Development of an Extensive Network of Power-Generating Maneuvering Capacities Based on the Existing Infrastructure of Ukraine's Gas Transmission System
The study shows that the high concentration of energy facilities within Ukraine’s territorial-industrial regions on relatively small plots of land has made them highly vulnerable during military operations. Thus, since the start of the large-scale invasion, the energy sector has lost up to 30% of it...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2026
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/367949 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Journal of Mechanical Engineering| _version_ | 1872008921791594496 |
|---|---|
| author | Соловей, В. В. Зіпунніков, М. М. Воробйова, І. О. Авраменко, А. М. Птушка, А. С. |
| author_facet | Соловей, В. В. Зіпунніков, М. М. Воробйова, І. О. Авраменко, А. М. Птушка, А. С. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "В. В. Соловей",
"institution": "Anatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine"
},
{
"author": "М. М. Зіпунніков",
"institution": "Anatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine"
},
{
"author": "І. О. Воробйова",
"institution": "Anatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine"
},
{
"author": "А. М. Авраменко",
"institution": "Anatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine, Kharkiv National Automobile and Highway University"
},
{
"author": "А. С. Птушка",
"institution": "Kharkiv National Automobile and Highway University"
}
] |
| author_sort | Соловей, В. В. |
| baseUrl_str | https://journals.uran.ua/jme/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-28T12:52:53Z |
| description | The study shows that the high concentration of energy facilities within Ukraine’s territorial-industrial regions on relatively small plots of land has made them highly vulnerable during military operations. Thus, since the start of the large-scale invasion, the energy sector has lost up to 30% of its installed capacity, which has a severely negative impact on the stability of the power system and hinders the ability to meet the needs of industrial and residential electricity consumers. The aim of this study is to analyze the possibility of creating additional power generation capacity based on Ukraine’s gas transmission system energy technology equipment through the reconstruction and modernization of gas turbine units (GTUs) and the creation of an extensive network of small- and medium-capacity power plants based on them. A comprehensive systematic analysis of the structure and operating conditions of the energy-technological equipment fleet of gas pumping stations was carried out with the aim of improving the efficiency of existing power-generating systems and identifying promising directions for their modernization. It has been determined that increasing the inlet pressure by 10–12 kPa boosts the power output of the GT-35-770 power plant by 21–22%, which corresponds to 6.9–7.0 MW of additional electricity. Particular attention was devoted to the integration of gas turbine and steam turbine technologies into a unified combined-cycle system. A process flow diagram that utilizes excess natural gas pressure in the turboexpander to generate energy, which can be used to increase the initial air pressure at the gas turbine inlet using high-pressure fans, has been developed. It has been demonstrated that it is possible to extensively modernize gas turbine units by implementing combined cycle technologies and modifying the design of gas combustion systems. The research confirmed the feasibility of deep modernization of existing gas turbine units through the implementation of combined-cycle technologies, the integration of waste heat recovery systems, and the improvement of gas combustion chamber designs. In particular, the utilization of the thermal potential of GTU exhaust gases in the steam turbine section of the combined cycle makes it possible to limit the compressor pressure ratio to πk≤15. This contributes to a simplification of compressor design, a reduction in mechanical loads on system components, and a decrease in the amount of additionally compressed gas circulating within the GTU cycle. According to the obtained technical and economic assessments, the implementation of the proposed modernization solutions may increase the installed capacity of the Ukrainian power system by approximately 4.0-5.0 GW. This can be achieved under conditions of relatively moderate capital investments estimated at $250-270/kW of installed capacity. In addition, the projected payback period does not exceed 2-2.5 years, which confirms the high economic attractiveness and practical feasibility of introducing advanced combined-cycle and turboexpander technologies into the national energy sector. |
| first_indexed | 2026-07-29T01:00:28Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | journalsuranuajme-article-367949 |
| institution | Journal of Mechanical Engineering |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-29T01:00:28Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | journalsuranua/d9/97201fbe0438d1f54cafe731060c41d9.pdf |
| spelling | journalsuranuajme-article-3679492026-07-28T12:52:53Z Development of an Extensive Network of Power-Generating Maneuvering Capacities Based on the Existing Infrastructure of Ukraine's Gas Transmission System Розбудова розгалуженої мережі енергогенеруючих маневрових потужностей на базі наявної інфраструктури ГТС України Розбудова розгалуженої мережі енергогенеруючих маневрових потужностей на базі наявної інфраструктури ГТС України Соловей, В. В. Зіпунніков, М. М. Воробйова, І. О. Авраменко, А. М. Птушка, А. С. The study shows that the high concentration of energy facilities within Ukraine’s territorial-industrial regions on relatively small plots of land has made them highly vulnerable during military operations. Thus, since the start of the large-scale invasion, the energy sector has lost up to 30% of its installed capacity, which has a severely negative impact on the stability of the power system and hinders the ability to meet the needs of industrial and residential electricity consumers. The aim of this study is to analyze the possibility of creating additional power generation capacity based on Ukraine’s gas transmission system energy technology equipment through the reconstruction and modernization of gas turbine units (GTUs) and the creation of an extensive network of small- and medium-capacity power plants based on them. A comprehensive systematic analysis of the structure and operating conditions of the energy-technological equipment fleet of gas pumping stations was carried out with the aim of improving the efficiency of existing power-generating systems and identifying promising directions for their modernization. It has been determined that increasing the inlet pressure by 10–12 kPa boosts the power output of the GT-35-770 power plant by 21–22%, which corresponds to 6.9–7.0 MW of additional electricity. Particular attention was devoted to the integration of gas turbine and steam turbine technologies into a unified combined-cycle system. A process flow diagram that utilizes excess natural gas pressure in the turboexpander to generate energy, which can be used to increase the initial air pressure at the gas turbine inlet using high-pressure fans, has been developed. It has been demonstrated that it is possible to extensively modernize gas turbine units by implementing combined cycle technologies and modifying the design of gas combustion systems. The research confirmed the feasibility of deep modernization of existing gas turbine units through the implementation of combined-cycle technologies, the integration of waste heat recovery systems, and the improvement of gas combustion chamber designs. In particular, the utilization of the thermal potential of GTU exhaust gases in the steam turbine section of the combined cycle makes it possible to limit the compressor pressure ratio to πk≤15. This contributes to a simplification of compressor design, a reduction in mechanical loads on system components, and a decrease in the amount of additionally compressed gas circulating within the GTU cycle. According to the obtained technical and economic assessments, the implementation of the proposed modernization solutions may increase the installed capacity of the Ukrainian power system by approximately 4.0-5.0 GW. This can be achieved under conditions of relatively moderate capital investments estimated at $250-270/kW of installed capacity. In addition, the projected payback period does not exceed 2-2.5 years, which confirms the high economic attractiveness and practical feasibility of introducing advanced combined-cycle and turboexpander technologies into the national energy sector. У роботі показано, що максимальна концентрація енергетичних потужностей в межах територіально-промислових регіонів України на відносно невеликих земельних ділянках зумовила їх велику вразливість під час військових дій. Так, із початку великомасштабного вторгнення енергетична галузь втратила до 30% встановлених потужностей, що вкрай негативно впливає на сталість роботи енергосистеми і перешкоджає задоволенню потреб в електроенергії промислових і комунально-побутових споживачів. Метою роботи є аналіз можливості створення додаткових енергетичних потужностей на базі енерготехнологічного обладнання газотранспортної системи України шляхом реконструкції та модернізації газотурбінних установок (ГТУ) і створення на їх базі розгалуженої системи електростанцій малої і середньої потужності. Проведено системний аналіз структури технопарку енерготехнологічного обладнання газоперекачувальних станцій. Встановлено, що підвищення початкового тиску на 10–12 кПа збільшує потужність енергоустановки ГТ-35-770 на 21–22%, що відповідає 6,9–7,0 МВт додаткової електроенергії. Інтеграція циклів газо- та паротурбінних установок приводить до суттєвого підвищення ККД парогазової установки, який залежить від ККД парового і газового циклів і співвідношення обсягів теплоти, що використовуються в кожній з цих установок. Розроблено технологічну схему із застосуванням надлишкового тиску природного газу в турбодетандері для отримання енергії, яку можна використати для підвищення початкового тиску повітря на вході в ГТУ за допомогою високонапірних вентиляторів. Доведено, що існує можливість глибокої модернізації ГТУ за рахунок втілення парогазових технологій та внесення змін до конструкції систем спалювання газу. Використання термічного потенціалу відпрацьованих газів ГТУ в паротурбінній частині комбінованого циклу дозволяє обмежитися ступенем стиснення πк≤15, що спрощує конструкцію компресора і зводить до мінімуму обсяги додатково стисненого газу в циклі ГТУ. За результатами модернізації буде збільшено потужність встановленого енергообладнання в енергосистемі України на 4,0–5,0 ГВт за умов помірних капіталовкладень на рівні 250–270 $/кВт із строком окупності, що не перевищує 2–2,5 роки. У роботі показано, що максимальна концентрація енергетичних потужностей в межах територіально-промислових регіонів України на відносно невеликих земельних ділянках зумовила їх велику вразливість під час військових дій. Так, із початку великомасштабного вторгнення енергетична галузь втратила до 30% встановлених потужностей, що вкрай негативно впливає на сталість роботи енергосистеми і перешкоджає задоволенню потреб в електроенергії промислових і комунально-побутових споживачів. Метою роботи є аналіз можливості створення додаткових енергетичних потужностей на базі енерготехнологічного обладнання газотранспортної системи України шляхом реконструкції та модернізації газотурбінних установок (ГТУ) і створення на їх базі розгалуженої системи електростанцій малої і середньої потужності. Проведено системний аналіз структури технопарку енерготехнологічного обладнання газоперекачувальних станцій. Встановлено, що підвищення початкового тиску на 10–12 кПа збільшує потужність енергоустановки ГТ-35-770 на 21–22%, що відповідає 6,9–7,0 МВт додаткової електроенергії. Інтеграція циклів газо- та паротурбінних установок приводить до суттєвого підвищення ККД парогазової установки, який залежить від ККД парового і газового циклів і співвідношення обсягів теплоти, що використовуються в кожній з цих установок. Розроблено технологічну схему із застосуванням надлишкового тиску природного газу в турбодетандері для отримання енергії, яку можна використати для підвищення початкового тиску повітря на вході в ГТУ за допомогою високонапірних вентиляторів. Доведено, що існує можливість глибокої модернізації ГТУ за рахунок втілення парогазових технологій та внесення змін до конструкції систем спалювання газу. Використання термічного потенціалу відпрацьованих газів ГТУ в паротурбінній частині комбінованого циклу дозволяє обмежитися ступенем стиснення πк≤15, що спрощує конструкцію компресора і зводить до мінімуму обсяги додатково стисненого газу в циклі ГТУ. За результатами модернізації буде збільшено потужність встановленого енергообладнання в енергосистемі України на 4,0–5,0 ГВт за умов помірних капіталовкладень на рівні 250–270 $/кВт із строком окупності, що не перевищує 2–2,5 роки. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2026-07-28 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/367949 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 29 No. 2 (2026); 34-43 Проблемы машиностроения; Том 29 № 2 (2026); 34-43 Проблеми машинобудування; Том 29 № 2 (2026); 34-43 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/367949/352973 https://journals.uran.ua/jme/article/view/367949/352974 Copyright (c) 2026 В. В. Соловей, М. М. Зіпунніков, І. О. Воробйова, А. М. Авраменко, А. С. Птушка http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |
| spellingShingle | Соловей, В. В. Зіпунніков, М. М. Воробйова, І. О. Авраменко, А. М. Птушка, А. С. Development of an Extensive Network of Power-Generating Maneuvering Capacities Based on the Existing Infrastructure of Ukraine's Gas Transmission System |
| title | Development of an Extensive Network of Power-Generating Maneuvering Capacities Based on the Existing Infrastructure of Ukraine's Gas Transmission System |
| title_alt | Розбудова розгалуженої мережі енергогенеруючих маневрових потужностей на базі наявної інфраструктури ГТС України Розбудова розгалуженої мережі енергогенеруючих маневрових потужностей на базі наявної інфраструктури ГТС України |
| title_full | Development of an Extensive Network of Power-Generating Maneuvering Capacities Based on the Existing Infrastructure of Ukraine's Gas Transmission System |
| title_fullStr | Development of an Extensive Network of Power-Generating Maneuvering Capacities Based on the Existing Infrastructure of Ukraine's Gas Transmission System |
| title_full_unstemmed | Development of an Extensive Network of Power-Generating Maneuvering Capacities Based on the Existing Infrastructure of Ukraine's Gas Transmission System |
| title_short | Development of an Extensive Network of Power-Generating Maneuvering Capacities Based on the Existing Infrastructure of Ukraine's Gas Transmission System |
| title_sort | development of an extensive network of power-generating maneuvering capacities based on the existing infrastructure of ukraine's gas transmission system |
| url | https://journals.uran.ua/jme/article/view/367949 |
| work_keys_str_mv | AT solovejvv developmentofanextensivenetworkofpowergeneratingmaneuveringcapacitiesbasedontheexistinginfrastructureofukrainesgastransmissionsystem AT zípunníkovmm developmentofanextensivenetworkofpowergeneratingmaneuveringcapacitiesbasedontheexistinginfrastructureofukrainesgastransmissionsystem AT vorobjovaío developmentofanextensivenetworkofpowergeneratingmaneuveringcapacitiesbasedontheexistinginfrastructureofukrainesgastransmissionsystem AT avramenkoam developmentofanextensivenetworkofpowergeneratingmaneuveringcapacitiesbasedontheexistinginfrastructureofukrainesgastransmissionsystem AT ptuškaas developmentofanextensivenetworkofpowergeneratingmaneuveringcapacitiesbasedontheexistinginfrastructureofukrainesgastransmissionsystem AT solovejvv rozbudovarozgaluženoímerežíenergogeneruûčihmanevrovihpotužnostejnabazínaâvnoíínfrastrukturigtsukraíni AT zípunníkovmm rozbudovarozgaluženoímerežíenergogeneruûčihmanevrovihpotužnostejnabazínaâvnoíínfrastrukturigtsukraíni AT vorobjovaío rozbudovarozgaluženoímerežíenergogeneruûčihmanevrovihpotužnostejnabazínaâvnoíínfrastrukturigtsukraíni AT avramenkoam rozbudovarozgaluženoímerežíenergogeneruûčihmanevrovihpotužnostejnabazínaâvnoíínfrastrukturigtsukraíni AT ptuškaas rozbudovarozgaluženoímerežíenergogeneruûčihmanevrovihpotužnostejnabazínaâvnoíínfrastrukturigtsukraíni |