Мобилизация газовых турбин
В продолжение темы эволюции газотурбинной технологии, которую мы начали в «Энерговекторе» № 12/2015 и развили в № 5/2016, предлагаем читателю рассказ о последних тенденциях в этой области.
Эволюция газовых турбин всегда определялась динамикой рынка. Например, в прошлом десятилетии генерирующие компании по всему миру ускоренно переводили свои электростанции на природный газ. Производители газотурбинных установок (ГТУ) старались поспеть за быстро растущим спросом, строя заводы и параллельно наращивая единичную мощность и эффективность своих изделий. Удельное потребление топлива снижалось, а требования к выбросам токсичных газов, таких как оксиды азота, постоянно ужесточались.
В текущем десятилетии проявились новые тенденции. Число производителей ГТУ (особенно мощных) сократилось, рынок консолидировался. Тем временем инвестиции в новые исследования и разработки дали впечатляющие результаты.
64-процентный рубеж пал
В декабре прошлого года компания GE Power объявила, что её крупнейшая ГТУ модели 9HA была модифицирована таким образом, что КПД (здесь и далее при работе в парогазовом цикле) достиг 64%. Это случилось всего лишь через 18 месяцев после того, как в Книгу рекордов Гиннеса был записан предыдущий высочайший показатель эффективности, 62,2%, полученный на ПГУ в Бушене (Франция) энергокомпанией EDF.
Компания Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS) также достигла отметки в 64%. В 2017 г. она объявила о выпуске ГТУ M501JAC, обеспечивающей электрическую мощность 400 МВт в простом цикле и 575 МВт в парогазовом цикле. Японцы, которые ещё в 2004 г. запланировали довести эффективность турбин до 65%, планомерно движутся к этой цели.
Вокруг ГТУ
Бизнес электрогенерации сегодня не может похвастаться высокой прибыльностью, поэтому энергокомпании стремятся «выжать» максимальный эффект из ранее сделанных инвестиций. Один из способов - усовершенствовать системы управления имеющимся энергооборудованием. Французская энергокомпания ENGIE в конце осени 2017 г. подписала контракт с американской компанией Emerson на замену систем управления турбинами на Дюнкеркской ТЭЦ. Последняя включает два энергоблока мощностью 400 МВт каждый с турбинами Alstom GT13, на которых поочерёдно будут заменены автоматизированные системы управления. Новые АСУ, построенные на контроллерах Emerson Ovation, помогут сократить операционные расходы, улучшить управляемость ГТУ и упростить процедуры её обслуживания. Более того, энергокомпания ENGIE рассчитывает гибче использовать своё оборудование: сотрудники электростанции смогут сами писать программы для контроллеров Ovation в зависимости от планов по развитию производства, например, для перевода турбин на топливо другого вида.
Под напором инноваций
Ситуацию на мировом рынке газовых турбин сегодня не назовёшь благоприятной. В ноябре 2017 г. концерн Siemens объявил о консолидации трёх своих энергетических подразделений, ссылаясь на то, что производители ГТУ по всему миру имеют мощности для выпуска 400 крупных (100 МВт и более) газовых турбин, однако энергетические компании планируют покупать порядка 110 подобных турбин в год, то есть рынок вошёл в состояние высокой конкуренции. «Электрогенерация трансформируется совершенно беспрецедентным образом, притом крайне быстро, - отмечено в пресс-релизе Siemens от 16 ноября 2017 г. - Возобновляемые источники энергии, быстро прирастающие по мощности, создают инновационный напор, который теснит генерацию всех остальных видов».
Нормальный инвестиционный цикл, в котором большие вложения в исследования и разработки возвращаются за счёт роста объёмов продаж, сбился. Производители ГТУ были вынуждены искать рыночные ниши, где всё ещё можно получать более-менее приличную прибыль.
Быстрый отклик
В нише манёвренной генерации, способной быстро набирать и сбрасывать нагрузку, традиционно сильны гидравлические и газовые турбины.
1 ноября 2017 г. в Хьюстоне концерн Siemens представил новую аэродеривативную турбину SGT-A45TR (44 МВт), созданную специально для рынка распределённой генерации и решения задач по балансировке мощности ВИЭ. Модель, способная работать как на газовом, так и на жидком топливе, была разработана за 20 месяцев на основе ГТУ SGT-A65TR, появившейся на рынке ещё в конце 1990-х.
После холодного старта турбина SGT-A45TR набирает полную нагрузку всего за 9 мин. Более того, эту турбину можно на месте эксплуатации перенастраивать с 50 на 60 Гц и обратно без замены какого-либо оборудования.
Система не только манёвренна, но и мобильна: концерн предусмотрел вариант поставки SGT-A45TR в заранее собранном виде на трёх трейлерах. В первом находятся генератор и системы его смазки и охлаждения. Во втором - газовая турбина и вспомогательные системы, а в третьем - системы управления и редукторы. По данным производителя, на монтаж и ввод такого энергоблока в эксплуатацию потребуется всего 12 дней.
Подобные решения учитывают обе ключевые тенденции современной электроэнергетики, а именно: опережающий рост распределённой генерации и широкое применение нестабильных ВИЭ, которые нужно балансировать. Дополнительную выгоду приносит экономия на сетях: мобильную ГТУ можно оперативно перебросить в регион, где сегодня возник дефицит мощности, отложив строительство дорогостоящих новых линий электропередачи.
Нельзя сказать, что у манёвренных и мобильных газотурбинных энергоблоков совсем нет альтернатив. На рынке присутствуют газопоршневые агрегаты, а также появились системы накопления энергии. Последние обычно имеют контейнерное исполнение, а потому тоже могут быть оперативно переброшены в нужное место. Однако накопители не спасают в условиях дефицита электроэнергии и технологически пока ещё не столь хорошо отлажены, как ГТУ.
На промыслах
Российские производители энергетических турбин нашли для себя хорошую рыночную нишу - выпуск промысловых энергоблоков. Нефтегазовые компании сегодня выполняют требования государства по утилизации попутного нефтяного газа и одновременно повышают энергоэффективность своего производства за счёт собственной электрогенерации. Так, в Группе «ЛУКОЙЛ» на месторождениях и перерабатывающих предприятиях эксплуатируются 12 газотурбинных электростанций суммарной установленной мощностью 772 МВт. Из них самые новые построены на базе 25-мегаваттных ГТУ производства пермского ОАО «Авиадвигатель». Нефтяники отмечают хорошо отлаженный сервис российских турбин.
«Цари горы»
Мощнейшие ГТУ тем временем обретают новые качества. Для уже упомянутых турбин M501JAC компании MHPS создан набор интеллектуальных решений TOMONI, который, например, позволяет ГТУ работать при 20-процентной загрузке, не выходя за допустимые пределы по токсичным выбросам.
Компания GE Power утверждает, что обеспечила 64-процентную эффективность на турбинах серии 9HA благодаря успехам в аддитивном производстве, то есть 3D-печати. Создатели ГТУ GE 9HA, которая имеет воздушное охлаждение, сделали большой шаг вперёд после выпуска слишком конструктивно сложных и неудобных для сервиса моделей серии H с паровым охлаждением. На разработку было потрачено свыше 2 млрд долл., включая 200 млн долл. на строительство тестовой электростанции в Гринсвилле (шт. Южная Каролина).
Итальянская компания Ansaldo Energia потратила семь лет на разработку мощных ГТУ GT36. Их оригинальная особенность, помимо сниженного технологического минимума нагрузки, - это возможность выбирать режимы эксплуатации, оптимизированные для получения максимальной мощности или продлённого ресурса.
На этом прогресс не останавливается. По свежим данным GE, с помощью методов аддитивного производства выпущены новые детали для камер сгорания, в которых топливо лучше перемешивается с воздухом. Компания GE обещает обеспечить КПД 65% уже в начале 2020-х.
