Задачи энергосбережения и повышения энергоэффективности топливно-энергетического комплекса (ТЭК) России [1–4] предписывают на регулярной основе обеспечивать реализацию комплексных программ реконструкции и технического перевооружения объектов с целью повышения эффективности существующих технологических установок [5–8]. Выполнение этих программ позволит снизить энергоемкость ТЭК за счет применения современного энергетического оборудования, сократить эмиссию парниковых газов при использовании высокотехнологических систем с газотурбинными установками (ГТУ), повысить надежность и снизить технологические потери при транспортировке на значительные расстояния [9–12].
В этой связи основными задачами реконструкции объектов ТЭК являются, в том числе, поддержание наивысшего технического уровня техники с максимально возможными энергетическими характеристиками по использованию энергоисточников, производительности, надежности и экологичности работы компрессорных станций (КС) во всех режимах, а также обеспечение энергосберегающих режимов, технологий и алгоритмов работы газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с повышенным КПД [13–17].
Основными критериями научно и технически обоснованного выбора приводных систем для ГПА являются [18–20]:
• высокая надежность и безаварийность с прогнозированием технического состояния [21–24], поскольку КС являются объектами повышенной опасности с большими ущербами от аварий;
• энергосбережение при минимальных эксплуатационных затратах и расходах на техническое обслуживание и ремонт (ТОиР);
• минимальное воздействие возможных выбросов на окружающую среду.
В качестве приводов ГПА на КС используются газовые турбины (стационарные, авиационные, судовые) или электроприводы с мегаваттными синхронными машинами [5, 12]. В настоящее время компрессорный парк ПАО «Газпром» имеет следующую статистику установленных мощностей типов приводов: газотурбинный (ГТУ) – 87,1% и электроприводной (ЭГПА) – 12,4%.
Основными причинами массового применения ГТУ являются: распространенность топлива при перекачке природного газа, относительная дешевизна топлива (топливного газа) в сравнении с электроэнергией, большая вариативность типоразмеров ГТУ, включая модульные компоновки, достаточно низкая квалификация обслуживающего персонала. Но при этом ГТУ имеют ряд явных недостатков: низкий КПД (не выше 38%), зависимость от загрязненности и температуры воздуха и топлива, высокий уровень шума и вибраций, большое время запуска и низкая точность регулирования, большие габариты и стоимость строительства и ТОиР.