15.10.2019 Журнал Интер РАО «Энергия без границ», №4 (57) https://www.interrao.ru/upload/iblock/e7f/Inter_RAO_04_2019_FIN.pdf
В России продолжается отбор участников в программу ДПМ-2, которая предусматривает модернизацию более 40 ГВт мощности по всей стране. Для производителей энергооборудования запуск новой программы ДПМ станет настоящим челленджем. Российская энергомашиностроительная компания «Силовые машины» уже реализует целый ряд проектов, позволяющий обеспечить отечественную энергетику надёжными и экономичными агрегатами.
ВТОРОЙ ПОТОК ДПМ
На сегодняшний день в энергетической отрасли средний возраст оборудования составляет 34 года, 30% генерирующих мощностей работают более 45 лет. Для сравнения: в Германии электростанции моложе российских примерно на 11 лет, в Китае – на 23 года. Турбины многих электростанций в РФ уже выработали свой ресурс. Например, на Автовской ТЭЦ в Санкт-Петербурге их наработка уже достигла 270 тысяч часов при парковом ресурсе в 220 тысяч часов. Однако электростанция по-прежнему обеспечивает светом и теплом свыше миллиона человек и множество предприятий. По данным Института энергетических исследований РАН, ещё в 2014 году более 90 ГВт паротурбинных блоков выработали парковый ресурс. Дальнейшая модернизация жизненно необходима отрасли: без неё более половины мощностей Единой энергетической системы России переступят 50-летний порог работы уже к 2029 году.
В январе 2019 года правительство России одобрило программу ДПМ-штрих, или ДПМ-2. Её ключевая цель – модернизация старых тепловых генерирующих мощностей ради снижения операционных затрат и повышения эффективности. Кроме продления ресурса, а также увеличения экономической и экологической эффективности генерации перед участниками программы стоит другая важная задача: не допустить роста стоимости электроэнергии для конечного потребителя выше инфляции. Также от инвесторов требуется локализация оборудования на уровне до 100% – для того, чтобы простимулировать отечественных производителей, снизить зависимость от импорта и застраховаться от санкционных рисков.
Ожидается, что модернизация продлит срок работы отечественных электростанций на 15–20 лет. По оценке главы Минэнерго Александра НОВАКА, программа ДПМ-2 позволит привлечь в отрасль частные инвестиции объёмом в 1,9 трлн рублей в течение 10 лет. В конечном счёте благодаря программе удастся модернизировать 41 ГВт старой тепловой мощности, включая электростанции на Дальнем Востоке.
Программа ДПМ-2 будет действовать 16 лет, до 2035 года.
ДВА ПУТИ МОДЕРНИЗАЦИИ И НОВЫЕ РЕШЕНИЯ
Старт программы ДПМ-штрих, или ДПМ-2, стал в хорошем смысле вызовом для производителей современного энергетического оборудования. Принятые документы предполагают, что в рамках второго потока ДПМ возможны два основных варианта модернизации генерирующих мощностей.
– Первый – сохранение существующего паросилового цикла, что продлевает ресурс и срок службы оборудования, но не даёт существенного скачка в технико-экономических характеристиках генерирующих объектов. Второй вариант – надстройка паросилового цикла газотурбинными установками, что по характеристикам сопоставимо с современными парогазовыми блоками с газовыми турбинами. В обоих случаях «Силовые машины», имея большой научно-технический потенциал, серьёзную кооперацию с институтами Академии наук и отраслевыми НИИ, а также мощную конструкторско-технологическую базу, готовы предложить комплексные решения, – говорит генеральный конструктор ПАО «Силовые машины» Александр ИВАНОВСКИЙ.
На текущий момент компания накопила внушительный опыт и компетенции по реконструкции паросиловой части. Уже реализованы проекты по модернизации флагманских продуктов – турбин К-200 и К-300 производства Ленинградского металлического завода – с повышением КПД, мощности и срока службы. В настоящий момент разрабатывается проект модернизации турбины К-800-240 с использованием современных, но уже проверенных технических решений. Ожидается, что программа ДПМ-штрих охватит также теплофикационные энергоблоки, поэтому «Силовые машины» также разрабатывают проекты модернизации теплофикационных турбин.
Важно, что компания работает над проектами по модернизации не только собственного оборудования, но и агрегатов сторонних производителей. Например, реализуется проект по реконструкции теплофикационных турбин Т-100-130. С учётом естественного износа оборудования требуется глубокая модернизация с заменой проточных частей. В свою очередь, «Силовые машины» создали для турбин типа Т-100 несколько новых решений. Так, за счёт современного реактивного облопачивания удалось повысить КПД турбины на 10%. В основу разработки проекта по модернизации были положены принципы экономичности и оптимального использования существующего оборудования. В частности, создатели обновлённой версии решили сохранить фундамент турбоагрегата и вспомогательное оборудование, пригодное для дальнейшей эксплуатации.
Модернизация предусматривает замену основных узлов турбины, в том числе полную замену изношенной проточной части цилиндра высокого давления. Гидромеханическая система регулирования полностью реконструируется в современную электрогидравлическую систему автоматического регулирования и защиты. Это обеспечивает надёжность и высокую манёвренность работы оборудования, снижает общую нечувствительность системы регулирования скорости.
Одновременно в активе компании есть несколько проектов по созданию новых высокотехнологичных агрегатов, отвечающих запросам энергетиков. Таких, например, как турбина типа К-660-26,5 на суперсверхкритические параметры пара. Агрегат мощностью 660 МВт имеет оптимальную металлоёмкость, затраты на строительство и эксплуатацию этой машины ощутимо ниже, чем у многих аналогов, а эффективность и КПД на уровне более 48,5% полностью отвечают требованиям энергорынка. Основные технические решения, применённые в этой турбине, планируется использовать при создании серии агрегатов мощностью от 500 до 1200 МВт, также рассчитанных на суперсверхкритические параметры пара.
Реализуется проект создания системы диагностики основного оборудования, а также дальнейшего создания условий для перевода основного оборудования, произведённого «Силовыми машинами», на модель ремонтов по состоянию. Первый такой проект будет реализован в 2020 году. Некоторые собственные разработки компании хорошо показали себя на рынке ещё в период реализации первого этапа ДПМ.
Второй сценарий – оснащение существующей генерации парогазовыми агрегатами – предусматривает более сложный с технической точки зрения процесс, чем обычная модернизация или замена паросиловых блоков на новые. Однако такой подход даёт возможность довести действующие мощности до уровня современных мировых аналогов ПГУ.
Разработку паровых турбин для парогазовых установок «Силовые машины» запустили в рамках программы ДПМ-1. В результате к сегодняшнему дню компания сформировала широкую линейку агрегатов мощностью до 170 МВт. Флагманский продукт – трёхконтурная паровая турбина мощностью 130 МВт с параметрами пара перед турбиной 565 градусов, предназначенная для работы в составе ПГУ с машиной ГТУ F-класса.
Кроме того, несколько перспективных проектов сейчас находятся в стадии проработки: компания готовит целый ряд решений, позволяющий перевести паровые турбины мощностью от 60 до 300 МВт в цикл ПГУ.
ВОЗРОЖДЕНИЕ ГАЗОВЫХ ТУРБИН
Параллельно «Силовые машины» работают над проектом по созданию отечественных газовых турбин средней и большой мощности. Разработке собственных машин предшествовал накопленный опыт заводов компании. К примеру, первую газовую турбину мощностью 100 МВт сделали на ЛМЗ в 60-е годы, позже была выпущена турбина ГТЭ‑150. Обе машины полностью соответствовали тогдашнему уровню развития машиностроения. Этот задел, к сожалению, оказался утрачен в перестроечный период. Эта область энергомашиностроения в мире стала настолько технологичной, настолько далеко ушла, что в 90-е годы более простым способом её восстановления было приобретение права пользования интеллектуальной собственностью и локализация производства в России. В итоге в 90-х в партнёрстве с Siemens ЛМЗ создал совместное предприятие «Интертурбо». Производство оборудования было размещено на мощностях ЛМЗ и достигало 50% локализации. В составе «Интертурбо» компания получила опыт по производству компонентов газовых турбин.
В недалёком прошлом «Силовые машины» самостоятельно, уже не в рамках совместного предприятия, реализовали проект разработки и производства газовой турбины ГТЭ-65 мощностью 65 МВт. Машина прошла полный цикл холодных испытаний, дошла до так называемых тестов full speed, no load.
Сейчас при поддержке Минпромторга России в «Силовых машинах» реализуется проект НИОКР в рамках создания производства газовых турбин большой мощности, находящихся в диапазоне 60–80 МВт и 150–180 МВт, с коэффициентом полезного действия не менее 35% в простом цикле. В том числе в кратчайшие сроки создано специальное конструкторское бюро газотурбинных установок, включая лабораторию газовых турбин и испытательную станцию камер сгорания, а также технологическое подразделение. Разработан проект дооснащения производства, осуществляется его реализация.
Благодаря этой работе «Силовые машины» смогут в краткосрочной перспективе предложить рынку две полностью российские газовые турбины – 65 МВт и 170 МВт. Первые образцы ГТЭ-170 будут запущены в опытно-промышленную эксплуатацию в 2022–2023 годах, а ГТЭ-65 – с 2024-го. Возрожденное КБ сейчас занимается и другими перспективными проектами. Например, идёт проработка использования турбины ГТЭ-65 для привода компрессоров смешанного хладагента для заводов сжиженного природного газа. Впоследствии возможна разработка ГТУ 300-400 МВт F- или H-класса на 3000 об/мин.
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ НА СЛУЖБЕ КБ
Сегодня компания не только активно развивает свою продуктовую линейку, но и подходы к созданию и производству машин.
– Возможности современных расчётных программ и вычислительных комплексов позволяют нам непрерывно совершенствовать элементы выпускаемого оборудования. Мы оптимизируем новые проекты турбин, генераторов и котлов с применением метода конечных элементов, решаем сопряжённые задачи прочности и применяем их решения на практике, – отмечает генеральный конструктор «Силовых машин». При проектировании и подготовке конструкторской документации используются новейшие методы, прежде всего технология электронного макета.
Изготовление турбин начинается с концептуальной проработки с помощью метода нисходящего проектирования. На выходе получается электронный макет законченной конструкции с большим количеством деталей и сборочных единиц. Концепт турбины помещается на самый высокий уровень структуры проекта, и информация о ней распределяется вниз. В итоге доступ к большей части значимой концептуальной информации получает любой конструктор из проектной команды. Основные преимущества такого подхода – возможность быстрого изменения концепта, а также экономия времени на корректировку. Кроме того, исключаются коллизии в конструкторских документах.
При создании электронных макетов изделий «Силовые машины» пользуются концепцией PLM, или Product Lifecycle Management, – управление жизненным циклом продукта. С её помощью формируется электронная база данных по конкретной турбине на протяжении всего цикла её производства. База содержит всю необходимую информацию: полный электронный макет турбины, электронные модели деталей и сборок, конструкторскую, технологическую и эксплуатационную документацию, результаты инженерных расчётов и многое другое. PLM-платформа также используется для управления проектом и его мониторинга.
Продвинутый инструментарий позволяет создать единую среду проектирования, что не только удобно для конструкторов, но и в целом очень эффективно при производстве сложных высокотехнологичных устройств. Это позволяет вести многие процессы параллельно: раньше они осуществлялись последовательно и поэтому занимали больше времени.
Процесс электронного проектирования подразумевает, что одна и та же модель элемента турбины используется конструктором при проектировании, технологом – при написании программ для станков ЧПУ, проектировании оснастки, контроле в процессе изготовления. Возможности среды Teamcenter/NX позволяют постоянно совершенствовать элементы выпускаемой «Силовыми машинами» продукции.
– Таким образом, для реализации программы ДПМ-штрих «Силовые машины» готовы стать надёжным партнёром генерирующих компаний как в части поставки энергетического оборудования, так и в разработке комплексных решений с проведением необходимых обследований и расчётов, – заключает Александр Ивановский.