В настоящее время наиболее привлекательным направлением создания новых энергетических установок являются газотурбинные технологии. Внедрение высокоманевренных газотурбинных установок с высоким коэффициентом полезного действия позволит решить проблемы экономии энергетических ресурсов, регулирования мощности и создания системы экологической безопасности.

Преимущества ГТУ

В мире с использованием газотурбинных установок (ГТУ) вырабатывается более 20% электроэнергии, и эта доля постоянно увеличивается. Электрический КПД современных ГТУ составляет 35-40%. В мощных установках имеется возможность комбинированного, комплексного использования газовых и паровых турбин. Это позволяет существенно повысить эффективность электростанций, увеличить электрический КПД до 60%.

Газотурбинные установки отличаются высокой надежностью. Поставщики современных газовых турбин осуществляют последующий капитальный ремонт узлов без транспортировки на завод-изготовитель, что существенно снижает затраты на обслуживание агрегатов. Преимуществом ГТУ является длительный ресурс: полный – до 150 000 часов, до капитального ремонта – 30 000-60 000 часов.

Вследствие принципиальной простоты цикла и схемы, стоимость газотурбинных установок существенно ниже, чем, например, паровых. Они занимают меньше места, не нуждаются в охлаждении водой, быстро запускаются и изменяют режимы работы. ГТУ легче обслуживать и полностью автоматизировать.

Применяемые в настоящее время ГТУ подразделяются на 3 типа:

1. На базе авиационных реактивных газотурбинных двигателей.

2. На базе газотурбинных двигателей для морского использования.

3. Созданные специально для энергетического использования.

Первый и второй тип ГТУ – легкие установки, отличающиеся простотой обслуживания, меньшими требованиями к инфраструктуре, но также и меньшим ресурсом. Обычно ГТУ на базе авиационных двигателей и двигателей морского применения имеют до 3 независимых валов.

ГТУ третьей категории – это значительно более тяжелые, как правило, одновальные установки. Технические решения таких установок соответствуют принципам, исторически сложившимся в энергетическом машиностроении: тяжелый жесткий вал, подшипники скольжения, лопатки постоянного профиля на основном протяжении проточной части (кроме первых ступеней компрессора и последних ступеней турбины) и т.п. Основным охладителем для рабочих лопаток и лопаток соплового аппарата является воздух.

В диапазоне мощностей от нескольких МВт до 15-20 МВт преобладают установки первого и второго типа, более 100 МВт – третьего.

Украинские производители

Ведущие позиции в производстве газотурбинных энергетических установок в Украине занимают ОАО "Турбоатом" (г.Харьков), ОАО "Мотор Сич" (г.Запорожье), ГП НПКГ "Заря-Машпроект" (г.Николаев). Эти предприятия разрабатывают и производят авиационные газотурбинные двигатели и газотурбинные установки, созданные специально для энергетического использования. Отечественные ГТУ имеют мощность не выше 110 МВт. В наиболее перспективном для парогазовых установок классе мощности – около 200 МВт – ГТУ в Украине не выпускаются.

"Турбоатом" производит газотурбинные установки ГТЭ-45 в двух модификациях: ГТЭ-45-3 и ГТЭ-45-4. Первая модификация предназначена для работы в автономном режиме, с котлом-утилизатором или подогревателем сетевой воды и в составе парогазовой установки с низконапорным парогенератором (ПГУ с НПГ). Вторая – для работы в составе парогазовой установки с высоконапорным парогенератором (ПГУ с ВПГ).

Газотурбинные установки ГТЭ-45 установлены в Молдове (Молдавская ГРЭС) и России (Невинномысская ГРЭС и Якутская ГРЭС), в Украине они не применяются.

По словам генерального конструктора ОАО "Турбоатом" Евгения Левченко, еще в конце 90-х годов для Славянской ГРЭС планировалось реализовать проект газотурбинной установки мощностью 115 МВТ. Были успешно проведены все испытания ГТУ, однако из-за прекращения финансирования проект так и не получил дальнейшего развития.

Технические характеристики ГТЭ-45 (базовый режим/пиковый режим)

Характеристики	ГТЭ-45-3	ГТЭ-45-4
Мощность на клеммах генератора, МВт:
- в автономном режиме	51.8/54.8
- в составе ПГУ с НПГ	51.0
- в составе ПГУ с ВПГ	-	50.8
КПД установки, %	27.7/28	27.7/28
Расход воздуха через компрессор, кг/с	270	270
Степень повышения давления воздуха в компрессоре	7.8	7.8
Начальная температура газов, оС	880/900	880/900
Температура газов за турбиной, оС	475	475
Максимальная мощность ГТУ, МВт	80.3	80.3
Габаритные размеры турбогруппы (мм):
- длина	16300	16300
- ширина	4610	4610
- высота	4630	4630
Время пуска и нагружения, мин	22	22
Ресурс между средними ремонтами, час	12000	12000
Ресурс между капитальными ремонтами, час	25000	25000
Ресурс до списания, час	100000	100000

"Мотор Сич" производит блочно-транспортабельную газотурбинную электростанцию "Мотор Сич ЭГ-1000". Среди основных преимуществ установки – экономичность, работа как в автономном, так и параллельном режимах, высокие экологические показатели.

Предприятие также выпускает установки ПАЭС-2500 и ЭГ-2500T мощностью 2.5 МВт. Они компенсируют недостаток электроэнергии при пиковых нагрузках, работают в режиме резервирования электроэнергии. Установки не требуют больших капитальных затрат при вводе в эксплуатацию, устойчиво работают в автономном режиме, а также параллельно с внешней энергосистемой.

Среди продукции ОАО – газотурбинные электростанции "Мотор Сич ЭГ-6000, ЭГ-8000" блочно-транспортабельного исполнения. Работают в диапазоне температур от -50°С до +45°С на газообразном или жидком топливе в автономном и параллельном режимах.

"Мотор Сич ЭГ-1000" была установлена в 2003 г. на Солоховском производственном предприятии подземного хранения газа УМГ "Киевтрансгаз" и успешно эксплуатируется до настоящего времени. Более мощные установки в Украине не используются, они поставляются в основном в Россию и страны дальнего зарубежья.

Как отметил ведущий инженер ОАО "Мотор Сич" Сергей Герасименко, производство ГТУ базируется на приводах, которые выпускает предприятие, а закупать более мощные – достаточно дорого. По его мнению, мощные ГТУ в Украине сегодня не найдут своего практического применения, т.к. энергетика страны базируется на развитии атомных электростанций.

Технические характеристики газотурбинных электростанций ОАО "Мотор Сич"

Характеристики	ЭГ-1000	ПАЭС-2500	ЭГ-2500Т	ЭГ-6000	ЭГ-8000
Мощность, кВт:
- номинальная	1000	2500	2500	6080	7830
- максимальная	1100	2750	2750	7200	7830
Ток	переменный, трехфазный	переменный, трехфазный	переменный, трехфазный	переменный, трехфазный	переменный, трехфазный
Напряжение, В	400	6300, 10500 (13800)	6300 (13800)	6300, 10500 (13800)	6300, 10500 (13800)
Частота, Гц	50	50 (60)	50 (60)	50 (60)	50 (60)
Топливо	природный газ	жидкое или газообразное	жидкое или газообразное	газообразное (природный или нефтяной газ)	газообразное (природный или нефтяной газ)
Эффективный КПД двигателя при номинальной нагрузке, %	25	24	24	31	32.5
Масса, кг	30000	28500	34500	75000	80000

"Заря-Машпроект" производит газотурбинные установки мощностью от 2.5 до 110 МВт, поставляя продукцию в Россию, Беларусь, Индию, Китай, Вьетнам, Сингапур, Южную Корею, Иран и др. страны. Одно из направлений деятельности – выпуск промышленных газотурбинных установок простого цикла. Такие установки состоят из газотурбинного двигателя и электрогенератора (для использования в энергетике) или нагнетателя (для использования на компрессорных станциях).

В Украине установлено и эксплуатируется около 400 ГТУ, выпускаемых "Заря-Машпроект", в основном на компрессорных станциях "Укртрансгаза".

К сожалению, опытно-промышленная эксплуатация самой мощной электростанции с двигателем UGT 110000 в поселке Каборга Николаевской обл. проработала совсем недолго и была выведена из эксплуатации. По словам специалистов отдела рекламы предприятия, позже заказов от украинских потребителей на аналогичные мощные установки не поступало.

Технические характеристики ГТУ "Заря-Машпроект"

Тип установки	Мощность, кBт	КПД (ISO), %	Расход топлива		Выхлопные газы
			газа, м3/ч	жидкого, кг/ч	расход, кг/с	температура, °С
UGT 2500	2850	28.5	1010	840	14.5	440
UGT 6000	6700	31.5	2130	1790	31.5	420
UGT 6000+	8300	33.0	2520	2120	33.4	442
UGT 10000	10780	36.0	3000	2520	37.2	458
UGT 16000	16300	31.0	5260	5530	98.5	354
UGT 15000	17500	35.0	5020	4215	72.0	414
UGT 15000+	20000	36.0	5560	4680	71.0	454
UGT 25000	26700	36.5	7330	6170	89.80	465
UGT 110000	114500	36.0	31960	26820	385	520

Мировой рынок

За рубежом газотурбинные энергетические установки выпускают более 40 компаний. Большинство из них производит продукцию по лицензиям лидеров рынка – АBB, Siemens, General Electric.

В последние десятилетия резко возросла мощность ГТУ – до 300 МВт. КПД при производстве электрической энергии достигает 36-38%, а в многовальных ГТУ, созданных на базе авиационных двигателей с высокими степенями повышения давления, КПД может достигать 40%.

На сегодняшний день самую мощную и эффективную энергетическую газовую турбину в мире производит Siemens. Мощность турбины SGT5-8000H в открытом цикле – 375 МВт, электрический КПД – 39%. В комбинированном цикле (парогазовая установка SCC-8000H) мощность составляет свыше 570 МВт, КПД – более 60%.

В настоящее время аналогичные комбинированные заводы по производству электроэнергии имеют КПД 58%. Повышение КПД на два процента сокращает выбросы углекислого газа в атмосферу в объеме 40 000 т. Это соответствует суммарному выбросу углекислого газа 10 000 автомобилей среднего класса при среднегодовом пробеге каждого в 20 000 км.

SGT5-8000H – это синтез тяжелого сталелитейного производства и новейших технологий. Приблизительно 95% турбины выполнено из стали. Ее части, в общей сложности около 7 тыс, подогнаны друг к другу с точностью часового механизма, а крепление камеры сгорания является технической новинкой в отрасли.

Новая турбина обладает еще целым рядом инноваций, особенно в области охлаждения лопастей турбины, испытывающих на себе воздействие высоких температур (до 1500 °C). Именно высокоэффективное охлаждение турбины положительно влияет на ее быстрый запуск. Этот фактор становится все более важным в настоящее время, когда газовые турбины применяются, как вспомогательные системы на ветроэлектростанциях.

Технические характеристики SGT5-8000H

Электрическая мощность брутто, МВт	375
КПД брутто, %	40
Отношение давлений	19.2
Температура отработанных газов, °C/°F	625/1.157
Массовый расход отработанных газов, кг/с	820
Выбросы газовой турбины
NOx, ppm	25
CO, ppm	10
Физические размеры газовой турбины
Вес, т	440
Длина, м	13.2
Высота, м	5
Ширина, м	5.5