Газовые турбины: подводим первые итоги импортозамещения
За последние несколько лет российским предприятиям удалось добиться серьёзных успехов в импортозамещении. Понятно, что ситуация неоднородная, сложнее всего освоить производство высокотехнологичной продукции. К таковой по праву относятся газовые турбины. На каком этапе находятся проекты российских компаний? И как решаются проблемы с обслуживанием импортного оборудования?
Обоснование срочности: рост энергопотребления и выбытие мощностей
На первый взгляд, может показаться, что торопиться некуда: российские предприятия успели приобрести большое количество импортных агрегатов до введения санкций. К тому же это оборудование при грамотном обслуживании может служить даже не годами, а десятилетиями.
Однако, если присмотреться, станет ясно, что времени на раскачку нет. Об этом шла речь на круглом столе «Отечественное энергомашиностроение — драйвер развития электроэнергетики страны» в Совете Федерации. Участники дискуссии привели сразу несколько доводов в пользу того, что отрасль должна ускориться.
Во-первых, энергопотребление в стране растёт. Причём если раньше пиковые нагрузки приходились на холодное время года, то теперь со сложностями столкнулись и южные регионы страны в летние периоды.
Во-вторых, момент, когда действующие турбины массово потребуют замены, на самом деле, не за горами. По словам генерального директора ООО «Интер РАО — Машиностроение» Александра Таничева, к 2035 году дополнительная потребность в оборудовании составит 64 ГВт.
Из них только 16 ГВт для строительства новых генерирующих объектов и 46 ГВт — для модернизации действующих станций. В свою очередь, заместитель генерального директора по инжинирингу и строительству ПАО «Т Плюс» Александр Фролов отметил, что большая часть газотурбинных установок исчерпает свой ресурс к 2040 году.
В-третьих, разработка ГТУ — дело не быстрое. На это может понадобиться 10 лет и более, отметил в своём выступлении на Промышленно-энергетическом форуме «ТНФ» главный металлург ПАО «Тюменские моторостроители» Андрей Аксёнов.
«Если оборудование нужно в 2031 году, то уже сегодня мы должны подписывать контракты на разработку или даже запуск производства. Цикл немаленький, а, если требуется доработка, это ещё минимум два-три года», — добавил директор по программно-проектному управлению и развитию бизнеса ООО «ОДК Инжиниринг» Валентин Савин.
Импортозамещение как единственный вариант покрытия дефицита
Итак, выпадающие мощности нужно замещать. Александр Фролов видит здесь три основных варианта: параллельный импорт, использование типовых отечественных решений и импортозамещение.
Если говорить о доступности деталей зарубежных ГТУ, то можно раздобыть лопатки компрессора. А вот элементы камеры сгорания, лопатки турбины, корпусные детали, горелки и роторы — уже нет. В свою очередь, имеющиеся российские конструкции имеют технологические ограничения. Поэтому с их помощью можно решить не все задачи, особенно если говорить о перспективных проектах.
«В этих условиях единственное верное решение — развитие отечественных газотурбинных технологий через привлечение инвестиций, реинжиниринг и локализацию производства в РФ», — подчеркнул г-н Фролов.
«Сейчас турбины в дефиците везде, не только в России, но и за рубежом. Поэтому не стоит рассчитывать, что мы удовлетворим свои потребности за счёт импортного оборудования. Помочь могут только инвестиции в отечественное машиностроение», — добавил Валентин Савин.
Что уже делается в этом направлении? По словам директора департамента машиностроения для ТЭК Минпромторга РФ Дениса Кляповского, в России произвели 68 газовых и 25 паровых турбин.
Объём российского рынка, по предварительным подсчётам, в 2025 году оставил 483,5 млрд рублей. Для сравнения: в 2020 году — 162,2 млрд. За этот же период времени вырос объём внутреннего производства — с 210,3 млрд до 424 млрд рублей и сократилась доля импорта в потреблении — с 30,7 до 17,8%.
Несмотря на положительную динамику, работы предстоит ещё много, отмечают в ведомстве.
«Видим запрос от энергетики и понимаем, что с текущими возможностями выполнить эти задачи будет сложно. Надо наращивать производство», — констатировал Денис Кляповский.
Сложности возникают именно с газовыми турбинами большой мощности. Решить проблему призван национальный проект «Новые атомные и энергетические технологии». В нём есть показатель по выпуску 8 новых моделей, в том числе двухвальных ГТУ мощностью 110 мегаватт.
Состояние ключевых проектов: ГТЭ‑185, ТМ16 и локализация ГПА‑32
О своих планах по производству турбин большой мощности рассказали и представители крупных корпораций. Так, в «Интер РАО — Машиностроение» готовятся к запуску в производства новой турбины ГТЭ‑185. Работы по первому образцу в холдинге рассчитывают завершить во втором квартале 2028 года. А в 2029 году — запустить ГТЭ‑185 в серию. Речь идёт о производстве четырёх турбин в год.
В компании ставят цель достичь уровня локализации более 90%. Турбинные лопатки и другие компоненты горячего тракта будут изготавливать на Ломоносовском заводе точной механики.
«Хочу сказать спасибо коллегам из «Росатома», «Спецстали», которые много сделали для локализации порошков, как металлических, так и керамических. Без этого задача изготовить турбину с такими характеристиками к 2028 году была бы невыполнимой», — отметил Александр Таничев.
Большое внимание этому вопросу уделяют и в ПАО «Газпром». Был создан холдинг, куда вошли АО «Невский завод», ПАО «Тюменские моторостроители», АО «Газэнергосервис», ООО «Газпром энергохолдинг литейные технологии». Эти предприятия занимаются производством и обслуживанием газовых турбин (в том числе импортных), а также выпуском запасных частей и комплектующих. Потребности в последних в «Газпроме» велики: только лопаток газовых турбин нужно 23 тыс. штук ежегодно.
По словам заместителя директора по производству ООО «Газпром Энергохолдинг» Андрея Калашникова, по программе реконструкции и модернизации корпорация вложила 16 млрд рублей с 2022 по 2025 гг. В строй ввели 113 единиц станочного оборудования. 11,2 млрд рублей составило финансирование строительства нового литейного комплекса.
Всё это позволило снизить зависимость от импортных комплектующих. Так, на ГПА‑32 «Ладога» были локализованы 80 единиц компонентов и единиц покупного оборудования, разработана система управления на базе отечественного программного комплекса.
Также в холдинге работают над двигателем ТМ16.
«В 2026 году планируется его запуск в серийное производство. Есть ряд новшеств, в том числе сухая малая эмиссионная камера сгорания, которую спроектировали уфимские специалисты. Также заключён договор с МГТУ им. Н. Э. Баумана по изысканию рациональных путей повышения КПД агрегата. В его рамках специалисты университета разрабатывают цифровой двойник двигателя», — рассказал главный металлург ПАО «Тюменские моторостроители» Андрей Аксёнов.
Задачи сервиса и восстановления компонентов горячего тракта
Представитель «Газпрома» поднял ещё один важный вопрос, как обслуживать импортные турбины, которые успели закупить до санкций.
«Большая часть парка ГТУ большой мощности в РФ — импортного производства. В числе основных производителей— «Сименс», «Дженерал Электрик», «Ансальдо», «Мицубиши». В группе «Газпром энергохолдинг» эксплуатируют 31 такую установку», — обозначил масштабы проблемы Андрей Калашников.
Сразу нужно сказать, что после ухода международных корпораций коллапса не произошло.
В России нашлись нужные компетенции для сервисного обслуживания и ремонта оборудования.
«Производство газовой турбины Т32 было освоено по соглашению с «Дженерал Электрик». Раньше все запасные части закупали у иностранных контрагентов. Невский завод проделал большую работу по локализации. Сейчас можно говорить, что газовые турбины изготавливаются по отечественным технологиям», — привёл пример Андрей Калашников.
Впрочем, вопросы остаются, особенно в связи с поставкой деталей «горячей части». Сегодня каждая компания решает эту проблему самостоятельно, что негативно влияет на стоимость и сроки. Что касается рынка восстановления и производства этих компонентов, то он находится на этапе становления. Чтобы ускорить этот процесс, нужна государственная программа поддержки, заключил г-н Калашников.
Важность проблемы понимают и в Министерстве энергетики РФ.
«Большая часть оборудования на действующих объектах генерации всё ещё импортного производства. И до момента полной замены на отечественные аналоги мы должны поддерживать его стабильную работу. Для этого вместе с коллегами из Минпромторга была составлена карта сервисного обслуживания. Документ не статичный, постоянно нарабатываются новые компетенции», — отметил заместитель директора Департамента оперативного управления в ТЭК Минэнерго РФ Виталий Поправка.
Технологические инновации: охлаждение лопаток, сплавы и аддитивные методы
Впрочем, в отрасли подчёркивают, чтобы необходимо не только повторить западные технологии, но и превзойти их. В частности, об этом речь шла на круглом столе «Стратегическое значение разработок по созданию газотурбинных установок» в рамках Промышленно-энергетического форума «ТНФ».
По словам ассистента Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» Михаила Лаптева, классический способ повышения эффективности ГТУ связан с добавлением в конструкцию различных устройств.
Однако нужно понимать, что схема двигателя и без того перегружена элементами, что сказывается на их ресурсе. В связи с этим коллектив учёных из санкт-петербургского политеха предложил повысить температуру перед турбиной, сохранив классическую компоновку агрегата с доработкой отдельных узлов. По мнению разработчиков, это позволит сократить расход топлива, снизить эксплуатационные затраты и уменьшить выбросы.
Однако, чтобы этот метод заработал, нужно сначала решить вопрос с охлаждением турбинных лопаток.
Проанализировав представленные на рынке варианты, учёные СПбПУ выделили три основных подхода к решению этой задачи. Речь идёт о разработке новых жаростойких сплавов, создании и модернизации термозащитных покрытий и улучшении систем охлаждения лопаток. По мнению авторов идеи, именно третий вариант ведёт к повышению коэффициента полезного действия ГТУ.
«Теплообменные аппараты позволяют повысить КПД всей установки за счёт использования энергии газов после турбины. При их разработке важен баланс между высокой эффективностью и небольшими массогабаритными характеристиками. На данный момент основным методом повышения эффективности здесь является применение турбулизаторов, которые, однако, достигли своего предела из-за технических ограничений», — рассказал Михаил Лаптев.
Свои недостатки есть и других методов интенсификации теплообмена. Так, плёночные покрытия разрушаются со временем и требовательны к параметрам, а пористое охлаждение не получило распространения из-за недостатков технологии.
В качестве решения учёные СПбПУ предлагают использовать решётчатые структуры, получаемые с помощью 3Д-печати. Разработчики отмечают, что создание пульсирующего или вихревого движения газа внутри лопатки способствует перемешиванию тепловых пограничных слоёв и повышает интенсивность теплообмена. Помимо этого, решётчатые структуры обладают большей площадью, что тоже благотворно сказывается на эффективности охлаждения.
К тому же детали, изготовленные с помощью 3Д-печати, обладают большей прочностью, отметил Михаил Лаптев. Дело в том, что они равномерно поглощают энергию и распределяют напряжение. Также их конструкции обладают высокой жёсткостью.
«Проведены экспериментальные исследования таких образцов. Исследований на тему работы решёток в системах охлаждения лопаток на сегодня не так много. Отсутствуют методики и опыт применения на реальных ГТУ, однако существуют прототипы и экспериментальные установки. Промышленных испытаний таких структур ещё не проводилось. Но такие лопатки мы уже напечатали, их уже можно подержать в руках. И в целом с учётом технологических доработок их допустимо уже дальше использовать для промышленных испытаний», — констатировал г-н Лаптев.
Считает это направление перспективным и Андрей Аксёнов. В «Тюменских моторостроителях» также планируют снизить стоимость производства за счёт новых легированных материалов, симбиоза классических и аддитивных методов.
«Поддерживаем связи с коллегами, в кулуарах обсуждаем, куда дальше двигаться. И общий тренд таков, что надо задуматься о более сложных термодинамических циклах. Потому что в рамках существующего подхода потенциал практически исчерпан. И это показано во многих исследованиях и статьях. Нужно обойти всех на вираже за счёт новых оригинальных идей.
Расчёты показывают, что с теплообменным аппаратом можно получить двигатель с КПД в 40%.
Американцы засматриваются на конструкции газотурбинных двигателей с двумя-тремя камерами сгорания. В первом случае коэффициент полезного действия составит 40%, во втором — 45% и более. Если взять наш серийный сплав ЧС88У-ВИ, то при нагрузке 274 Мпа и температуре 500 °C он может работать 100 часов. Новые композиции при схожих условиях могут работать в 10 раз больше. При этом их стоимость — на 200 рублей дороже. Другое дело, что монокристаллическая технология отливки осложняет производство», — отметил г-н Аксёнов.
Таким образом, необходимо наладить выпуск специальных порошковых материалов с керамическим и металлическим плакированием частиц для длительной работы в условиях температур более 1100 °C. К сожалению, здесь отечественные компании сталкиваются с рядом ограничений технологического характера.
«Для аддитивного синтеза жаропрочных деталей требуется специальное оборудование: электронно-лучевые принтеры и установки горячего изостатического прессования. Его в РФ серийно не выпускают, а классические принтеры с лазерным селективным плавлением не позволяют достичь нужных свойств.
Эта работа нуждается в существенном ускорении. За рубежом материалы, полученные с помощью аддитивных технологий, уже достигли прочности сплава «Инконель 939» и используются для серийного производства рабочих лопаток», — констатировал Андрей Аксёнов.
В свою очередь, главный научный сотрудник отдела сопровождения научных проектов ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет» Николай Коленчин полагает, что самый простой способ повысить качество — создать новый материал. Здесь открываются большие возможности для творчества.
«Развитие получают аддитивные технологии с использованием полимерных материалов. Это сложная тема. Получить какие‑то покрытия на электронепроводящей поверхности достаточно сложно. Но мы не оставляем попыток, и сейчас есть определённые достижения. Ещё один вариант — покрытие алюминием.
Этот металл может образовывать оксид, который существует в нескольких вариациях. И самая устойчивая из них по шкале Мосса занимает второе место после алмаза. Ну и почему бы не использовать для покрытий наноматериалы», — перечислил г-н Коленчин.
Изыскания в этом направлении ведут и производственные компании.
«Столкнулись с проблемой разрушения уплотнения рабочего колеса турбины высокого давления. Это вызывает целый каскад негативных эффектов: нарушается нормальное охлаждение, происходит деформация, потеря эффективности установки. Причина в высоких температурах. Нужны новые решения, и, оказывается, они есть.
Нашли материал, который содержит лишь 5% алюминия и даёт преимущество в три-четыре раза по жаростойкости. При этом он технологичен, из него можно делать фольгу. Апробировали, всё успешно. Пошли ещё дальше, подсмотрели американские работы, где создаются термобарьерные наполнители. Практически это жаростойкая металлическая пена. Алюминиевый порошок покрывается никелевой корочкой, после чего проводится специальная термообработка», — рассказал Андрей Аксёнов.
Барьеры и механизмы поддержки: спрос, финансирование, стандартизация
Почему же импортозамещение газовых турбин идёт не такими быстрыми темпами, как хотелось бы? И что делается для того, чтобы преодолеть эти барьеры?
Валентин Савин ключевые вызовы для отечественного энергомашиностроения видит в отсутствии гарантированного спроса, дефиците долгосрочного планирования со стороны заказчиков, неблагоприятных условиях кредитования, длительном цикле разработки и производства.
В идеальном сценарии план закупок в части турбинного оборудования должен быть определён на 5–10 лет и далее, полагает представитель «ОДК Инжиниринг».
«Мы готовы вести разработку как на базе авиационных двигателей, так и с созданием новых отдельных технологий. Для выпуска турбин больших мощностей нужна модернизация производств. Речь идёт об инвестициях в размере 20–25 млрд рублей. Но пока у нас подтверждено максимум 8 турбин. Если запускать работу ради таких объёмов, то мы никогда не окупим вложения. Или нужно прямое финансирование со стороны государственного бюджета», — отметил г-н Савин.
В «ОДК Инжиниринг» видят выход в гарантированном спросе с определённым прогнозом закупок. Это сократит время возврата инвестиций в НИОКР, снизит риски инвестора и в конце концов поспособствует опережающим срокам запуска, полагают в компании.
На круглом столе в СФ Валентин Савин выступил с предложение разработать «Дорожную карту по закупкам критичного энергетического оборудования». Документ должен содержать сценарии развития технологий и инвестиционные потребности, механизмы координации государственных закупок с программами развития заказчиков, условия и сроки реализации долгосрочных контрактов с учётом этапов НИОКР и прогнозы спроса по категориям оборудования
на 10–15 лет. Проблему осознают и на государственном уровне.
«Сейчас уточняем потребности в газовых и паровых турбинах, исходя из прогнозов утверждённой на 2026–2031 годы программы. До 2031 года — это порядка 240–250 различных турбин. Согласовываем с коллегами из Минпромторга эти цифры, чтобы были понятны потребности. Своё видение отраслевого заказа мы сформулировали в законопроекте», — рассказал Виталий Поправка.
Следующая проблема, с которой сталкиваются производители, — несовершенство механизмов финансирования проектов.
«Мы ждём аванс от наших заказчиков, без него не можем запустить производство, потому что нам нечем будет платить контрагентам. Ставки в банках очень высокие. Притом, что кредиты нам нужны не только для того, чтобы выполнить НИОКР и обеспечить развитие, но и чтобы платить нашим поставщикам.
Поэтому нужны механизмы, которые позволят не перекладывать эти затраты в конечную цену. Они должны предусматривать создание специальных фондов для софинансирования кредитной ставки и механизмы их пополнения генерирующими компаниями. При этом средства должны идти исключительно на разработку и покупку отечественного оборудования», — констатировал Валентин Савин.
О том, что отрасль нуждается в инструментах льготного финансирования для реализации стратегических проектов, говорил и Александр Фролов. Также представитель «Т Плюс» предложил разработать механизмы страхования головных образцов и инновационного оборудования на всех стадиях реализации проекта.
Следующее, в чём нуждается отрасль, — стандартизация.
«Единый подход к строительству энергоблоков позволит сократить финансовые и временные издержки», — отметил Александр Таничев.
Валентин Савин предложил разработать стандарты государственных контрактов. Они должны предусматривать разделение рисков между заказчиком и производителем в соответствии с жизненным циклом оборудования. Также представитель «ОДК Инжиниринг» призвал присмотреться к опыту Министерства обороны, где действуют так называемые сквозные контракты, охватывающие все стадии от разработки до серийного производства. Это позволит синхронизировать графики поставок и развития производства, снизить финансовые риски для производителей и создаст лучшие условия для инвестиций.
«В конечном счёте реализация предложенных механизмов позволит оптимизировать цены отечественного оборудования за счёт масштабирования производства и распределения затрат на НИОКР, повысить конкурентоспособность российских технологий на внутреннем и региональных рынках, обеспечить энергобезопасность страны за счёт развития собственных компонентной базы и производственных мощностей.
Устойчивый рынок высокотехнологичного оборудования не только позволит удовлетворить текущие потребности, но и обеспечит инвестиции в будущее электроэнергетики», — заключил Валентин Савин.
Подведём итоги: работы впереди ещё много, однако проблемы уже не выглядят нерешаемыми. В отрасли есть неплохой задел для будущего роста: готовность корпораций вкладываться в это направление, компетенции разработчиков, опыт, накопленный в авиа- и судостроении. Остаётся собрать все эти факторы вместе для итогового успеха.
Текст: Андрей Халбашкеев
Фото: «ПромоГрупп Медиа»
