Как авиационные двигатели Ростеха стали сердцем электростанций

Фото: пресс-служба ИННОПРОМ

Когда мы включаем свет или заряжаем телефон, мало кто задумывается, откуда взялась электроэнергия. А нередко в ее генерации участвует двигатель, родственный тем, что поднимают в небо пассажирские и транспортные самолеты. Только на земле он вращает генератор и работает не на керосине, а на газе.

В Госкорпорации Ростех такие установки создает Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК). Наземные газотурбинные установки ОДК перекачивают газ по трубопроводам и вырабатывают электричество и тепло для городов и предприятий.

Съемочная группа программы «Военная приемка» телеканала «Звезда» во главе с ведущим Алексеем Егоровым побывала на предприятиях Ростеха и разобралась, как авиационный мотор превращается в двигатель для привода генераторов электростанций и парогазовых установок и почему растет спрос на такие установки.

Опыт неба на земле

Одним из первых идею «приземлить» авиационный двигатель начал широко продвигать конструктор Николай Кузнецов, автор семейства двигателей НК. Он понимал, что мотор, отслуживший свой ресурс в воздухе, не стоит сразу отправлять на переплавку: после доработки он может еще долго послужить на земле.

Наземной темой в ОДК занимаются несколько предприятий, а компания «ОДК Инжиниринг» является разработчиком и комплексным поставщиком энергетического и газоперекачивающего оборудования на базе двигателей корпорации. Сегодня индустриальные двигатели изначально создают для работы на земле, используя технологии и наработки по авиационным силовым установкам.

Макет газотурбинного двигателя АЛ-41СТ-25 на международном промышленном форуме ИННОПРОМ. Фото: пресс-служба ИННОПРОМ

По словам генерального директора «ОДК Инжиниринг» Андрея Воробьева, главное преимущество газовой турбины перед другими установками для энергетики и перекачки газа — высокая удельная мощность. При относительно небольшой массе и компактных размерах она выдает много энергии, а станцию можно собрать из блоков под нужную задачу.

Еще одно достоинство — топливная универсальность. Такие установки работают на природном и попутном газе, а в двухтопливном исполнении — и на жидком топливе, что делает их более автономными.

При этом в ОДК развивают сразу несколько линеек для ТЭК: двигатели серий АЛ, ПС, РМ и НК. У каждой свои сильные стороны: малоэмиссионная камера сгорания, стойкость к серной среде, компактность. Одни двигатели лучше подходят для морозов севера, другие — для юга с его песком и пылью.

Вторая жизнь мотора

Двигатели Д-30КП, выработавшие ресурс на самолетах Ил-76, можно было бы утилизировать, но в ОДК им дают новую жизнь уже на земле: так получаются индустриальные газотурбинные двигатели серии ГТД-6РМ и ГТД-8РМ мощностью 6 и 8 МВт.

Двигатели необходимо «научить» работе на земле. При выработке электроэнергии от них требуется способность годами работать постоянно и без признаков износа. Поэтому около 70% деталей используют напрямую от авиационного двигателя. Еще примерно 10% дорабатывают под наземную работу. А вот оставшиеся 20% деталей изготавливают заново. Всю свою летную жизнь этот мотор потреблял авиакеросин, а теперь его переводят на природный газ, попутный газ от добычи нефти или дизельное топливо, в зависимости от возможностей заказчика. Все «детские болезни» эти двигатели пережили давно, поэтому наземные версии относительно просты и надежны.

Двигатели серии ГТД-6/8РМ для энергоснабжения центров обработки данных. Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация

Четыре таких двигателя работают на парогазовой станции в Ярославской области. Главное отличие наземной версии от авиационной — судьба выхлопных газов. У самолета они уходят в атмосферу, а на станции идут в дело. Газы температурой 500–530 °С проходят через котлы-утилизаторы и превращают воду в пар. Пар под давлением 38–40 кгс/см² и температурой до 400 °С раскручивает паровую турбину, а излишки тепла идут на отопление и горячую воду для жителей.

В итоге четыре газотурбинных двигателя по 8 МВт и две паровые турбины по 10 МВт дают станции 52 МВт электрической мощности, не считая тепловой. Станция способна заменить городские котельные, а при крупных авариях в электросетях может сразу выдать в сеть весь объем своей электроэнергии.

Энергия рядом с потребителем

Еще недавно наземные газотурбинные установки в 70% случаев использовались для транспортировки газа по магистральным газопроводам и лишь в 30% для выработки электроэнергии. Сейчас соотношение примерно 50 на 50. Причина − в мировой тенденции на распределенную генерацию: вместо одной огромной электростанции энергию производят компактные установки рядом с потребителем.

Двигатель нового поколения ГТД-8СМ разработки ОДК предназначен для питания электроэнергией ЦОД. Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация

Для России это особенно актуально: подключение к сетям часто обходится дороже собственной генерации, а газотурбинную станцию для города или завода можно построить за полтора-два года.

Новый крупный потребитель — центры обработки данных. Сетевых мощностей им уже не хватает, и собственная газовая генерация прямо на площадке ЦОДа становится одним из стратегических трендов. Такими проектами интересуются и владельцы дата-центров, и регионы. Сейчас «ОДК Инжиниринг» рассматривает около 10 проектов распределенной генерации в разных частях страны.

Гигант на 115 мегаватт

Самый мощный наземный двигатель ОДК — ГТД-110М. Это первый российский газотурбинный двигатель большой мощности: он выдает не менее 115 МВт. Еще около 50 МВт дает пар, который нагревается жаром выхлопных газов. Такой установки хватит, чтобы снабжать электричеством и теплом город с населением 50–70 тыс. человек. Двигатели ГТД-110М уже работают на юге России.

КПД двигателя превышает 36%. Цифра может показаться скромной, но, как отметил директор по сервису ООО «ОДК-Турбины большой мощности» Александр Иванов, это отличный результат: у многих конкурентов нет и 30%. В энергетике на счету каждая десятая доля процента. Прибавка всего 0,1% КПД экономит около миллиона кубометров газа в год.

Ради эффективности детали камеры сгорания ГТД-110М выращивают с помощью аддитивных технологий, а зазор между лопатками и корпусом делают минимальным. Но металл при нагреве расширяется, поэтому в корпусе стоит современное сотовое уплотнение: если лопатка его заденет, износится уплотнение, а лопатка останется в строю.

ГТД-110М. Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация

ГТД-110М выпускают практически без импорта: свой металл, свои печи и станки, а детали, вплоть до болтов и гаек, делают на предприятиях ОДК.
Перед отправкой заказчику двигатель проходит обкатку на одной из крупнейших в России газотурбинных электростанций, где можно испытывать двигатели. Он работает в разных режимах, от щадящего до экстремального: специалисты подтверждают характеристики, проверяют вибрации, при необходимости балансируют.

Ресурс ГТД-110М — 100 тыс. часов, это больше 10 лет непрерывной работы. В данный момент ведутся работы по увеличению этого показателя до 125 тыс. часов

У ГТД-110М есть и второе призвание. Такая мощность востребована на заводах по сжижению газа, и для них создают установку, где двигатель будет вращать компрессор. Новые применения обеспечивают серийность, а она, в свою очередь, снижает стоимость двигателей.

Россия всегда была сильна в вопросах авиационного двигателестроения и входит в пятерку крупнейших производителей в мире. Теперь настало время для лидерства в сфере создания наземных силовых установок. Для этого у предприятий Ростеха есть все необходимое: авиационный опыт, свои ресурсы, производство и научная база, которая позволяет работать на перспективу.