Турбина независимости

Энергетика меняется. В 2019 году стартовала программа модернизации тепловых электростанций в России. К 2028 году она позволит создать до 2 ГВт мощностей на базе инновационных отечественных газовых турбин. Это означает уверенный переход российской электроэнергетики на более эффективный парогазовый цикл и независимость от зарубежных производителей в критически важных технологиях.

Модернизированная турбин мощностью 110 МВт (ГТД-110М)

Импортозамещение стало возможным благодаря разработке первой отечественной газовой турбины большой мощности. Запуск серийного производства модернизированной турбины мощностью 110 МВт (ГТД-110М) — результат совместных усилий «Интер РАО», Фонда образовательных и инфраструктурных программ (ФИОП) и «ОДК-Сатурн», входящей в группу «Ростех». С 2013 года над модернизацией установки работало их совместное предприятие ИЦ «Газотурбинные технологии». ФИОП инвестировал в проект 1 млрд рублей.

«В данном случае было очень важно создать именно отдельную команду, которая была бы в состоянии выступать заказчиком по этому проекту. То, что партнерам удалось про это договориться, сложить деньги и оборудование, чтобы эту команду нанять и обеспечить ее правильный диалог со всеми партнерами, — вот в этом была наша роль», — говорит Юрий Удальцов, заместитель председателя правления УК «РОСНАНО» .

У исходной версии установки была долгая и сложная история. Идея трансформации судовой газовой турбины, производимой в Николаеве, в энергетическую возникла еще в 1990-е годы. В 2001 году появились пилотные версии ГТД-110, но до массовой установки дело не дошло из-за высокой аварийности. При этом потребность в отечественных газовых турбинах большой мощности в энергетике была очевидна. В рамках первой программы модернизации ТЭС по договорам предоставления мощности (ДПМ), стартовавшей в конце 2000-х, ее закрывали за счет импорта западных турбин.

Новой команде разработчиков из ИЦ «Газотурбинные технологии» удалось устранить недостатки турбины и доказать надежность ее эксплуатации в реальных условиях. С июня 2019 года газовая турбина находится в опытно-промышленной эксплуатации в блоке Ивановских ПГУ, где успешно прошла испытания в течение более 3000 часов и продолжает работать в блоке дальше. А через несколько лет такие турбины появятся и на других электростанциях: ГТД-110М готова к серийному производству на базе предприятий «Ростеха». Разработчики уверены, что ее характеристики и «экономика» на сегодня не уступают импортным аналогам: мощность выросла до 115 МВт, и КПД улучшился с 35,5% до 37%, а в комплексе парогазового цикла — до 52%. Это позволит обеспечить рентабельность работы на оптовом рынке электроэнергии и мощности.

«Впервые в отечественной истории в России создана газовая турбина большой мощности. Это сложнейшее изделие, на сегодняшний день прошедшее все испытания, уже работающее в единой энергосистеме страны и доказавшее свою эффективность и экономичность. Впереди серийное производство. Это абсолютный прорыв», — комментирует разработку Анатолий Чубайс, Председатель Правления УК «РОСНАНО» .

На базе ИЦ «Газотурбинные технологии» удалось собрать компетентную команду инженеров, которые начали с глубокой дефектоскопии существующей турбины. Например, весь горячий тракт — ту часть турбины, которая непрерывно работает при температурах, близких к 900 градусам, — фактически заново пересобрали, изменив и материалы, и конструктив. «Модернизировали турбину с учетом новых знаний и технологий. Все термобарьерные покрытия были полностью заменены. И камера сгорания, и лопатки турбины теперь покрыты новыми материалами, которые обеспечивают термостойкость в процессе работы всех элементов», — рассказывает Юрий Удальцов.

Термобарьерные наноструктурированные покрытия специально под эту задачу разрабатывала компания «Плакарт», входящая в портфель РОСНАНО. Защита от прогорания позволяет повысить ресурс работы изделия: деформация лопаток, например, в значительной степени обусловлена температурой.

«Обеспечение ресурса турбины было одной из ключевых задач модернизации. Это важнейший фактор удешевления стоимости обслуживания, поскольку турбина работает долго. Так что мы не только повышали ресурс, но и уменьшали затраты на эксплуатацию в течение жизненного цикла. На этот показатель внимательно смотрят заказчики из генерации», — отмечает Юрий Удальцов.

Капитальные ремонты турбин — дорогостоящий и длительный процесс. И энергетики всегда оценивали весь комплекс затрат: стоимость приобретения, регламенты технического обслуживания, как часто нужно проводить капитальный ремонт, каков будет перерыв в работе. Так что увеличение ресурса турбины напрямую влияет на ее конкурентоспособность.

Разработчики стремились не только обеспечить энергетическую безопасность страны на случай санкционных ограничений, но и достичь сопоставимых технических характеристик с зарубежными образцами. И это удалось: КПД новой российской турбины сравним с импортными аналогами, при этом по весовым и габаритным показателям она в полтора раза меньше и легче, что делает транспортировку и установку более эффективными. Другие преимущества — возможность работы на газообразном или жидком топливе. Помимо экономического эффекта, связанного со снижением затрат на ремонты и логистику, новая турбина дает энергетической системе независимость от зарубежных критических технологий.

Ранее отечественной газовой турбины в классе средней и большой мощности (35-120 МВт) просто не существовало. Как оценить масштаб проекта? Если производителей автомобилей в мире больше десятка, то известных производителей самолетов уже гораздо меньше. Количество стран, которые смогли довести разработки газовых турбин до серийного производства, тоже можно пересчитать по пальцам. Процесс их создания требует много времени, денег и инженерных компетенций.

«Цикл разработки, изготовления, стендовых и промышленных испытаний занимает многие годы. Нам нужно было так построить процесс, чтобы минимизировать риски неудачи на каждом этапе, потому что каждый следующий шаг добавляет проекту автоматически расходов на 1 млрд рублей и 2 года на изготовление, — объясняет Юрий Удальцов. — Непростой вызов представляло собой и управление проектом, где задействовано много разных компонентов, которые одновременно должны сработать, много соисполнителей, инженерных коллективов».

Но благодаря совместным усилиям промышленного производителя, энергетиков и технологического инвестора партнеры смогли довести турбину до рыночного уровня. Серийное производство стартует в 2021 году.