«Эксперт» №40 (677)/19 октября 2009
Ирик Имамутдинов, специальный корреспондент журнала «Эксперт»
По мощности нового изделия Siemens изрядно опередила всех конкурентов. Причем речь идет не только о ГТУ с воздушным охлаждением лопаток, но и о газовых турбинах с паровым охлаждением, которые до последнего времени считались лидерами по единичной мощности. Прежде всего это турбина General Electric 9001H мощностью свыше 300 МВт и ГТУ серии J мощностью 320 МВт производства Mitsubishi Heavy Industries. Интерес к пару в качестве охладителя лопаток эти энергомашиностроительные компании проявили еще в 1990−х годах, когда им пришлось решать проблему повышения эффективности. При этом ставилась цель одновременного увеличения мощности и самой газовой турбины, и всей парогазовой установки, в которой эта самая ГТУ работает, в целом.
По циклу Карно для роста КПД необходимо использовать все более высокие температуры рабочих газов, идущих в турбину, а расширение мощности неизбежно влекло за собой увеличение габаритов турбины, в этом случае росли и размеры лопаток. Существовавшие тогда технологии воздушного охлаждения не обеспечивали надежного теплосъема с габаритных лопаток при температурах, превышающих 1300 градусов, тогда как в более эффективных ГТУ предстояло использовать рабочие газы при 1500 градусах или даже более высоких температурах. Необходимо было обеспечить такое охлаждение, чтобы дорогостоящие лопатки не только банально не деформировались, но и могли обеспечить более или менее приличный ресурс работы. Разочаровавшись в воздухе, для обеспечения работоспособности лопаток мощных ГТУ некоторые компании сделали ставку на охлаждение их паром, так как его теплоемкость намного выше теплоемкости воздуха. К тому же пар, снимаемый с газовой турбины и направляемый в паровую турбину, мог повышать параметры и ее работы.
Немцы же пошли по пути усовершенствования воздушного охлаждения лопаток. Каждая из монокристаллических лопаток и лопаток, выращенных по технологии направленной кристаллизации, которые стоят на первых, самых горячих ступенях SGT5–8000H, представляет собой своего рода дуршлаг. Лопатка пронизана множеством микропор, через которые охлаждающий воздух поступает наружу и, обволакивая поверхность лопатки пленочной защитой, поддерживает ее температуру в пределах 800 градусов по Цельсию, притом что температура рабочих газов на входе превышает 1500 градусов! Это ноу-хау — серьезное достижение интернациональной команды Siemens: в его разработке применялись заделы по камерам сгорания бывшего газотурбинного подразделения американского Westinghouse, приобретенного немецкой корпорацией, а над проточной частью пришлось изрядно попотеть специалистам американского же производителя авиационных двигателей Pratt & Whitney, поднаторевшим в работе с высокотемпературными газами.
SGT5–8000H выпустили в коммерческую жизнь после девятилетнего технологического цикла подготовки. Только на стадии промышленно-экспериментальной эксплуатации она отработала 1500 часов, причем 1200 из них — в режиме максимальной нагрузки на электростанции в немецком Иршинге. Немцы схитрили. В октябре 2000 года, когда еще только писался концепт SGT5–8000H, Siemens объявляла, что мощность будущей турбины будет 340 МВт, а всей парогазовой установки — 530 МВт. Общий КПД должен был составить менее 59%. Теперь в Иршинге начались испытания ПГУ мощностью уже 570 МВт и с КПД свыше 60%. Она построена по так называемой одновальной схеме «один плюс один», то есть когда на одном валу расположены и ГТУ 8000H, и паровая турбина, работающие на один мощный генератор. Промышленный пуск планируется на 2011 год.