Отладка газовых турбин
Чтобы убедиться, что свежеразработанная газотурбинная установка (ГТУ) не страдает серьёзными недостатками и сможет работать десятилетиями без поломок основных компонентов, её нужно долго и тщательно тестировать. Каждый производитель турбин прогоняет их предсерийные образцы через серии тестов, но все компании делают это по-разному.
Один поставщик продаёт головной образец турбины какой-либо энергокомпании по пониженной цене, а затем оплачивает ей расходы на расширенное тестирование и валидацию. Другой же ухитряется провести валидацию и сертификацию турбины у себя на производстве, не имея статистики её длительной работы. Такой метод не раз давал сбои - уже во время эксплуатации выявлялись серьёзные недоработки, которые приходилось устранять на местах в процессе дорогостоящей модернизации.
Демостанции
Компания Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS) действует иначе. Ещё в 1992 году Mitsubishi Heavy Industries построила демонстрационную 50-герцовую электростанцию K-Point на машиностроительном заводе в Йокогаме. А в 1997-м открылась её 60-герцовая электростанция T-Point в Такасаго. Эта ТЭС использовалась для проверки новых турбин в условиях реального производства энергии, которая поставлялась местной энергокомпании.
«Мощные турбины M501F (180 МВт, 60 Гц) и M701F (380 МВт, 50 Гц) первых модификаций перед запуском в серийное производство прошли лишь кратковременное тестирование на полной и частичной нагрузках (в каждом случае в пределах ста часов), - рассказывает главный технолог MHPS Юнихиро Масада. - Тесты были не оптимальны, и впоследствии у нас возникли многочисленные проблемы с этими турбинами».
Усвоив урок, компания провела на электростанции T-Point полноценное тестирование 280-мегаваттных моделей M501G и 330-мегаваттных M701G, которые в дальнейшем показали практически стопроцентную надёжность. Аналогичное тестирование было проведено для турбин M501J (330 МВт) и M701J (478 МВт).
Когда пришла пора готовить к выпуску модель M701JAC, мощность которой в простом цикле вплотную приближается к 500 МВт, выяснилось, что остальное оборудование электростанции T-Point на параметры этой турбины не рассчитано, а потому проверить её работу во всех режимах невозможно. Тогда компания приняла решение соорудить тестовую электростанцию T-Point 2. Её строительство началось в конце 2017 года, а к пусконаладке приступили 2 апреля 2020-го.
Стоит отметить, что ГТУ серии JAC имеют систему воздушного охлаждения внутренних стенок камер сгорания вместо системы парового охлаждения, которое было реализовано в моделях J. Нововведение помогло сделать турбину более мобильной: она быстрее выходит на рабочий режим.
Гигантская лаборатория
ТЭС T-Point 2 представляет собой парогазовую установку, которая оснащена котлом-утилизатором и паровой турбиной производства MHPS. Сегодня там проходит испытания ГТУ M501JAC (400 МВт). Японцы будут «гонять» её в разных режимах два года, прежде чем начнут поставлять по коммерческим контрактам.
Кстати, компания MHPS на своих тестовых электростанциях не только отлаживает новые ГТУ, но и совершенствует само энергетическое производство. По концепции создателей электростанция T-Point 2 со временем должна быть переведена в режим автономной работы (то есть без оперативного персонала). Для этого создаются специальные инструменты. Один из них - система AI-CPFM (artificial intelligence-combustion pressure fluctuation monitoring), которая в камерах сгорания подавляет колебания пламени, вызванные неоднородностью топлива, изменениями температуры и частоты вращения ротора. Система имеет модуль самообучения, откуда и словосочетание "artificial intelligence" («искусственный интеллект») в её названии. Конечно же предусмотрены удалённый мониторинг состояния турбины, прогностика технического состояния элементов горячего тракта и другие разработки.
«Мы вступаем в цифровую эру, - рассказывает Масада, - и поэтому должны получить максимальный эффект от новых технологий, которые позволяют оптимизировать управление электростанцией для получения наилучшего экономического результата».
Компания Mitsubishi смогла достичь высочайших показателей мощности и эффективности ГТУ благодаря национальному проекту, финансируемому правительством Японии, который был запущен ещё в 2004 г. Главной целью проекта было создание газовых турбин, работающих при температуре в камере сгорания 1700 °C для достижения КПД комбинированного цикла на уровне 62-65%. По прошествии пятнадцати лет можно сказать, что цель программы достигнута.
По стопам японцев
Российское государство непременно хочет наладить производство отечественных мощных энергетических ГТУ, чтобы избежать технологической зависимости от Запада на фоне неблагоприятной геополитической обстановки. Проблема обострилась после того, как США объявили о финансовых санкциях по отношению к нашим машиностроительным предприятиям. И в деле отладки ГТУ мы приходим к тем же проблемам, что и японцы: у первых образцов турбин обязательно проявятся какие-либо «детские болезни». Значит, кому-то придётся взять на себя финансовые риски, связанные с этими болезнями.
В России разработку газовой турбины мощностью 110 МВт для электроэнергетики ведёт совместное предприятие УК «РОСНАНО», НПО «Сатурн» корпорации «Ростех» и «Интер РАО». Турбина ГТД-110М, созданная в рамках федеральной целевой программы «Топливо и энергия», сегодня проходит этап подготовки к серийному производству.
Если проблему рисков рассматривать с позиций рынка, то их должны взять на себя производители ГТУ, заложив издержки в её цену. Однако в условиях, когда российские генерирующие компании могут приобрести уже отлаженные зарубежные турбины, такой фокус не проходит.
Идеолог реформы российской электроэнергетики, зампред правления УК «РОСНАНО» Юрий Удальцов отмечает: «Коль скоро у государства есть цель производства отечественной турбины, то почти с неизбежностью риски, связанные с её доводкой, разделит вся экономика». Удальцов убеждён, что размер потенциального ущерба, который российский рынок понесёт от внедрения собственных (читай: не самых передовых) газотурбинных технологий, можно ограничить.
* * *
С точки зрения технологических циклов в разработке ещё одной ГТУ смысла нет. Развитие газовых турбин уже вплотную приблизилось к своему пределу. Это видно хотя бы по тому, что прибавка каждого дополнительного процента эффективности даётся всё большими и большими инженерными усилиями и финансовыми затратами. Рост единичной мощности энергоблоков тоже порождает проблемы: энергосистему становится труднее балансировать, генерирующее оборудование нечем заменить на время вывода в ремонт. А проблему финансовых санкций со стороны США лучше решать другим способом - построением независимой от американского доллара расчётно-денежной системы.
Читайте другие наши материалы
