В.Е. Торжков, А.В. Гущин, А.П. Дудко – компания «Сименс», Россия

После приобретения концерном Siemens сектора промышленного энергетического оборудования у компании Alstom диапазон предлагаемых газотурбинных установок значительно расширился. Сегодня Siemens является единственной компанией в мире, которая предлагает полный ряд стационарных ГТУ мощностью от 4 до 278 МВт.

Концерн Siemens известен широкому кругу потребителей в России и странах СНГ прежде всего как изготовитель оборудования связи, компьютеров, бытовой и медицинской техники. В то же время товары широкого потребления можно условно назвать «надводной частью айсберга» в производственной программе компании, основой которой является производство оборудования и поставка комплексных решений для промышленности и инфраструктурных проектов.
В настоящее время концерн представлен более чем в 190 странах мира и объединяет около 430 тыс. сотрудников. Объем продаж в 2004 финансовом году составил 75,2 млрд евро, а чистая прибыль – 3,405 млрд евро. В том же году на научные исследования и опытно-конструкторские разработки (НИОКР) было направлено 5,1 млрд евро. В результате только за один 2004 год было получено 8258 патентов на изобретения и оформлено 4994 заявок на патенты, что является подтверждением актуальности девиза компании – Глобальная Сеть Инноваций.
Компания работает в России уже более полутора столетий. С Siemens связана история электроэнергетики России: так, днем основания первой российской энергосистемы (ныне ОАО «Ленэнерго») принято считать 16 июля 1886 года.
В этот день император Александр III утвердил Устав «Общества электрического освещения 1886 года», учрежденного Карлом Сименсом. Следует также отметить, что первая электростанция в Москве (центральная электростанция в Пассаже Постникова, 1888 г.) также построена фирмой Siemens.
В России концерн представлен сегодня компанией ООО «Сименс» с годовым объемом заказов более 1,2 млрд евро и количеством сотрудников свыше 3500 человек. ООО «Сименс» является головным подразделением Siemens в Российской Федерации со штаб-квартирой в Москве. Компания имеет также региональные представительства в городах С.-Петербурге, Екатеринбурге, Самаре, Хабаровске, Новосибирске, Ростове-на-Дону и Калининграде. Из 15 российских предприятий с участием Siemens более половины связаны с энергетикой («Интертурбо», концерн «Силовые Машины», «Калужский турбинный завод», «Невский завод», «Компрессорный комплекс», «Демаг Делавал Пауэр Невский», «Нуклеарконтроль», компании «Интеравтоматика» и НПФ «Система-Сервис»),
Энергетика традиционно является одним из ключевых направлений деятельности концерна. В России это направление представляет департамент «Производство, передача и распределение энергии» (PGTD). Предоставляемые им услуги охватывают весь спектр энерготехнических решений – от производства электроэнергии до ее транспортирования потребителю.
Промышленное газотурбинное направление представлено двумя крупными научно-производственными центрами (НПЦ), специализирующимися на разработке и изготовлении газотурбинных установок малой (4...13 МВт) и средней (17...45 МВт) мощности и базирующимися соответственно в г.г. Линкольн (Великобритания) и Финспонг (Швеция).

НПЦ «Линкольн»

Научно-производственный центр в Линкольне, специализирующийся на производстве газотурбинных установок малой мощности, был основан в 1857 году Джозефом Растоном (Joseph Ruston). Сегодня это предприятие с оборотом более 250 млн евро в год и численностью персонала свыше 2300 человек.
Первый прототип промышленной газотурбинной установки был спроектирован и изготовлен НПЦ «Линкольн» в 1946 году при непосредственном участии Фрэнка Виттла (Frank Whittle), изобретателя первого реактивного двигателя. Первый же серийный образец ГТУ был изготовлен в 1952 году для Кувейта. С того времени 3378 установок производства НПЦ «Линкольн» эксплуатируются в 88 странах мира – их общая наработка составляет более 200 млн часов.
Первые газотурбинные установки НПЦ «Линкольн» для России были изготовлены в 1970-80 гг. для газопровода Уренгой-Ужгород (около 70 энергетических установок). С середины 90-х гг. по настоящее время были заключены контракты на поставку в Россию 43 ГТУ производства НПЦ «Линкольн».

НПЦ «Финспонг»

Научно-производственный центр в Финспонге (Швеция) разрабатывает и производит энергетическое оборудование уже более ста лет. Предприятие ведет свою историю с 1893 года, когда в г. Накка (Швеция) была основана компания DeLaval. В середине 1950-х годов DeLaval объединилась с компанией STAL, и производство было поэтапно переведено в Финспонг.
Интересна история создания первой газотурбинной установки НПЦ «Финспонг». К концу второй мировой войны Великобритания и Германия располагали реактивными истребителями. На вооружении шведских ВВС в то время таких машин не было, и поэтому фирме SAAB было поручено начать разработку реактивного истребителя J29 Tunnan. Примерно в то же время STAL получила задание разработать ГТД для шведского истребителя нового поколения. Были последовательно разработаны три модели авиадвигателей: Skuten, Dovern и Glan. Несмотря на впечатляющие характеристики, ни один из них не производился серийно. Но авиадвигателю Glan компания нашла другое применение: решено было его модифицировать для использования в качестве стационарной ГТУ. Первая установка, получившая название GT35, была поставлена в 1957 году. Прекрасно зарекомендовавшая себя GT35 многократно модифицировалась и производится до сих пор. Недавно для нее было найдено еще одно применение – в качестве энергетической установки быстроходных паромов.
НПЦ «Финспонг» сегодня – это современное предприятие, занимающееся разработкой, производством и поставкой компонентов и комплектного оборудования для выработки электроэнергии и тепла. С начала его основания было изготовлено и поставлено более 380 ГТУ (их общая наработка составляет более 11,3 млн часов) и около 4000 паровых турбин.
Первый российский заказ – на GT35C для ГТУ ТЭЦ в г. Электросталь (Московская обл.) – был получен в 1994 году. Установка введена в эксплуатацию в 1999 г. и успешно эксплуатируется заказчиком. Всего к настоящему времени заключены контракты на поставку в Россию 13 установок производства НПЦ «Финспонг».

Модельный ряд ГТУ промышленного типа концерна Siemens

В ноябре 2004 г. в Дуйсбурге (Германия) в штаб-квартире отделения Промышленного энергетического оборудования (PGI) компании Siemens было официально объявлено об изменении названий всей продукции этого сектора.
Переименование стало результатом исследований, направленных на улучшение взаимодействия с заказчиками и партнерами посредством создания согласованной и в то же время достаточно простой системы наименовании представляемой продукции. Изменения затронули только названия агрегатов и никак не отразились на их конструкции и характеристиках.
Основные принципы формирования новых названий газотурбинных установок и комплектных ПГУ на их базе заключаются в следующем:
•    буквенная составляющая маркировки – «SGT» и «SCC» – содержит в себе наименование производителя (S – Siemens), а также идентифицирует тип установки (GT – газовая турбина (Gas Turbine), СС – установка комбинированного цикла (Combined Cycle);
•    цифровая составляющая характеризует производительность установки (начиная от «100» для самой малой ГТУ и т. д.).
Таким образом, переименование решило задачу стандартизации и согласования названий установок различных заводов-изготовителей, входящих в структуру Siemens, в том числе в результате приобретения сектора промышленного энергетического оборудования компании Alstom.

ГТУ производства НПЦ «Линкольн»

SGT-100 (Typhoon) поставляется для привода электрогенератора в четырех вариантах исполнения – мощностью 4,35; 4,7; 5,05 и 5,25 МВт – и для механического привода – мощностью 4,92 МВт на валу. Агрегат очень компактный и отличается высоким соотношением мощности к массе.
В варианте использования турбины в качестве привода генератора установка представляет собой одновальную машину на базе 10-ступенчатого осевого компрессора, шести трубчатых камер сгорания и 2-ступенчатой турбины с воздушным охлаждением 1-й ступени.
Привод генератора осуществляется со стороны компрессора через планетарный понижающий редуктор, при этом возможна организация как радиального, так и осевого выхлопа.
При использовании в качестве механического привода агрегат имеет двухвальное исполнение – с одноступенчатой консольной турбиной компрессора и 2-ступенчатой силовой турбиной. SGT-100 (Typhoon) выпускается с 1989 года, к настоящему времени в эксплуатации находятся 353 машины.
SGT-200 (Tornado) является наиболее апробированным агрегатом среди установок НПЦ «Линкольн». С начала серийного производства (1981 г.) продано 365 машин. Одновальная модификация используется для привода генератора (6,75 МВт), двухвальная – в качестве механического привода с мощностью 7,68 МВт.
В сочетании с простотой конструкции SGT-200 имеет один из самых высоких КПД для данного уровня мощности – при производстве электроэнергии он составляет 31,5% (ISO).
Как и все промышленные турбины Siemens, SGT-200 может работать на различных видах топлива (в том числе на попутном нефтяном газе с высоким содержанием сероводорода) и может оснащаться двухтопливной камерой сгорания с автоматическим переходом с первичного на вторичное топливо при любой нагрузке.
SGT-300 (Tempest), мощностью 7,9 МВт, производится с 1995 года и предназначена для привода электрогенератора. Она является привлекательным агрегатом для производства энергии: одновальная конструкция обеспечивает своевременный прием и сброс нагрузки, а пар или горячая вода, получаемые при использовании тепла выхлопных газов, могут использоваться для технологических процессов или для коммунальных сетей.
Благодаря высокой температуре газов на выходе газовой турбины (537 °С) генерируемый в котле-утилизаторе пар может также использоваться в паровой турбине в составе небольших установок комбинированного цикла. Использование системы сухого подавления вредных выбросов DLE (Dry Low Emission), стандартно устанавливаемой на промышленные ГТУ компании Siemens, позволяет достичь уровня эмиссии, удовлетворяющего самым жестким нормативам. На данный момент установлено 70 агрегатов такого типа.
SGT-400 (Cyclone) – последняя разработка НПЦ «Линкольн», которая сочетает в себе проверенные технические решения, использованные в газотурбинных установках SGT-100 и SGT-300, и новейшие разработки в газотурбостроении. В результате SGT-400 обеспечивает экономичную выработку энергии для самых различных областей применения. Турбина предлагается как для выработки электрической мощности (12,9 МВт), так и для механического привода различных агрегатов мощностью 13,4 МВт.
Высокая степень повышения давления в компрессоре (16,7) в сочетании с температурой газов перед турбиной (1256 °С) позволяют вырабатывать электроэнергию с КПД 34,8%. При использовании ее в качестве механического привода эффективность ГТУ превышает 36%.
Установка представляет собой двухвальную машину, в состав которой входят: 11-ступенчатый осевой компрессор трансзвуковой конструкции, шесть трубчатых камер сгорания с сухим подавлением вредных выбросов, 2-ступенчатая турбина компрессора с воздушным охлаждением обеих ступеней и 2-ступенчатая силовая турбина.
С начала серийного производства (1997 г.) поставлен 51 агрегат.

ГТУ производства НПЦ «Финспонг»

SGT-500 (GT35C) мощностью 17 МВт применяется на различных объектах, где наиболее важными параметрами являются: базовая нагрузка, способность работать на различных видах топлива, простота технического обслуживания. К настоящему времени установлены 164 машины такого типа. Наряду с производством электроэнергии, SGT-500 широко используется как механический привод мощностью 23290 л.с. Может работать на различных видах тяжелого топлива. Относительно невысокая температура газов перед турбиной способствует снижению деградации характеристик и увеличению межремонтного ресурса ГТУ, а модульный принцип конструкции позволяет быстро производить замену узлов.
SGT-600 (GT10B) номинальной мощностью 25 МВт была разработана с целью удовлетворения потребностей рынка в надежной и экономичной ГТУ средней мощности как для механического привода, так и для выработки электроэнергии. С начала производства поставлено 176 установок данного типа.
ГТУ представляет собой двухвальный агрегат с 10-ступенчатым компрессором, две первых ступени которого имеют изменяемую геометрию, 2-ступенчатую турбину компрессора и 2-ступенчатую силовую турбину.
Кольцевая камера сгорания оснащена 18 экологически безопасными горелками (EV – environment burner) с сухим подавлением эмиссий вредных веществ. Процесс горения основан на сжигании обедненной топливовоздушной смеси предварительного смешения, что обеспечивает уровень выбросов оксидов азота менее 25 ppm (15% О₂). Он практически не изменяется в диапазоне нагрузок от 65 до 100%. Система регулируемой подачи воздуха обеспечивает подавление угарного газа (СО) на режимах частичной нагрузки.
SGT-700 (GT10C) является усовершенствованной версией хорошо зарекомендовавшей себя турбины типа SGT-600. Основное внимание было уделено модернизации непосредственно двигателя (совершенствованию рабочих характеристик и снижению эмиссии вредных веществ), в то время как конструкция вспомогательных систем в основном сохранена прежней.
Как и ее предшественница, SGT-700 может использоваться не только для выработки электроэнергии, но и в качестве привода механического оборудования.
Наряду с увеличением мощности и КПД значительно улучшились экологические характеристики ГТУ. С применением технологии сжигания с сухим подавлением вредных выбросов (DLE) 3-го поколения на базе усовершенствованных AEV-горелок эмиссия NOx составляет менее 15 ppm (15% О₂) при работе на природном газе и менее 42 ppm для жидкого топлива.
Турбина производится серийно с 2002 года, и к настоящему моменту поставлено 8 агрегатов SGT-700.
SGT-800 (GTX100) – современная одновальная ГТУ мощностью 45 МВт и КПД 37%. В концепции ГТУ воплощены все самые передовые технологии и разработки компании. Компрессор трансзвукового типа имеет 15 ступеней, для достижения высокой эффективности используется фирменная технология управляемой диффузорности межлопаточных каналов. Первые три ступени – с изменяемой геометрией.
В кольцевой камере сгорания расположено 30 горелок с сухим подавлением эмиссии вредных выбросов (3-го поколения). Трехступенчатая турбина с воздушным охлаждением первых двух ступеней выполнена в виде единого модуля – для облегчения технического обслуживания.
Лопатки первой ступени – монокристаллические, что обеспечивает высокую прочность и длительный срок службы. Для уменьшения зазоров предусмотрено воздушное охлаждение фланцев статора турбины. Принципы регулирования турбины позволяют сохранять высокие показатели тепловой экономичности при работе на частичных нагрузках.
SGT-800 является оптимальным вариантом для работы в составе установок комбинированного цикла. Различная конфигурация парогазовых установок (моноблоки, дубль-блоки и т. д.) позволяет покрывать большой диапазон требуемых нагрузок с КПД нетто 53...53,5%.
С начала серийного производства (1998 г.) получены заказы на 32 машины SGT-800.
На базе ряда газовых турбин Siemens разработаны парогазовые установки различной конфигурации, которые могут использоваться как на теплофикационных, так и на конденсационных электростанциях.

Стандартный объем и сроки поставки

В стандартный объем поставки ГТУ для производства электроэнергии входят:
•    блок газотурбинной установки, включая газовую турбину на несущей раме и генератор, редуктор, систему пуска и вспомогательные системы;
•    комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ);
•    выхлопной диффузор с температурным компенсатором;
•    шумотеплоизолирующий кожух (контейнер) с системами вентиляции, газообнаружения и пожаротушения;
•    модуль (блок-бокс) электрооборудования и САУ ГТУ;
•    охладители смазочного минерального масла для единой системы смазки газовой турбины и приводимого агрегата (на всех газотурбинных установках предусмотрено использование минерального масла).
В зависимости от условий площадки станции (температура окружающего воздуха, наличие источника охлаждающей воды и т. д.) ГТУ может комплектоваться дополнительным оборудованием. В комплекте с газотурбинной установкой по требованию заказчика могут быть поставлены дожимные компрессоры, компрессоры воздуха КИП, пункт подготовки и коммерческого учета топлива и т. д.
Срок поставки ГТУ на условиях франко-завод (Ex Work) с момента оформления заказа составляет для ГТУ производства НПЦ «Линкольн» 8-11 месяцев, НПЦ «Финспонг» – порядка 12 месяцев. Газовые турбины поступают на площадку смонтированными на раме со всем основным и вспомогательным оборудованием заводской сборки. Это позволяет минимизировать количество персонала и время работ на месте монтажа.

Техническое обслуживание

Особое внимание специалисты компании уделяют технической поддержке персонала заказчика в послегарантийный период эксплуатации турбин. Учитывая, что эффективная работа всей электростанции определяется не только высокими показателями экономичности, но и показателями надежности и готовности всех составляющих компонентов станции, специалисты компании заранее прорабатывают концепцию технического обслуживания ГТУ, чтобы предоставить заказчику максимально возможный и эффективный сервис для поставленного оборудования.
Концепция основывается на долгосрочных сервисных соглашениях, позволяющих заказчику заранее планировать бюджет на длительный период времени. Соглашения включают объем регламентных работ и поставку необходимых для этого запасных частей и материалов.
Выпускаемые компанией промышленные ГТУ имеют длительный интервал между техническими инспекциями, что способствует повышению коэффициента готовности станции, и большой межремонтный ресурс. Заложенный в основу конструкции принцип надежности и простоты обеспечивает высокую ремонтопригодность и позволяет осуществлять ремонт непосредственно на станции. С целью снижения затрат при проведении ремонтных работ привлекается технический персонал заказчика. Возможно также обучение обслуживающего персонала непосредственно на площадке.
В качестве информационной поддержки научно-производственный центр в Швеции регулярно проводит конференции пользователей ГТУ концерна, что также является частью поддержки заказчиков. Как показывает практика, конференции очень полезны с точки зрения обмена опытом эксплуатации и обслуживания, консультаций специалистов. Содержание конференций заранее прорабатывается с учетом пожеланий участников.