Судовой газотурбинный двигатель: ОДК делает ставку на море

– Сергей Эдуардович, морские ГТД широко применялись ранее в качестве приводов винтов электротурбогенераторов для широкой линейки судов. Можно ли сейчас говорить о возвращении к этой практике?

– В рамках Объединенной двигателестроительной корпорации проведена огромная работа по созданию современных двигателей. Сегодня можно сказать, что мы обладаем всеми возможностями по оснащению гражданских судов современными морскими ГТД. ОДК имеет линейку двигателей, которые можно использовать на электроходах – как для привода винтов, так и для привода генераторов.

Компания "ОДК Инжиниринг", сконцентрировав на себе разработку и реализацию газотурбинного энергетического оборудования на базе морских ГТД, занимается приводами генераторов. 

Для этого мы используем двигатель Е70/8РД мощностью 8 МВт. Уникальность его в том, что он может работать на двух видах топлива и способен переходить с одного вида топлива на другой без останова. Мы видим перспективу запуска в серийное производство новых газотурбинных энергетических и газоперекачивающих агрегатов на основе Е70/8РД. Это связано с возросшим спросом на отечественное энергетическое газотурбинное оборудование морского применения. Сегодня уже есть потенциальные заказчики на газотурбинные установки на базе Е70/8РД.

На основе Е70/8РД также создан двухтопливный судовой газотурбоэлектрогенератор СГТГ-8, который специально разработан для применения в морских условиях.

Второй морской двигатель – М90ФР мощностью 16 МВт. Он разработан для привода винтов и работает на дизельном топливе. Планируется использовать М90ФР в составе энергоустановки в качестве привода генератора. Для этого необходимо обеспечить возможность работы на двух видах топлива. Это требование рынка, так как основное топливо на шельфовых проектах – газ, а дизель применяется в качестве резервного.

– Линейка наземных ГТД производства предприятий ОДК достаточно широкая. Почему морские двигатели являются менее распространенными? Что делает их уникальными и отличными от ГТД наземного исполнения?

– Двигатели, предназначенные для моря, должны соответствовать требованиям Российского морского регистра судоходства (РМРС). Двигатели Е70/8РД и М90ФР этим требованиям соответствуют как поэлементно, так и в составе установки в целом. Каковы основные требования Морского регистра? Прежде всего это устойчивость материалов к агрессивным условиям среды. Кроме того, большое внимание уделяется прочностным характеристикам элементов, выдвигаются особые требования к пожаро- и взрывобезопасности. В целом к морским ГТД применимы те же требования, что и к судам, где надежность каждого элемента влияет на живучесть судна или морского объекта.

– Если говорить о применении двигателей ОДК в составе судовых силовых установок, насколько высок интерес к ним со стороны рынка сегодня?

– Интерес к нашей продукции высокий. Недавно мы получили запрос на технико-экономическое обоснование энергоустановки для СПГ-танкеров ледового класса. Мы предложили использовать двигатель М90ФР в составе энергоустановки как альтернативу газопоршневым машинам.

– Применение газопоршневых машин более традиционно. Существует стереотип, что у турбин невысокий ресурс, особенно при повышенных режимах работы.

– Более логично рассматривать не ресурс, а жизненный цикл установки в целом. И для "наземки", и для судового применения ресурс составляет 25 000 часов до капитального ремонта, полный ресурс – 100 000 часов. Преимущество газотурбинных двигателей производства ОДК – возможность капитального ремонта на предприятии-изготовителе, включая комплекс предоставляемых услуг. Мы не просто продаем установки, мы предлагаем сервисные решения вплоть до предоставления подменных двигателей на время ремонта и контрактов жизненного цикла. Это более гибкая схема взаимодействия с заказчиком.

Ряд преимуществ ГТД обусловлен самой конструкцией. Замена этих двигателей производится намного проще, чем замена поршневой машины. К тому же масса газотурбинного двигателя многократно меньше: 8-мегаваттная турбина весит порядка пяти тонн, газопоршневой двигатель аналогичной мощности – 60 тонн. Газотурбинная установка имеет систему выкатки, выгрузки и т.д. В то время как газопоршневой двигатель в силу своего веса такой системы в принципе иметь не может. На судне либо на морском объекте для замены турбины предусматриваются соответствующие грузовые проемы. Сама по себе операция по замене занимает сутки, плюс пусконаладка – это еще около трех суток. Сравните это с заменой поршневого двигателя, где обычно требуется выгрузка через палубу или проемы в бортах, а наладка новой машины занимает значительно больше времени.

– А если говорить об эффективности и экономике? В гражданском судостроении это важнейший параметр.

– В контексте топливной эффективности поршневая машина действительно выглядит предпочтительнее. Однако если рассматривать весь жизненный цикл, картина меняется. Скажем, в классе мощности от 2 до 6 МВт, где КПД двигателя 23-24%, в первые годы эксплуатации газотурбинное оборудование по экономическим показателям уступает газопоршневому, однако на рубеже шести-десяти лет расходы выравниваются. Если же взять более современный двигатель, где КПД уже 32-33%, то на рубеже шести-десяти лет эксплуатации газотурбинное оборудование уже выигрывает у "поршневиков" по экономике. Иными словами, в судовой тематике на экономическую составляющую необходимо смотреть более комплексно.

Стоит также отметить особенности использования поршневых машин. Во-первых, очень большое количество регламентных работ. У газотурбинного оборудования в цикле до капитального ремонта их значительно меньше. В поршневых машинах часто приходится что-либо заменять, перебирать, ревизовать, то есть практически останавливать. А это означает потери в генерации и затраты на материальную часть.

Применение парогазового цикла с целью повышения КПД газотурбинного оборудования – это очень эффективное решение...

Второй момент. У поршневых машин конструктивно заложен очень высокий расход масла. Причем речь идет о дорогом синтетическом масле, зачастую импортного производства. Добавлю, что в ряде случаев применение морских ГТД выглядит более оправданным с точки зрения эффективности. Например, если они работают в режиме парогазовой установки. В качестве примера можно вспомнить советский проект – газотурбоход "Капитан Смирнов", в котором использовалась парогазовая установка (ПГУ) с повышенным КПД. Применение парогазового цикла с целью повышения КПД – очень эффективное решение.

– Насколько парогазовая установка повышает КПД системы?

– Важно отметить, что парогазовая установка повышает КПД системы примерно на 25-30%. У современных установок, которые стоят на суше, КПД начинается от 52%. У поршневых машин он меньше. При этом классическая схема парогазовых установок – вода в качестве теплоносителя, далее пар, паровая турбина – на самом деле не является исключительной. Все это можно сделать на различных видах сред, не обязательно на воде. В 2023 году на Петербургском международном газовом форуме специалисты петербургского Политеха рассказывали о действующих образцах турбин, работающих на фреонах и других газах.

Сегодня наиболее освоены так называемые ОЦР-технологии – цикл с углекислотой, где переход между паром и жидкостью достаточно низкотемпературный. Такие варианты повышения электрического КПД для судовых электростанций вполне реальны.

– Возможно ли расширение мощностного ряда морских газотурбинных установок?

– ОДК разработала машины мощностью 4, 8, 16 МВт для приводов турбогенераторов. "Восьмерка" встраивается во многие проекты, еще более применим ГТД мощностью 16 МВт. Для крупных ледоколов и судов для транспортировки СПГ таких параметров более чем достаточно. Две-три турбины способны приводить их в движение. Энергоустановки судов мощностью более 50 МВт мало востребованы.

Еще пример: платформа "Приразломная" имеет суммарную мощность около 96 МВт и использует три газотурбинные установки. Платформы с подобной мощностью или большей – редкость. Платформам такого класса нужна большая мощность на этапе бурения, а на этапе добычи потребление снижается. Крупнейшая в России потенциальная буровая платформа проекта "Беркут" – это четыре газотурбинных агрегата по 15 МВт. Наш анализ рынка говорит о том, что нет необходимости повышать единичную мощность газотурбинной установки для таких проектов.

– Возможно ли применение морских ГТД в ледокольном флоте?

– Ледокольная тема имеет свои особенности. Дело в том, что ледокол работает в реверсном режиме "вперед-назад" с определенной динамикой. На атомных ледоколах сброс-набор мощности происходит быстрее, в случае с магистральными судами – дольше. Поэтому установка газотурбинного оборудования более предпочтительна на магистральных судах.

– Если говорить о применении морских ГТД на прибрежных объектах энергоснабжения, насколько это перспективное направление?

– Спрос на строительство таких объектов на базе российского оборудования высокий. Речь идет о стоечных судах, особенность которых состоит в том, что они эксплуатируются у причальной стенки. Это нельзя назвать новинкой, для обеспечения энергией северных и северо-восточных районов в советское время было построено около шести плавучих газотурбинных электростанций проекта "Северное сияние" мощностью 24 МВт. Тогда использовалось дизельное топливо, сейчас более актуален СПГ.

– Сразу вспоминается решение, которое недавно предложено как альтернатива газотурбинной технике – плавучая атомная электростанция (ПАТЭС).

– Примером является плавучая АЭС на Чукотке, созданная для замещения Билибинской АЭС. Особенность плавучей АЭС в том, что она должна пройти перезагрузку, и в Чаун-Билибинском электроузле встанет вопрос о ее замене. В случае с газотурбинной электростанцией достаточно построить терминал СПГ. Это оборудование не придется буксировать в Мурманск и обратно.

– В России реализуется первый проект применения отечественных морских газотурбинных агрегатов для энергоснабжения ледостойкой платформы добычи "Каменномысское-море". В этом случае решение реализовано на базе двигателя ГТД-8РМ. Каковы перспективы масштабирования этого проекта?

– В рамках проекта "Каменномысское-море" мы говорим о создании первого российского энергетического агрегата ГТА-8 морского применения мощностью 8 МВт. Практически все энергетическое оборудование, используемое сегодня на наших нефтегазовых платформах, создано за рубежом. Но отличие агрегата ГТА-8 от оборудования на базе Е70/8РД в том, что используемый в его составе ГТД-8РМ – не морской двигатель. Это обусловлено выбором заказчика. Система электродвижения для платформы не требуется, там нужна генерация электроэнергии и тепла. В дельте Обской губы вода пресная, а не соленая. Иными словами, несмотря на то, что формально эта акватория регулируется Регистром судоходства, возможны отступления от требований в части коррозийной стойкости и других моментов.

Сейчас завершаются испытания и готовится отгрузка газотурбинных энергетических агрегатов для начала монтажа блоков на судостроительном предприятии в Астрахани. Окончательная достройка платформы будет проводиться на одной из северных верфей. На платформе расположатся четыре 8-мегаваттных газотурбинных агрегата, четыре термомасляных котла-утилизатора, системы управления и вспомогательного оборудования.

Проект "Каменномысское-море" — важный шаг ОДК по созданию российского энергетического газотурбинного оборудования для морских проектов.

 
 Это стационарная электростанция суммарной установленной электрической мощностью 32 МВт на базе зарекомендовавших себя газотурбинных двигателей ГТД-8РМ. В процессе работы над проектом мы освоили принципы создания морского газотурбинного энергетического оборудования, прошли все этапы адаптации производственных и технологических процессов под требования Регистра судоходства. Разработка и производство оборудования на базе Е70/8РД и М90ФР будет идти с учетом полученного опыта.

– Газотурбинный агрегат работает только на выработку электроэнергии?

– Можно получать электрическую и тепловую энергию. В случае когенерации к выхлопу монтируется котел-утилизатор.

– В утилизации тепла есть большой смысл?

– Когенерация крайне выгодна. Полный коэффициент использования топлива когенерационного режима с утилизацией тепла на газотурбинном оборудовании составляет 83-85%. Например, на проекте "Каменномысское-море" использованы термомасляные котлы-утилизаторы. С каждой газотурбинной установки электрической мощностью 8 МВт они позволяют получить еще 10 МВт тепла.

– Резюмируем. Почему тогда судовладельцы должны выбирать отечественные газотурбинные агрегаты?

– По двум простым причинам. Во-первых, это прямое импортозамещение, которым нужно заниматься уже сейчас. Вторая причина состоит в том, что для ряда объектов массогабаритные показатели газотурбинки намного лучше, чем поршневой машины. Представьте себе электростанцию на шельфовой платформе или судно, где 32 МВт реализовано на поршневых машинах. Там по массе у турбины будет явное преимущество.

Кроме того, применение парогазового цикла в газотурбинном оборудовании еще более повышает его эффективность, если площади морского объекта позволяют использовать это решение. К примеру, для плавучих электростанций это вполне применимо.