«Из отдельных проектов может появиться новая отрасль»

Российские промышленные компании все чаще переходят от централизованной к собственной энергетике. Но после ухода иностранных поставщиков доступ к необходимым категориям генерации сильно осложнен. О том, как в покрытии дефицита оборудования помогают энергоустановки на базе конвертированных авиационных двигателей, могут ли они составить отдельный энергетический сегмент и как меняется спрос на малую энергетику, «Ъ-Review» рассказал директор по науке и технология ООО «ПКФ ТСК», доктор технических наук Александр Сундуков.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— В каком состоянии находится рынок газотурбинных установок в России спустя три года после ухода импортных поставщиков?

— После 2022 года возникло сразу несколько проблем: прекратились или существенно осложнились поставки нового иностранного оборудования, сервис уже установленного оборудования, поставки запасных частей и отдельных комплектующих. Один из ключевых игроков на этом рынке — Siemens Energy — вышел из российского газотурбинного бизнеса, также основную деятельность в России приостановила компания GE. Для энергетики это особенно чувствительно, поскольку газовая турбина эксплуатируется десятилетиями и вопрос сервиса зачастую не менее важен, чем первоначальная поставка оборудования.

За прошедшие годы рынок серьезно перестроился. Россия значительно продвинулась в локализации газотурбинных технологий, в том числе большой мощности. Одновременно стало гораздо больше внимания уделяться распределенной энергетике. Сегодня отечественная промышленность предлагает газотурбинные решения в диапазоне от единиц до десятков мегаватт. В частности, ОДК располагает линейкой установок мощностью 2,5–25 МВт.

Но в сегменте малой и средней распределенной генерации проблема остается. Рынку нужны не просто отдельные двигатели, а серийные, локализованные энергокомплексы, которые можно быстро произвести, доставить на площадку, запустить и затем обслуживать внутри страны.

Особенно это касается диапазона мощности от 1 до 10 МВт. То есть дефицит в энергетике сегодня существует не столько в мегаваттах, сколько в доступных, серийных и полностью обслуживаемых внутри России решениях.

— Снижает ли применение авиационных двигателей в наземной энергетике зависимость от импортных поставок?

— Да, и очень существенно. Прежде всего потому, что самый технологически сложный элемент газотурбинной электростанции — газотурбинный двигатель — у нас уже существует. Вместо того чтобы начинать с чистого листа и заново проходить весь цикл разработки, мы используем платформу, которая уже прошла десятилетия эксплуатации.

Установки мощностью в несколько мегаватт могут заместить значительную часть того оборудования, которое исторически поставлялось зарубежными производителями промышленной газотурбинной техники. Речь может идти о нишах оборудования Siemens Energy, Solar Turbines, GE и других производителей. Но я не стал бы говорить о прямой замене конкретной модели иностранной турбины один в один. В энергетике оборудование подбирается не только по мощности. Есть КПД, температура окружающей среды, вид и давление топлива, высота площадки, режим работы, требования к резервированию и множество других параметров.

Главное преимущество авиационно-производного решения — высокая удельная мощность, компактность, огромный накопленный опыт эксплуатации двигателя и возможность относительно быстро организовать производство энергокомплекса.

При этом есть и обратная сторона. Авиационный двигатель создавался под совершенно другой режим эксплуатации. В самолете один цикл работы, а в энергетике установка должна работать тысячи часов практически непрерывно. Поэтому серьезной инженерной задачей становится именно адаптация двигателя к базовой наземной нагрузке.

То есть мы не берем двигатель с самолета и «прикручиваем» к нему генератор. Фактически вокруг проверенного газогенератора создается новая энергетическая машина.

— Какие принципиальные отличия в процессах адаптации судовых и авиационных двигателей для сухопутной генерации?

— С точки зрения общей инженерной логики процессы похожи: в обоих случаях существующий газотурбинный двигатель адаптируется к другому объекту применения.

Но условия эксплуатации разные. Судовой двигатель уже рассчитан на длительное создание мощности на валу, поэтому в отдельных аспектах его адаптация может быть проще. При этом для морской техники характерны собственные требования — солевой туман, повышенная влажность, морская коррозия, особенности охлаждения, судового топлива, редукторов и систем управления.

У авиационного двигателя другая специфика. Его ключевые достоинства — минимальная масса, компактность, высокий уровень форсирования и очень высокая удельная мощность. При переходе на землю ограничения по массе становятся гораздо менее значимыми, зато возникают новые требования к ресурсу, экономичности и непрерывности работы.

— Как проходила разработка проекта ГТЭС-2500? Есть ли в России достаточная научная и практическая база для развития этого направления?

— Мы исходили из логики, что в стране существует огромная инженерная база, накопленная советским и российским авиационным двигателестроением. Есть двигатели с хорошо изученной конструкцией, понятной статистикой эксплуатации, ремонтными технологиями и запасом надежности. При этом часть этих двигателей выводится из авиационной эксплуатации, хотя сама конструкция и значительная часть агрегатов после соответствующего восстановления способны работать дальше уже в совершенно других условиях.

На этом основании мы начали формировать полноценный энергетический комплекс мощностью 2,5 МВт. Это сам двигатель, система его адаптации к длительной наземной эксплуатации, редуктор, генератор, системы топливоподачи, автоматика, электротехническая часть, системы контроля и защиты, воздухоподготовка, выхлоп, контейнерное или блочно-модульное исполнение.

Причем мы сознательно рассматриваем эту работу не как проект одного предприятия. К ней привлекается научная школа МГТУ имени Н. Э. Баумана и Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева, мы взаимодействуем с Российской академией наук, а также с профильными предприятиями и производителями компонентов. Я считаю, что в России одни из самых высоких компетенций в этой области.

И самое важное — Россия в этой области совершенно точно не начинает с нуля. Авиационно-производные газовые турбины десятилетиями применяются в отечественном ТЭК. По данным ОДК, суммарная наработка соответствующих установок пермской школы на объектах ТЭК уже превышает 50 млн часов.

То есть научная и практическая база у нас есть. Сейчас задача заключается в другом — объединить существующие компетенции, стандартизировать решения и перевести отдельные инженерные проекты в промышленную серию.

Организациями—участниками проекта сформирован значительный научно-технический задел: в рамках разработки технологий конверсии авиационных газотурбинных двигателей и создания ГТЭС получено более 30 патентов.

Именно поэтому мы выступаем за создание национального центра компетенций по конвертации авиационных газотурбинных двигателей для энергетики. Необходимо собрать в одном контуре двигателистов, энергетиков, научные организации, ремонтные предприятия, производителей генераторов, редукторов и систем управления. Тогда из отдельных проектов может появиться полноценная новая отрасль.

— Почему в основу процесса перевода в наземную энергетику был выбран авиационный двигатель АИ-20? В чем его преимущества?

— АИ-20 — один из наиболее удачных и массовых турбовинтовых двигателей своего поколения. Он создавался еще в советской школе двигателестроения и эксплуатировался на Ан-12, Ил-18, Ил-38 и других самолетах.

Для нас важны несколько его особенностей. Во-первых, это хорошо изученная конструкция с очень большой статистикой эксплуатации. Во-вторых, двигатель отличается высоким запасом газодинамической устойчивости, надежностью и сравнительно простой конструкцией. В-третьих, и это принципиальный момент, использование АИ-20 в наземной энергетике само по себе не является экспериментом. Существовали наземные газовые модификации АИ-20 для электростанций мощностью 2,5 МВт, рассчитанные в том числе на работу на природном и попутном нефтяном газе.

По открытым историческим данным, было изготовлено порядка 14 тыс. двигателей этого семейства. Разумеется, это не означает, что весь этот объем сегодня существует или может быть использован в энергетике. Каждый конкретный двигатель требует проверки происхождения, технического состояния и остаточного ресурса. Но сама масштабность производства показывает, насколько хорошо была освоена эта платформа.

Для проекта ГТЭС-2500 мы фактически берем проверенную основу и создаем вокруг нее современную российскую энергетическую установку.

Применение технологий конвертации авиационных газотурбинных двигателей позволит в кратчайшие сроки развернуть серийное производство электростанций для покрытия локального дефицита электрической мощности в диапазоне от 1 до 10 МВт. ГТЭС2500 на базе двигателя АИ20 является практическим примером такого подхода и по уровню капитальных затрат имеет существенное преимущество перед сопоставимыми новыми российскими и зарубежными решениями.

— Какой технологический процесс проходит двигатель от снятия с самолета до запуска в качестве основы для энергокомплекса?

— Первым этапом является идентификация двигателя и анализ всей его эксплуатационной истории. Затем проводится разборка, дефектация основных деталей и узлов, контроль критических элементов, оценка фактического технического состояния.

После этого двигатель проходит восстановление и необходимый ремонт. Меняются или восстанавливаются элементы, которые не соответствуют требованиям дальнейшей эксплуатации.

Следующий большой этап — собственно конвертация. Из двигателя удаляются или изменяются системы, необходимые только для авиационного применения, адаптируется топливная система, создается наземная система запуска и управления, формируется система автоматики и защиты.

Отдельный вопрос — отбор мощности и передача ее на электрический генератор. Для ГТЭС-2500 мы рассматриваем решение с отдельным редукторным контуром, поскольку нам необходимо обеспечить не только требуемые обороты генератора, но и максимальный ресурс силовой установки.

После этого двигатель проходит стендовые испытания, а уже затем интегрируется в энергоблок и испытывается в составе всей станции на различных нагрузках.

Наша задача — получить не двигатель с каким-то «остаточным авиационным ресурсом», а энергетическую машину с собственным установленным наземным ресурсом.

— Сколько может проработать конвертированный двигатель на земле?

— На текущем этапе для ГТЭС2500 принимается межремонтный ресурс эксплуатации до 10 тыс. часов, назначенный ресурс — до 100 тыс. часов.

Целевой показатель развития проекта — увеличение межремонтного ресурса до 30 тыс. часов. Его достижение требует не формального продления существующего авиационного ресурса, а проведения отдельной программы модернизации и ресурсного подтверждения энергетической установки. Именно определение и подтверждение такого ресурса должно стать одной из центральных научных задач проекта.

— Насколько применение авиационных газотурбинных двигателей в наземных энергетических системах сокращает сроки ввода новых объектов генерации?

— Сокращение сроков — одно из ключевых преимуществ. Самая сложная и продолжительная стадия создания любой газотурбинной установки — разработка и доводка самого двигателя. Это годы работы конструкторского бюро, производство опытных образцов, испытания, исправление выявленных проблем и подготовка серийного производства. При конверсии значительная часть этого пути уже пройдена.

Дальше возникает еще одно преимущество — модульность. Газотурбинная электростанция небольшой мощности может быть изготовлена в заводских условиях в высокой степени готовности. На площадке остается подготовить основание, газовую и электрическую инфраструктуру, после чего блоки монтируются и вводятся последовательно.

То есть энергетический объект можно наращивать вместе с ростом нагрузки потребителя. Это особенно важно для ЦОДов, нефтегазовых проектов, новых промышленных площадок. Если предприятию сегодня требуется 5 МВт, а через год будет необходимо 15 МВт, необязательно сразу строить электростанцию на 15 МВт. Можно вводить генерацию поэтапно.

Поэтому я считаю, что распределенная генерация должна перестать восприниматься исключительно как резервная энергетика. Сегодня это полноценный инструмент быстрого промышленного развития.

— Растет ли спрос на малую генерацию? Для каких объектов наиболее востребована линейка энергетического оборудования мощностью 1–10 МВт?

— Безусловно, растет. Причина достаточно простая — промышленность сегодня развивается быстрее, чем во многих районах может развиваться сетевая инфраструктура. Системный оператор прогнозировал к 2030 году увеличение максимума потребления мощности в ЕЭС России примерно на 18 ГВт относительно 2023 года. Среди факторов роста отдельно называются новые инвестиционные проекты, ЦОДы и другие крупные потребители.

Для инвестора главный вопрос зачастую уже не стоимость киловатт-часа сама по себе, а возможность вообще получить необходимую мощность в нужной точке и в нужный срок.

В диапазоне 1–10 МВт мы видим несколько основных категорий заказчиков. Это нефтегазовые месторождения, в том числе использующие попутный нефтяной газ. Это центры обработки данных, горнодобывающие предприятия, удаленные населенные пункты и объекты на Севере и Дальнем Востоке. Это новые промышленные предприятия, технопарки и особые экономические зоны, где подключение к сетям требует значительных затрат или продолжительного строительства сетевой инфраструктуры.

Еще одно перспективное направление — когенерация, когда вместе с электроэнергией используется тепло выхлопных газов. Тогда эффективность использования топлива существенно возрастает.

Сегодня мы сами видим, как меняется отношение заказчиков. Раньше собственную генерацию часто рассматривали только как резерв. Сейчас она все чаще рассматривается как модель, при которой энергоцентр становится основным источником энергоснабжения предприятия.

— До каких объемов возможно масштабировать процесс конвертации авиационных двигателей?

— В стране существует огромный парк газотурбинных авиационных двигателей различных типов. Часть этих платформ может быть адаптирована для энергетического применения. В результате может появиться целая линейка энергетических установок примерно от 1 МВт и выше.

У нашего предприятия уже есть опыт работы с мощностями 1,25 МВт, 2,5 МВт, 6 МВт. А дальше появляется возможность объединять отдельные установки в модульные энергоцентры на 10 МВт, 20 МВт, 30 МВт и выше.

И здесь крайне важный момент: масштабирование определяется не историческим количеством произведенных двигателей. Необходимо понимать, сколько двигателей конкретного типа реально доступно, каково их техническое состояние, существует ли необходимая ремонтная база, можно ли обеспечить серийное производство редукторов, генераторов, систем автоматики и других компонентов.

Именно поэтому нужна государственная инвентаризация потенциального двигательного фонда и единая программа конверсии. Если эту работу провести системно, речь может идти уже не о десятках экспериментальных электростанций, а о полноценном сегменте российской распределенной энергетики.

— Необходимы ли меры поддержки для развития этого направления? И какие механизмы были бы наиболее эффективными?

— Поддержка необходима, но я бы не сводил ее только к субсидиям. Главное, что необходимо новой технологии,— возможность пройти путь от опытного образца до серии.

Первое — финансирование НИОКР и испытаний. Нам необходимо научно подтвердить ресурс, режимы эксплуатации, характеристики и безопасность конвертированного двигателя.

Второе — пилотные проекты. Можно бесконечно обсуждать технологию на совещаниях, но отрасль появляется только тогда, когда первая, вторая, десятая установка отрабатывают тысячи часов у реального потребителя.

Третье — доступное инвестиционное и оборотное финансирование. Производитель энергетического оборудования должен заранее закупать генераторы, редукторы, автоматику и другие дорогостоящие комплектующие.

— Видите ли вы экспортный потенциал для своей продукции?

— Мы уже поставляем свои разработки в Казахстан, занимаемся там, а также в Узбекистане ремонтом станций и самих двигателей. Это на сегодняшний день актуальная и перспективная работа для увеличения в будущем наших производственных мощностей и потенциала. Также мы представляли нашу станцию на выставке в Дубае год назад и видели заинтересованность со стороны ближневосточных потребителей.