ГТЭ-170 — газовая турбина большой мощности (170 МВт), спроектированная российскими инженерами и полностью изготовленная на российском производстве из отечественных компонентов.  Это часть крупного стратегического проекта «Силовых машин» по созданию импортонезависимого производства газовых турбин для энергетики в нашей стране. Виктор Барудкин, заместитель главного конструктора «Силовых машин», рассказывает, как проходила разработка турбины, как она совершенствуется прямо сейчас и чем отличается от решений иностранных производителей.

Как разрабатывалась ГТЭ-170

Проект по разработке мощной энергетической газовой турбины российского производства ГТЭ-170 стартовал в 2018 году с амбициозной целью – не просто достичь уровня мировых аналогов, но и заложить основу для дальнейшего технологического лидерства.

Виктор Барудкин, заместитель главного конструктора «Силовых машин», делится подробностями: «Перед российским машиностроением стояла задача обеспечить энергонезависимость страны. Наша команда поставила цель не просто догнать иностранных конкурентов, но и создать потенциал для дальнейшего технологического развития на уровне мировых стандартов».

При поддержке Минпромторга России «Силовые машины» справились с этим вызовом. Компания объединила ведущих инженеров в собственном конструкторском бюро и организовала серийное производство турбин на базе Ленинградского Металлического завода (ЛМЗ). Общий объем инвестиций в проект составил более 25 млрд рублей, включая 7 млрд рублей государственных субсидий на НИОКР. Значительная часть инвестиций (свыше 6 млрд рублей) была направлена на создание в России первого литейного производства для энергетических турбин большой мощности.

Первая версия ГТЭ-170 обладает мощностью 155,3 МВт на клеммах турбогенератора и КПД 34,1%, что соответствует характеристикам турбины ГТЭ-160, выпускавшейся по лицензии в 90-х годах. Однако инженеры «Силовых машин» внедрили ряд конструктивных улучшений, существенно повысивших надежность и эффективность турбины: например – перепроектировали крепления колодок подшипника.

На лопатках турбины и цилиндре внутреннего корпуса применены передовые термозащитные покрытия, разработка и нанесение которых были освоены в России впервые. Для этого в «Силовых машинах» c нуля было создан специализированный участок нанесения термобарьерных покрытий.

Важным достижением стало полное освоение производства компонентов горячего тракта и оснащение машины системой автоматического управления на отечественной элементной базе.

Головной образец турбины ГТЭ-170 был собран на стенде Ленинградского Металлического завода в декабре 2022 года. В 2025 году изготовлено пять серийных газовых турбин этого типоразмера. Первые ГТЭ-170 уже монтируются на Каширской ГРЭС в Московской области и Артемовской ТЭЦ-2 в Приморском крае. В пути на станцию и на очереди к отгрузке – две турбины для строящейся на Дальнем Востоке Хабаровской ТЭЦ-4.

Каждая турбина весит 220 тонн. На энергообъекты заказчиков они доставляются железнодорожным транспортом на специальной платформе. «Силовые машины» обеспечивают шефмонтаж и шефналадку оборудования на станции. 

Турбины высокого спроса

ГТЭ-170 отвечает растущим потребностям энергетики страны.

Согласно «Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2042 года», разработанной Минэнерго и принятой правительством, в 2025−2030 годах среднегодовой темп прироста потребления электроэнергии прогнозируется в объеме 2,1 %, мощности — 1,5 %. А на 2031−2042 годы — 1,3 % и 1,0 % соответственно. Установленная мощность электростанций страны вырастет с 271 ГВт в 2025 году до 299,35 ГВт к 2042 году, следует из прогноза Минэнерго. Среди стратегических целей развития энергетики – перевод части угольных станций на газ для улучшения экологии и роста энергоэффективности. Таким ТЭЦ тоже будут нужны газовые турбины большой мощности.

По расчетам Минэнерго до 2042 года потребность в газовых турбинах для российского рынка - как для нового строительства электростанций, так и для модернизации с заменой эксплуатирующегося иностранного газотурбинного оборудования, составляет 31 ГВт или 258 турбин. В том числе 75 газовых турбин на 6 ГВт до 2031 года, и в период с 2032 по 2042 годы - 183 газовые турбины на 25 ГВт.

Чтобы обеспечить этот растущий спрос «Силовые машины» планомерно наращивают свои производственные возможности. Сейчас мощность производства газовых турбин компании рассчитана 8 турбин в год, а с 2029 года составит по 10 единиц.

Как развивается модельный ряд газовых турбин

Сегодня «Силовые машины» уже разработали модифицированную версию турбины ГТЭ-170.2 с повышенным КПД - 35,1%, который увеличился за счет оптимизации проточной части, большего расхода газа и повышения его температуры на входе в турбину. Еще в усовершенствованной версии модифицированы несколько ступеней компрессора и опорно-упорный подшипник.

«Мы поменяли геометрию шести ступеней компрессора, включая замену первых шести рабочих лопаток и первых пяти направляющих лопаток компрессора. Увеличили расход воздуха примерно на 25 кг/с.  Изменили конструкцию переднего опорно-упорного подшипника – сейчас его запас прочности позволяет выдерживать повышенные нагрузки на опору в связи с увеличенной мощностью обновленной турбины», - уточняет зам. главного конструктора Виктор Барудкин. 

Каждая турбина в целом и все её детали по отдельности, а их более чем десять тысяч, проходят контроль качества на всех этапах изготовления. Контрольные заводские испытания вращением валоповоротного устройства ротора включают проверку работоспособности подшипников, системы подачи масла в опоры, зазоров лопаток - процесса их вращения без затрагивания статорной части ротора и т.д. 

Несмотря на то, что газовая турбина – это серийный продукт, при производстве учитываются особенности каждой станции заказчика в законтрактованном изделии. Так, на газовой турбине для объекта в арктической зоне пришлось предусмотреть дополнительные датчики контроля температуры на входном корпусе компрессора, а также продумать систему запуска с предварительным подогревом. Низкие арктические температуры создают риск обледенения в проточной части компрессора, при котором чугунные корпуса могут становиться хрупкими.

Несмотря на высокую надежность и большой ресурс работы (100 000 часов), отдельные детали газовой турбины изнашиваются раньше из-за работы в горячих и высоконагруженных условиях, поэтому нуждаются в сервисном обслуживании и своевременной замене.

«Лопатки горячей части турбины подлежат замене по определенной программе – каждые 33000 часов работы, при этом такие снятые лопатки после оценки состояния можно отремонтировать. На лопатки компрессора налипают твердые частицы из воздуха, из-за чего постепенно перекрывается пропускная способность лопаточного аппарата и ухудшаются характеристики компрессора. А компрессор, по сути, задает возможности всей газовой турбины», - рассказывает Виктор Барудкин.

Износ деталей турбины происходит в предсказуемые сроки, именно поэтому на каждом энергообъекте есть график инспекций для диагностики и ремонтов.

«Каждые 8000 часов работы происходит остановка и осмотр турбины. На этом этапе состояние проверяется с помощью эндоскопа. А через 33 000 часов работы турбину уже разбирают, проверяют каждую лопатку и другие элементы. Часть лопаток горячего тракта можно восстановить до рабочего состояния», - добавляет главный конструктор проекта.

ГТЭ-170.2 — это:

• конструкция с генератором перед компрессором и осевым выхлопом
• короткое время пуска
• составной ротор с хиртовым соединением дисков, стянутых одним болтом-стяжкой
• 16-ступенчатый компрессор с регулируемым входным направляющим аппаратом для быстрой стабилизации частоты сети
• гибкий выбор топлива (газообразное, дизельное)
• две выносные камеры сгорания с низким содержанием выбросов NOx
• 4-ступенчатая турбина с охлаждаемыми лопатками 1 и 2-й ступени и теплозащитными покрытиями лопаток 1–3-й ступеней
• опоры ротора с гидравлическим подъемом

Умный контроль

Серьезное преимущество отечественных газовых турбин по сравнению с импортными аналогами – работа на российском программном обеспечении, что дает гарантию отсутствия вмешательства извне и несанкционнированных дистанционных отключений. Плюс у некоторых заказчиков есть особые требования по безопасности работы оборудования – для них обеспечивается автономная работа системы автоматического управления турбиной (САУ) внутри станции, без связей с внешним миром даже через защитный канал.

САУ управляет самой газотурбинной установкой и всеми вспомогательными системами. «Задан алгоритм, в частности, пуск, выход на режим, останов, аварийный останов и различные параметры работы системы. Например, есть регулировка температуры масла на выходе из подшипника. Если значение превышается, сначала последует предупредительный сигнал, сработает уставка предупреждения, а если температура превысит предельное значение – сработает останов», - объясняет принцип действия систем управления Виктор Барудкин.

Программное обеспечение и САУ газовой турбины – разработка «Силовых машин». Дирекция по системам автоматики «Силовых машин» модифицирует программное обеспечение и вносит корректировки индивидуально под требования каждого заказчика.

А еще «Силовые машины» могут оснастить свои турбины автоматизированной системой предиктивной диагностики. «Онлайн мы мониторим параметры станции и можем своевременно спрогнозировать возможные нарушения. По ряду критериев мы можем увидеть предпосылки к негативным сценариям, чтобы предотвратить их, и отслеживать корректную работу оборудования», - говорит Виктор Барудкин.

Импортозамещение на полную мощность

Сегодня модификации ГТЭ-170 могут успешно заменять работающие в России агрегаты иностранных производителей, которые постепенно вырабатывают свой ресурс. Это также решит вопрос сервиса оборудования.

 «ГТЭ-170.2 «Силовых машин» могут быть установлены на электростанциях вместо турбин Siemens SGT5-2000E третьей - седьмой версии, турбин Ansaldo AE94-2, иранских турбин MGT-70, а также турбин Shanghai Electric, изготовленных по лицензии Siemens на базе модели 2000Е – просто снять и поставить. С доработкой можно заменить турбину GT13E2» - рассказал Виктор Барудкин.

Сегодня «Силовые машины» в первую очередь нацелены на поставки для внутреннего рынка, чтобы обеспечить развитие российской энергетики в рамках Энергетической стратегии. В перспективе также могут рассматриваться экспортные контракты.