АО ЛМ3 - газотурбинные установки мощностью 160-180 МВт

Лебедев А. С.

В настоящее время более 20% электроэнергии вырабатывается с использованием газотурбинных установок (в основном по схеме парогазового цикла), и эта доля непрерывно увеличивается. В разработках основных фирм - изготовителей энергооборудования - GE, ALSTOM, Siemens - КПД собственно газотурбинной установки приближается к 40%, а КПД парогазового блока - к 60%.
Российская энергетическая промышленность не располагает сегодня эффективными, серийно производимыми газотурбинными установками.
Одна из основных причин отставания в области газотурбостроения состоит в том, что ГТУ ранее отводилась роль элемента, предназначенного для выработки пиковой энергетической мощности. Для этих целей в АО ЛМЗ была создана и сдана в опытную эксплуатацию в Мосэнерго установка ГТЭ-150, которая на момент написания этой статьи (январь, 2002 г.) остается единственной отечественной мощной энергетической ГТУ, находящейся в эксплуатации непосредственно в энергосистеме. В 90-е годы потребность в использовании такой мощности резко упала. Для ликвидации отставания в области энергетических ГТУ в возможно короткий срок АО ЛМЗ подписало с фирмой Siemens лицензионный договор на производство и продажу в России и Беларуси газотурбинной установки ГТЭ-160 на базе и по документации V94.2.
Установка - прототип V94.2 - характеризуется высокой надежностью (референция продаж превышает 130 единиц), достаточной экономичностью и устойчивым спросом.

Продольный разрез ГТЭ-180

Примечание. Отпуск тепла дубль-блока ПГУ-520Т - до 340 Гкал/ч.

Производство этих установок осуществляется как самой фирмой Siemens, так и по ее лицензии фирмой Ансальдо. В 1991 г. было создано совместное предприятие “Интертурбо” (ЛМЗ - Siemens) по сборке установок V94.2 в России, на котором собрано по заказам Siemens 16 таких установок.
“Русификация” турбины Y94.2 сводилась к адаптации оригинальной технической документации к технологическим возможностям АО ЛМЗ, а также смежников (АО ЗТЛ и др.) и поставщиков заготовок и комплектующих.
Возможность успешного и быстрого освоения производства этой установки подтверждается 10- летним сотрудничеством, итогом которого стало изготовление под контролем супервайзеров Siemens примерно 60% ее узлов в АО ЛМЗ и СП “Интертурбо”. Положительным результатом сотрудничества явился успешный пуск в конце 2000 г. первого блока ПГУ-450 на Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга, для которого были поставлены две установки V94.2, собранные на СП “Интертурбо”, и паровая турбина Т-150 АО ЛМЗ. На 01/1 2002 г. наработка двух V94.2 на этой ТЭЦ составила 12 955 ч (экв.), выработка электроэнергии 1132846,5 МВт-ч. Апробированные на Северо-Западной ТЭЦ проектные и технологические решения могут быть с успехом реализованы на других объектах.
Если ГТЭ-160 предназначена для удовлетворения сегодняшнего спроса на газотурбинные установки, то ГТЭ-180 - проект на перспективу.
В основу концепции создания отечественной конкурентоспособной газотурбинной энергетической установки была положена идеология конверсии передовых технологий, реализованных в авиа- двигателестроении, в промышленную энергетику. Именно такой подход использовали ранее ведущие фирмы: Siemens, например, создавал серию “ЗА” совместно с “Пратт-Уитни” на базе авиационного двигателя PW 4000. Подобная конверсия может быть реализована с минимальным техническим риском и в кратчайшие сроки. Исходя из накопленного мирового опыта АО ЛМЗ и ОАО “Авиадвигатель” подписали соглашение о сотрудничестве по созданию энергетической газотурбинной установки мощностью 180 МВт на базе гражданского авиационного двигателя IV поколения ПС-90А, которая получила наименование “ГТЭ-180”. Продольный разрез ГТЭ-180 приведен на рисунке.
АО ЛМЗ и ОАО “Авиадвигатель” разработали и успешно защитили на НТС РАО “ЕЭС России” эскизный (1998 г.) и технический (2000 г.) проекты ГТЭ-180.
Проектные материалы по ГТЭ-180 прошли научную экспертизу и одобрены, в частности, на Координационном совете РАН по техническим наукам 21/V 1999 г. под председательством академика В. Е. Фортова.
В конструкции реализованы следующие принципы:
проточная часть (облопачивание) компрессора полностью моделируется с серийного авиационного двигателя ПС-90А, обладающего уникальным сочетанием газодинамической устойчивости, надежности и эффективности. Это исключает необходимость его доводки по газодинамике и вибросостоянию;
система охлаждения теплонапряженных узлов турбины, прежде всего лопаточных аппаратов, выполняется в соответствии с отработанными на авиационных двигателях аналогами, что обеспечивает их ресурсные характеристики;
низкоэмиссионная камера сгорания и вся система сжигания топлива создаются на базе имеющегося у ОАО “Авиадвигатель” и АО ВТИ экспериментального задела.
Газотурбинная установка ГТЭ-180 планируется как база, на основе которой создается мощностной ряд ГТУ: установки 65 МВт и 250 МВт, получаемые путем аэродинамического масштабирования. Технические характеристики уставок приведены далее.

Такой подход при создании ряда однотипных по конструктивному облику ГТУ широко применяется зарубежными фирмами, так как требует минимальных дополнительных затрат на экспериментальные исследования и доводку, обеспечивает высокую степень воспроизводимости параметров и надежности.
ГТЭ-180 может быть использована в установках комбинированного цикла (ПГУ) (таблица).
Таким образом, выполнение комплекса ведущихся в настоящее время работ по созданию энергетических газотурбинных установок в диапазоне 160- 180 МВт позволяет:
удовлетворить сегодняшний спрос на энергетические газотурбинные установки путем серийного выпуска ГТЭ-160 на базе высокореферентной V94.2;
обеспечить энергетический рынок новой базовой моделью высокоэффективной газотурбинной установки ГТЭ-180 к 2005 г.;
расширить, начиная с 2006 г., номенклатуру отечественных газовых турбин за счет выпуска ГТЭ-65 и ГТЭ-250 на базе ГТЭ-180.