Турбина с острым паром

Наука и технологии
«Эксперт» №45 (351) 2 декабря 2002

Американская компания General Electric провела в Уэлсе (Великобритания) успешные промышленные испытания газовой турбины 9001H. Особенность этой самой современной турбины заключается в том, что она предназначена только для интегрированной работы в парогазовой установке (ПГУ) мощностью 480 МВт.

В обычных ПГУ энергия сжигаемого топлива используется в двух циклах - сначала в газовой, а затем в паровой турбине. Пар, работающий во втором цикле, образуется за счет остаточного тепла продуктов горения, исходящих из газовых турбин (первый цикл). Эти турбины (ГТУ) могут работать и в составе парогазовой установки, и в одинарном цикле, например для покрытия дефицита мощностей во время пика потребления электроэнергии.

В отличие от предыдущих поколений газовых турбин, рабочие лопатки которых охлаждаются воздухом, в новой установке General Electric охлаждение паровое. Проходя сквозь сложную систему внутренних коммуникаций турбины, пар снимает тепло с лопаток и приобретает характеристики так называемого "острого пара" (с высокими показателями температуры и давления).

Используя паровое охлаждение лопаток (впервые в истории энергетического газотурбостроения использовались монокристаллические лопатки длиной в один метр), разработчики убили сразу двух зайцев. Во-первых, был обеспечен активный отвод тепла с рабочих лопаток ГТУ. Это позволило довести температуру рабочего газа в проточной части установки - один из основных параметров, определяющих эффективность газовой турбины, - до рекордных 14300C. В результате КПД 9001H превысил 40% (КПД отечественной ГТД-110 составляет 33%, а температура газа - 11700С). Во-вторых, за счет "впрыска" острого пара повысилась эффективность паровой турбины и общий КПД установки в бинарном цикле достиг 62% (у первой отечественной ПГУ, пущенной в конце 2001 года на Северо-Западной ТЭЦ под Петербургом, он лишь немного превышает 50%).

Достижение именно такой эффективности (более 40% в простом и 60% в бинарном цикле) и предусматривала ATS (advanced turbine systems - перспективные турбинные установки) - заявленная в 1992 году программа энергетического департамента США, в рамках которой разработана новая турбина General Electric.

ATS - часть американской стратегической программы, предусматривающей ввод до 2020 года 400 ГВт новых и заменяющих мощностей. Планируется, что три четверти из них придется на ГТУ и ПГУ, а львиная доля оставшейся части - на ядерную энергетику.

В рамках проекта 9001H была выполнена и другая задача, поставленная американским правительством, - снижение себестоимости производства электроэнергии на 10%. Чтобы добиться этих показателей, потребовалось почти десять лет и около 400 млн долларов, причем более трети этой суммы предоставил на основе безвозвратного финансирования энергетический департамент США.