В настоящее время более половины энергии в России производится на станциях с использованием природного газа. Наиболее эффективным считается производство электроэнергии на электростанциях, работающих в парогазовом цикле с применением газовых турбин. При этом изготовление наиболее значимых и наукоемких элементов газовых турбин и систем управления до сих пор не локализовано.
Жизнь современного человека — это огромное количество возможностей и потребностей. Люди привыкли к окружающему комфорту и давно не придают значения наличию дома электроэнергии, тепла и иных удобств. И, конечно, не задумываются над тем, каким образом и в каких объемах электричество вырабатывается. При этом потребности, а соответственно, и потребление электроэнергии будут расти.
90% — сжигание органического топлива
По данным Министерства энергетики, в 2019 году распределение годового объема производства электроэнергии в России по типам электростанций составило: ТЭС — 679,9 млрд кВт∙ч, ГЭС — 190,3 млрд кВт∙ч, АЭС — 208,8 млрд кВт∙ч, ВЭС — 0,3 млрд кВт∙ч и СЭС — 1,3 млрд кВт∙ч.
По информации Минэнерго, максимальный объем выработки электроэнергии приходится на тепловые электростанции. Специалисты отрасли считают, что из всего объема энергии, используемой населением Земли, 90% обеспечивается сжиганием органических топлив (угля — 28%, нефти — 39% и газа — 23%). Еще около 10% дают атомные и гидроэлектростанции, очень небольшую часть (доли процентов) — так называемые возобновляемые источники энергии: ветряные установки, солнечные, геотермальные и приливные электростанции.
Налицо преимущественное использование органического топлива, самым распространенным и широко используемым является природный газ. В нем, как известно, меньше углерода и больше водорода, чем в нефти и тем более — в угле. А значит, в продуктах его сгорания меньше углекислого газа (СО2) и оксидов азота.
В настоящее время более половины энергии в России производится на станциях с использованием природного газа. При этом в стране нет ни одной газовой турбины большой мощности отечественного производства, а используемые сделаны за рубежом. По оценкам специалистов, если брать действующие парогазовые и газотурбинные установки, более 70% — это поставки зарубежных производителей, еще около 24% — газовые турбины совместного производства.
Несмотря на наличие нескольких совместных предприятий с зарубежными производителями, в России до сих пор не локализовано изготовление наиболее значимых и наукоемких элементов газовых турбин: компонентов горячего тракта (камеры сгорания топлива, лопаток турбин) и систем управления. Производство ограничивается лишь сборкой и изготовлением отдельных узлов, которые не так важны для работоспособности ГТУ и энергобезопасности России в целом.
Нужна технологическая независимость
О необходимости создания российской турбины заговорили после того, как четыре турбины SGT5-2000Е, изготовленные по заказу «Технопромэкспорта», принадлежащего «Ростеху», были установлены на Балаклавской и Таврической ТЭС в Крыму. Компания Siemens выступила против поставок своего оборудования на полуостров из-за санкций Евросоюза, пыталась признать договоры на поставку турбин недействительными и требовала вернуть оборудование. Суды эти жалобы не удовлетворили.
По словам старшего аналитика по электроэнергетике Центра энергетики МШУ Сколково Юрия Мельникова, России нужна мощная ГТУ в первую очередь для технологической независимости. «Без газовых турбин нельзя построить современную тепловую электростанцию на газе. Так, если бы российская мощная ГТУ была доступна, можно было бы избежать истории с судебным разбирательством с Siemens по поводу ТЭС в Крыму, — считает Мельников. — Если технологическая независимость — основная цель, то правильным решением было бы развитие собственных компетенций без сотрудничества с иностранными компаниями, но при форсированной государственной поддержке на этапах НИОКР, а также при создании и доводке опытных образцов, в момент сбыта первых машин. Во-вторых, России нужна мощная ГТУ как наукоемкая технология для промышленного развития, которую нужно создать с нуля либо локализовать, внедрить в российской экономике и вывести на экспорт для достижения мультипликативных эффектов и экономического роста. Примерно в таком формате сейчас принято говорить, например, о ВИЭ. В-третьих, мощная ГТУ нужна России для модернизации энергетики. Почти 50% электроэнергии в стране вырабатывается из природного газа, и ГТУ очень пригодилась бы для повышения энергоэффективности на 40-45%, экологичности и сокращения операционных затрат».
Над этой задачей работают сразу несколько компаний, среди которых — «Силовые машины» (производство турбин организовано на Ленинградском Металлическом заводе), «Ростех» (завод «ОДК-Сатурн»).
Выпуск при наличии спроса
Как в июле сообщил первый замглавы «Ростеха» Владимир Артяков, госкорпорация готова к серийному выпуску ГТД-110М при наличии спроса. По его словам, сейчас «Ростех» готов выпускать две турбины ежегодно, а если будет запрос рынка, то может удвоить объем. Артяков отметил, что в госкорпорации уверены в коммерческом успехе проекта, поскольку российские энергокомпании уже много лет ждут появления отечественных турбин большой мощности.
Речь идет о проекте газовой турбины, разработанном в 1991-1997 годах в украинском «Машпроекте» в городе Николаеве, специализировавшемся на корабельных двигателях меньшей мощности. Проект был передан российскому «НПО „Сатурн“», который также занимался турбинами военных и гражданских самолетов. В 2003 году был введен в эксплуатацию испытательный стенд на Ивановских ПГУ с ГТЭ-110. Дальше следует череда поломок и ремонтов, в результате которой в 2019 году турбине удалось пройти 3000 часов опытно-промышленной эксплуатации. Зимой 2020 года «Ростех» создал специальную компанию для производства, поставок и сервисного обслуживания турбин ГТД-110М. Первую турбину, по заявлению «Ростеха», заказчики смогут получить в 2022 году.
Восстановление отечественной школы турбостроения
В случае российской компании «Силовые машины» история проектирования и производства ГТУ на ЛМЗ отсчитывается с 1957 года, когда заводом была создана первая ГТ-12-3 мощностью 12МВт с КПД 27%. Результатом накопленного опыта явилось создание в 1959 г. новой серии ГТУ типа ГТ-25-700 мощностью 25 МВт с КПД 28%.
В 1970 х годах на этой же площадке была создана самая мощная и совершенная на тот момент газовая турбина ГТ-100 750. Ее оригинальная конструкция, компоновочная и тепловая схемы содержат ряд технических достижений и решений, до сих пор не утративших своего значения. Помимо этого, ЛМЗ обладает опытом в производстве турбин ГТЭ-160, которые собирали в Петербурге по лицензии Siemens.
В 2008 году «Силовыми машинами» была самостоятельно разработана газовая турбина ГТЭ-65. Это машина F-класса с высокими параметрами цикла и уровнем КПД. Головной образец проходил испытания на ТЭЦ-9 в Москве, но из-за временных ограничений со стороны электростанции на обкатку и доводку новой установки газовая турбина не была введена в промышленную эксплуатацию.
В 2018 году в «Силовых машинах» стартовал проект возрождения отечественных газовых турбин, а в 2019-м компания победила в конкурсе на получение государственной субсидии на НИОКР по созданию отечественной ГТУ большой мощности. Как сообщал генеральный директор энергомашиностроительной компании Тимур Липатов, «Силовые машины» видят свою задачу в том, чтобы восстановить отечественную школу газового турбостроения, а в конечном итоге — перезапустить цикл производства газовых турбин, организовав конструкторское бюро, создав расчетные методики, стендовую базу, и тем самым защитить российскую энергетику от различных негативных внешних проявлений. За год с небольшим удалось создать необходимые условия для восстановления производства газовых турбин и начать импортозамещение. Компания привлекла научные организации, сформировала цепочку поставщиков необходимых заготовок и подготовила производство к освоению новой технологии.
Сейчас в компании работают над созданием двух типоразмеров газовых турбин: ГТЭ-65 и ГТЭ-170. Конструкторская документация по обеим машинам разработана полностью. Головные образцы турбин находятся в производстве.
Оба типоразмера, полностью произведенные в России, компания будет готова поставлять не позднее конца 2023 года. Вторые версии этих машин — уже с повышенными параметрами — в 2024 году. К этому времени компания будет располагать производственными возможностями по выпуску до восьми таких энергоустановок в год.
Ресурсы привлечены серьезные: «Силовые машины» работают совместно с ключевыми научно-исследовательскими и промышленными организациями. Так, в проекте участвуют Сибирское отделение РАН, НПО ЦКТИ, ЦИАМ, ВТИ, ВИАМ, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Уральский федеральный университет и другие.
Весь проект по машинам 65 и 170 МВт компания оценивает в сумму порядка 15 миллиардов рублей. Сюда входят затраты на НИОКР, отработку технологий, развитие и техническое перевооружение конструкторских и технологических служб, модернизацию производственной и экспериментально-исследовательской базы.
Так, в феврале «Силовые машины» определили поставщиков и подписали договоры на поставку в 2020 году основного технологического оборудования для комплектования заготовительного и сборочно-сварочного производств. Также реализуется проект создания производства литых заготовок лопаток из жаропрочных марок сталей. В настоящее время выполнен технический проект литейного цеха, заказана оснастка для изготовления литых заготовок, идет выбор технологии производства и оборудования. Проект будет реализован в течение 2020-2022 годов, чтобы в 2022 году выйти на серийное производство литых заготовок и лопаток горячего тракта. В состав литейного производства войдут литейный цех и лаборатория, оснащенная техникой для контроля качества.
Чтобы соответствовать мировым и отечественным тенденциям, запущен ряд НИОКР для создания версий ГТЭ-65 и ГТЭ-170, где в качестве топлива применяется водород. Его использование требует несколько иной конфигурации камеры сгорания газовой турбины. По информации генерального конструктора «Силовых машин» Александра Ивановского, компания запустила НИОКР по сжиганию водорода и планирует вести его параллельно. В долгосрочных планах компании — развитие ГТУ большой мощности: разработка газовой турбины мощностью порядка 500 МВт.
Локализованные турбины
Предприятие «Сименс технологии газовых турбин» — совместный проект Siemens и «Силовых машин», откуда, как стало недавно известно общественности, «Силовые машины» готовятся выйти, — также видит своей задачей локализовать производство газовых турбин в России.
Первую газовую турбину на предприятии в Ленобласти производства Siemens собрали в 2015 году. В настоящее время, как сообщил генеральный директор СТГТ Нико Петцольд «Коммерсанту», уровень локализации составляет порядка 60%.
По словам генерального директора СТГТ, компания готова инвестировать в повышение локализации, но для этого ей необходимо понимать, что у нее будут заказы на локализованные турбины. По расчетам, для окупаемости проекта СТГТ необходим заказ на 10-15 газовых турбин на период 10-12 лет.
Согласно постановлению правительства № 719, чтобы газовую турбину признали российской, производителю должны принадлежать права на технологию, включая методики, ноу-хау и патенты, а также права на конструкторскую и техническую документацию. Она должна храниться в электронном виде в российских базах данных. Доля российских комплектующих с 2020 года должна составлять 70% и в 2022 году достичь 90%. Еще одно требование — наличие в России испытательного оборудования для узлов горячего тракта (лопаток, газораспределителя и камеры сгорания) и локализация сервисного центра по ремонту, послепродажному и гарантийному обслуживанию турбин. В противном случае производитель не может участвовать в поставке турбин на ТЭС в рамах государственной программы модернизации теплоэнергетики РФ суммарной мощностью 41 ГВт.
Постановление должно обеспечить максимальную локализацию газовых турбин, в том числе организацию производства ключевых компонентов и передачу контроля за технологиями производства турбин, говорит представитель Минпромторга: «Нам нужны свои компетенции по конструированию, производству и сервису газовых турбин». При этом в министерстве не видят препятствий для локализации в России производства иностранных компаний. Он отмечает, что любой иностранный производитель может соответствовать требованиям постановления и участвовать в программе модернизации ТЭС по договорам предоставления мощности (ДПМ, гарантируют доходность инвестиций через повышенные платежи потребителей), если в России будет контроль над технологиями. Решение правительства обеспечивает энергетическую безопасность страны, считает представитель Минэнерго. Его мнение разделяет директор Фонда развития права и медиации ТЭК Александр Пахомов, поясняя, что это соответствует интересам российской энергетики, поскольку установленная ранее монополия иностранных производителей турбин «сводила на нет» развитие собственного турбиностроения.
Итак, можно прийти к выводу о безусловном наличии конкуренции за локализацию производства газовых турбин в России. Все компании-претенденты заявили о намерении в ближайшей перспективе представить готовые образцы турбин. Без сомнения, так или иначе, все участники имеют на то возможности, а вот основная угроза для всех одна: неясная перспектива спроса отечественного рынка энергетики и еще менее ясная возможность импорта. Похоже, только время покажет, кто сильнее, настойчивее, успешнее, ну и, конечно, удачливее, ведь куда без элемента удачи в столь неопределенное нынешнее время с новыми и порой неожиданными реалиями и перспективами.