Внедрение энергосберегающих технологий в малую энергетику становятся насущной потребностью сегодняшнего дня. Одним из направлений энергосбережения является использование энергии сжатого природного газа в магистральном трубопроводе.

Следует ожидать, что в ближайшей перспективе на газораспределительных станциях для снижения давления все большее применение вместо редукторов давления получат турбодетандеры. В частности, уже девятый год на ТЭЦ-21 в Москве успешно работают два детандер-генераторных агрегата ДГА-5000 мощностью по 5 МВт каждый, разработанные ОАО "Криокор".

Исследования, выполненные в ЦИАМ, показали целесообразность объединения в одной установке турбодетандера (ТД), электрогенератора и газотурбинного двигателя. Такая схема позволяет осуществить предварительный подогрев природного газа (ПГ), поступающего к потребителю и частично используемого в качестве топлива для газотурбинной установки (ГТУ), теплом выхлопных газов самого ГТУ, что обеспечивает постоянный уровень мощности при изменении параметров ПГ. Следует отметить, что создание детандер-генераторных установок в сжатые сроки при умеренных затратах возможно путем глубокой модернизации действующих газотурбинных установок.

Десять лет назад специалисты ЦИАМ и КБХА представили схемы ГТУ, интегрированные с турбодетандером. Основными узлами таких установок являются: магистраль природного газа высокого давления, теплообменник, турбодетандер, компрессор, камера сгорания, газовая турбина и т.д. Постоянство давления природного газа на входе в камеру сгорания, вне зависимости от давления в магистрали, обеспечивается регулируемым сопловым аппаратом турбодетандера. Природный газ высокого давления из магистрали проходит через теплообменник, где отбирает тепло от теплоносителя, проходящего через теплообменник-регенератор, и поступает в турбодетандер. После расширения в турбодетандере природный газ поступает к потребителю. Часть получаемой в ТД мощности передается воздушному компрессору, который повышает давление всасываемого атмосферного воздуха. Большая часть мощности газовой турбины передается потребителю мощности.

В 1997 г. специалисты ЦИАМ, ОАО "Мотор Сич" и НПТОО "Аэротурбогаз" сделали доклад о результатах решения проблем создания комплексной установки редуцирования и сжигания природного газа (КУРС). Спустя два года установка КУРС-1 была создана и передана на испытания в НИЦ ЦИАМ (см. "Двигатель" № 4, 2001 г.).

Проблема утечек была успешно решена интеграцией установки КУРС-1 с теплогенераторным устройством (ТГУ) для утилизации утечек газа путем сжигания газовоздушной смеси. Новая схема с ТГУ-700 мощностью до 1 МВт была успешно апробирована в декабре 2001 г. при работе турбодетандера на метане с входным давлением 7 ата. Следует заметить, что ТД предварительно был испытан на сжатом воздухе с превышением на 60 % расчетного приведенного расхода, при этом общее время наработки составило более 5 часов.

Кроме того, в ходе проведенных испытаний была подтверждена надежность объединенной маслосистемы разработки ОАО "Мотор Сич" (начальник КБ П.А. Бакши).

Установка КУРС может быть использована как на газораспределительной станции (КУРС-1), так и автономно для эффективного снабжения потребителей электроэнергией при работе ТД на сжатом воздухе (КУРС-2). Генератором сжатого воздуха при этом может быть автономный воздушный компрессор, воздух после которого либо охлаждается (как в установке КУРС-2), либо дополнительно нагревается теплом выхлопных газов энергетической установки и направляется в турбодетандер.

В мировой практике известны подобные предложения, связанные с использованием тепла выхлопных газов, однако преимущество рассмотренной выше схемы заключается в единой компоновке турбодетандера с газогенератором энергетической установки, что дает возможность его применения в качестве пускового устройства.

Исследовательские разработки продолжаются, в том числе и в направлении обеспечения высоких экологических показателей. В частности, для камеры сгорания установки КУРС-1 рассматривается возможность использования специальных струйных форсунок по типу применяемых в ТГУ-700. В ЗАО "НГТ-Энергия" (г. Славянск-на-Кубани) в январе 2002 г. успешно прошли пробные испытания камеры сгорания ПАЭС-2500 при замене в них штатных форсунок на струйные. Предварительные оценки свидетельствуют о существенном уменьшении содержания оксидов азота в выхлопных газах. Еще одним положительным моментом, обнаруженным в ходе испытаний, явился "мягкий" (без хлопков) запуск электростанции по сравнению с запусками штатного варианта. К концу февраля безотказная наработка ПАЭС-2500 достигла 250 часов.