственную разработку «Русала» — РА-550 (их «собратья» уже четвертый год работают на Саяногорском алюминиевом заводе). В «Русале» утверждают, что производственные характеристики РА-550 — лучшие в отрасли: при силе тока 530 кА выход по току составляет 95,8%, а расход электроэнергии — 12 897 кВтч на тонну алюминия.
После модернизации ИркАЗ будет производить так же, как сейчас, около 420 тыс. тонн товарного алюминия в год, но с меньшим на 15% использованием электроэнергии, а самое главное — еще на 85% уменьшится выброс фторидов, а бенз(а)пирен перестанет выделяться вообще. Это вполне реально: дело в том, что воздух в электролизерах, работающих на «ЭкоСёдерберге», обращается внутри замкнутой системы. Такая технология носит названия «сухой» газоочистки с «мокрым хвостом» («сухие» газоочистные установки, СГОУ). Это тоже собственная разработка «Русала», не имеющая аналогов в России и мире. «Мокрый хвост» означает, что газ, поступающий из электролизеров, орошается содовым раствором, за счет чего в осадок уходит фтор.
«Способ производства алюминия с применением предварительно обожженных анодов, сухой газоочистки с “мокрым хвостом” существенно превосходит предыдущие технологии и по экологическим аспектам, и с точки зрения автоматизации, снижения трудозатрат и энергопотребления», — резюмирует глава ИркАЗа.
Персонал и жители Шелехова почувствуют значительное улучшение экологической обстановки, обещает Евгений Рапацевич. СГОУ уже работают на Богучанском алюминиевом заводе (БоАЗ), и по воздействию на экологию предприятие уже превзошло все ожидания. «Там на заводе белый снег всегда, дыма нет», — говорит Евгений Рапацевич, до ИркАЗа как раз несколько лет возглавлявший БоАЗ. В Шелехове от алюминиевого завода тоже не будет ни пара, ни газа, ни дыма.
Кроме экологии и снижения затрат на тонну за счет меньшего расхода электроэнергии, модернизация даст ИркАЗу возможность выпускать более чистый, качественный и дорогой алюминий. «Сейчас на ИркАЗе в основном выпускается алюминий марки А77, — говорит Евгений Рапацевич. — После перехода на технологию обожженных анодов мы сможем перейти на марки А85 и А92, то есть выпускать практически чистый алюминий. Такой алюминий выпускает Богучанский алюминиевый завод, и на рынке его просто расхватывают».
Одновременно с ИркАЗом переходить на обожженные аноды будут Красноярский, Братский и Новокузнецкий заводы. Размер инвестиций в En+ Group не раскрывают, но, по некоторым оценкам, на ИркАЗ может потребоваться около 600 млн долларов, на остальные три завода, которые гораздо крупнее, — по 1–1,2 млрд долларов. В этом «Русалу» поможет конъюнктура мирового рынка алюминия, где цены растут с середины прошлого года и почти подобрались к десятилетним максимумам (см. график).
En+ Group — основанная в 2002 году Олегом Дерипаской группа компаний, куда входят металлургический и энергетический дивизионы; мировой лидер по производству низкоуглеродного алюминия и возобновляемой энергии. Металлургический дивизион объединяет 12 алюминиевых заводов, девять глиноземных комбинатов и семь предприятий по добыче бокситов, энергетический — четыре ГЭС, 16 теплоэлектростанций и одну солнечную электростанцию.
В 2020 году En+ Group произвела 3,75 млрд тонн алюминия, ее гидроэлектростанции выработали 69,3 ТВт электроэнергии. Выручка группы составила 10,35 млрд долларов, чистая прибыль — 1 млрд долларов.
Иркутск — Москва. Фотографии автора
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl