Производство группы MAPNA: газовая турбина MGT-75 – первая полностью иранская турбина класса F
Гигантский скачок в энергетической отрасли Ирана
В интервью с Аббасом Фахром Табатабаи, руководителем проекта разработки турбин класса F группы MAPNA
Энергетическая отрасль, являясь одной из важнейших инфраструктур каждой страны, всегда находилась в центре внимания. В этом контексте газовые турбины, являющиеся сердцем электростанций, играют ключевую роль в производстве электроэнергии. Учитывая стратегическую важность энергии и растущую потребность в стабильном и эффективном энергоснабжении, развитие отечественных технологий в этой области приобретает особую значимость, особенно в условиях, когда термин «дисбаланс» стал ключевым словом для энергетической политики страны.
Группа MAPNA, как лидер в области строительства электростанций в Иране, сделала важные шаги в развитии технологий газовых турбин. Одним из важнейших достижений стало успешное проектирование и производство газовой турбины MGT-75 класса F внутри страны.
Газовая турбина MGT-75 – первая полностью иранская турбина класса F это важное событие, по словам Аббаса Фахра Табатабаи, директора по развитию продукции компании MAPNA Turbine Engineering and Manufacturing (TOGA) и руководителя проекта разработки турбин класса F группы MAPNA, свидетельствует о высоком потенциале отечественных специалистов в освоении передовых и сложных технологий.
В продолжении этой статьи, которая является результатом беседы с инженером Табатабаи, мы рассмотрим различные аспекты этого большого достижения, включая уникальные характеристики турбины класса F и конкретно турбины MGT-75, преимущества использования этой турбины на электростанциях страны, предстоящие вызовы и перспективу будущего этой технологии в группе MAPNA.
Обзор различных продуктов газовых турбин в MAPNA
Газовые турбины, как важные и ключевые инструменты в энергетическом портфеле стран, играют очень важную роль благодаря широкому спектру их применения, от производства электроэнергии до передачи механической энергии в нефтегазовой промышленности.
Среди технологических преимуществ этих продуктов можно выделить их влияние на производство энергии и расход топлива. Для точного понимания вопроса можно обратиться к производственным моделям и техническим возможностям международных компаний.
В группе MAPNA первые шаги по освоению знаний и технологий производства газовых турбин были предприняты в начале 2000-х годов; прежде всего потому, что газовые турбины и связанное с ними оборудование из-за их широкого применения в различных энергетических областях, включая производство электроэнергии, нефть и газ, играют очень важную роль в различных отраслях промышленности. Это оборудование используется для производства электроэнергии, а также для производства механической энергии для запуска компрессоров, насосов и другого промышленного оборудования. Технология проектирования и производства газовых турбин в развитых странах считается одним из показателей промышленного развития. Эта технология также является одной из важных целей развивающихся стран; поэтому в такой стране, как Иран, с его обширными энергетическими ресурсами и стратегическим положением, овладение этой технологией может быть очень ценным.
Вызовы мировой индустрии газовых турбин
Технология газовых турбин из-за своей технической сложности и стратегической важности ограничена лишь небольшим количеством развитых стран. Эта технология часто развивается путем передачи знаний из авиационной промышленности в наземную промышленность. Кроме того, экономические и политические соображения привели к тому, что лишь несколько компаний в мире занимаются предоставлением продуктов и решений, связанных с газовыми турбинами.
Развитие технологии газовых турбин в Иране
Как было сказано ранее, в начале 2000-х годов произошла передача технологии производства турбин для электростанций от технологических компаний, таких как Siemens. В течение десяти лет группа MAPNA смогла достичь точки технологической независимости благодаря инженерной и производственной деятельности.
Во второе десятилетие деятельности акцент был сделан на исследования и разработки, расширение технических знаний и разработку отечественных продуктов. Одним из важных достижений этого периода стала разработка и усовершенствование газовых турбин класса E, что не только способствовало развитию технологий, но и обеспечило возможность модернизации и внедрения технических улучшений в существующем парке страны.
Роль сотрудничества с научно-ориентированными компаниями MAPNA
Одним из факторов успеха на этом пути стало сотрудничество с университетами и отечественными научно-ориентированными компаниями. Это сотрудничество привело к развитию отечественных технологий и повышению уровня технологической уверенности в области газовых турбин. Кроме того, была проведена валидация и проверка достоверности этих технологий в оперативной и полевой среде.
Зрелость технологий и внутренний потенциал в группе Мапна
В 2017 году Мапна успешно запустила и протестировала на парогазовой электростанции Паранд локализованную турбину класса E с техническими и эксплуатационными усовершенствованиями.
Этот шаг продемонстрировал зрелость технологий и внутренний потенциал в этой области и стал важным шагом на пути к независимости от технологии газовых турбин класса E в тот период.
По словам менеджера по развитию продукции компании по проектированию и производству турбин Мапна (Тога), в продолжение этой деятельности, в то время как в предыдущих продуктах турбин, например, мощность составляла около 157 мегаватт с КПД около 34,5%, группа Мапна смогла увеличить эту цифру до 185 мегаватт с КПД 36%. В этом проекте мы использовали инструменты, образ мышления при проектировании и потенциал инженерной группы Мапна, и были проведены точные полевые оценки.
Инженер Табатабаи продолжает: В тот же период Министерство энергетики и Исследовательский институт энергетики при участии основных игроков этой отрасли в стране разрабатывали документ по стратегической трансформации газовых турбин тяжелого класса и услуг для электростанций. Этот документ был сформирован и утвержден при участии высокопоставленных должностных лиц и экспертов, в том числе заместителя генерального директора и директора по технологиям компании Тога, а также других компаний, работающих в этой области, и научных кругов. Целью этого документа было достижение технологии турбин для электростанций класса F к 2025 году.
С 2017 года, после завершения проекта модернизации турбин класса Е, началась деятельность, соответствующая этому документу. Результатом этих усилий стала разработка турбины MGT-75 мощностью 222 МВт и класса F. Целью Мапны было производство полностью локализованной иранской турбины класса F, которая, помимо удовлетворения внутренних потребностей, могла бы быть конкурентоспособной и экспортироваться. Эта турбина была спроектирована и оптимизирована с учетом климатических условий, разнообразия видов топлива и эксплуатационных требований в стране. Кроме того, был разработан комплекс поставок стратегических комплектующих и цепочка поставок внутри группы и страны, что в некотором роде снизило технологические риски.
Классификация газовых турбин
Газовые турбины делятся на несколько классов. Эти классы включают в себя классы E, F и H, а также новые классы, такие как G, H-A и H-L, которые были представлены некоторыми производителями.
Эти классы классифицируются на основе надежности, эффективности и величины генерируемой мощности и включают в себя различные уровни передовых технологий в области аэродинамического проектирования, охлаждения, материалов, методов конструирования и производства, контроля процессов и эксплуатационной гибкости.
Просматривая макропоказатели энергетического сектора, можно отметить, что к концу 2023 года установленная номинальная мощность электростанций страны достигла около 92 тысяч мегаватт. Эта мощность включает в себя возобновляемые, парогазовые, газовые и паровые электростанции. Из этого количества около 50% приходится на газовые турбины, которые играют значительную роль в обеспечении энергоснабжения страны.
В настоящее время на газовые турбины приходится от 48 до 50 тысяч мегаватт номинальной мощности энергосистемы страны. Однако большая часть этих турбин относится к технологиям класса E и ниже и имеет более низкую эффективность. В целом, лишь около 5% номинальной мощности сети приходится на турбины более высокого класса.
По словам менеджера проекта разработки турбин класса F группы Мапна, из примерно 50 тысяч мегаватт газовых турбин только 5 тысяч мегаватт приходится на относительно новые турбины класса F. Другими словами, только одна десятая этой мощности приходится на более передовые технологии. По этой причине программа, которую мы реализуем в настоящее время, заключается в коммерциализации и выводе на рынок новой турбины класса F от Мапна.
Если в течение 5 лет увеличить номинальную установленную мощность турбин класса F с нынешних 5 тысяч мегаватт вдвое, то есть до 10 тысяч мегаватт, то такое увеличение мощности окажет значительное влияние на устранение энергетического дисбаланса и сокращение потребления топлива электростанциями.
Инженер Табатабаи сказал: В этом случае, если новые турбины будут эксплуатироваться в простом цикле, будет сэкономлен эквивалент одного миллиарда кубических метров газа. Если эту мощность добавить в комбинированный цикл, экономия топлива достигнет примерно четырех миллиардов кубических метров газа. Такая экономия, помимо снижения затрат на энергию, также окажет значительную помощь в снижении вредного воздействия на окружающую среду.
Влияние экономической политики на развитие турбин
Финансирование, соответствующее потребностям рынка электроэнергии, то есть доступ к долгосрочным кредитам с низкими процентами или внешним финансовым ресурсам, является одной из проблем, которые до сих пор замедляли развитие передовых электростанций на основе турбин класса F в стране.
Кроме того, субсидирование топлива в энергетическом секторе привело к снижению ценности эффективности на электростанциях, и этот вопрос снизил экономическую привлекательность инвестиций в инфраструктурные области, такие как передовые газовые турбины с высокой эффективностью или другие технологии.
С другой стороны, инвестиции в эти области требуют крупномасштабной и прозрачной политики, поскольку развитие этих технологий требует больших затрат, а возврат инвестиций занимает много времени. Например, процесс строительства и ввода в эксплуатацию электростанции от момента принятия решения до ввода в эксплуатацию занимает около 18 месяцев в простом цикле и около 36 месяцев в комбинированном цикле.
Роль правительства и политиков в этом отношении очень важна. Создание необходимых стимулов для инвесторов, сокращение бюрократических барьеров и обеспечение финансирования являются одними из мер, которые могут помочь развитию этой отрасли. Компании, работающие в этой области, также должны сыграть свою роль в развитии энергетической отрасли страны, предлагая технологические решения и решая инфраструктурные проблемы.
Как уже упоминалось, экономия газа или использование альтернативных видов топлива на электростанциях показывает свою реальную ценность, когда эта энергия передается в другие сектора, такие как промышленность или экспорт. Эта передача может осуществляться из области производства электроэнергии на электростанциях в другие области, такие как бытовые или промышленные применения, и гарантировать оптимизацию энергетических ресурсов.
С технической точки зрения турбины класса F могут обеспечивать технологические преимущества, такие как высокая эффективность и снижение выбросов.
Другой вопрос, который поднимается некоторыми СМИ, — это возможность диверсификации питания газовых турбин. Среди этих видов питания иногда упоминается и факельный газ. Менеджер по развитию продукции компании Тога сказал по этому поводу: Использование нетрадиционных видов топлива, таких как факельные газы (газы, образующиеся в результате сжигания факелов), несмотря на дешевизну этого вида сырья, сопряжено с проблемами. Эти проблемы включают в себя низкую теплотворную способность этих газов и высокое содержание загрязняющих веществ, которые могут сократить срок службы чувствительных деталей турбины, особенно в горячей зоне, и увеличить затраты на техническое обслуживание.
В целом, использование факельного газа из-за его физических и химических свойств больше подходит для турбин меньшего размера и с более низкой эффективностью. Эти турбины часто используются в промышленных проектах или на местных электростанциях и для распределенной генерации, где надежность и низкая стоимость топлива важнее эффективности.
Что касается крупных и передовых турбин, таких как турбины класса F, использование нетрадиционных видов топлива обычно не является обычным явлением. Этот процесс требует сложной инфраструктуры в верхнем звене, что может быть экономически нецелесообразно для этого типа турбин. В результате использование альтернативных видов топлива в этой области становится менее практичным из-за технических и экономических соображений.
В конечном итоге экономическая ценность топлива и его передача в другие области, такие как экспорт, промышленность или бытовое потребление, является ключевой стратегией управления энергетическими ресурсами. Эта стратегия может помочь наилучшим образом использовать дешевое или малоценное топливо, такое как факельный газ или альтернативные виды топлива, такие как LPG или керосин, на небольших и промышленных электростанциях, в то время как большие и передовые турбины используются для максимального использования природного газа или более качественного топлива.
Затраты на техническое обслуживание газовых турбин класса F
Инженер Табатабай, касаясь вопроса технического обслуживания газовых турбин класса F, по которому приводятся разные цифры, отметил: У нас есть два типа режимов технического обслуживания, которые различаются в зависимости от способа эксплуатации. Один из этих режимов составляет 25 000 часов работы, а другой — 33 000 часов работы. Эти режимы технического обслуживания предназначены для разных турбин разных классов. Каждый из этих режимов технического обслуживания подразделяется на четыре категории для проверки и ремонта: мелкие проверки, проверки горячей зоны, капитальный ремонт и капитальный ремонт с целью продления срока службы (LTE).
В целом, после примерно 100 000 часов работы мы имеем период капитального ремонта для продления срока службы газовой турбины и деталей, который включает в себя замену большего количества деталей, чем при капитальном ремонте. Разделение этих периодов выглядит следующим образом: 25 000 часов, 50 000 часов, 75 000 часов и 100 000 часов, каждый из которых требует различных мер по техническому обслуживанию. Например, в турбинах класса F режим технического обслуживания обычно составляет 25 000 часов. В то время как на некоторых электростанциях периоды технического обслуживания турбин класса F планируются с кратностью 33 000 часов работы.
Однако на некоторых электростанциях, где турбины были поставлены без поддержки отечественного производителя, существуют проблемы с уровнем готовности и поставками стратегических запасных частей. Эти проблемы могут привести к сокращению непрерывной работы и возникновению проблем в процессе эксплуатации. Но важным моментом является то, что мы создали условия для поставки и производства запасных частей для всех типов турбин класса F в стране.
Одним из основных преимуществ технологии в турбинах класса F является использование горячих деталей и передовых технологий изготовления лопаток. Например, Мапна использует точное литье (Single Crystal) и направленную кристаллизацию для производства деталей. Эта технология позволяет нам производить высококачественные и крупногабаритные детали для турбин класса F.
В настоящее время в группе Мапна есть возможность поставлять и производить эти детали с применением передовых технологий, что может помочь улучшить и управлять затратами, связанными с ремонтом и техническим обслуживанием турбин, хотя расходы не могут быть снижены в значительной степени.
Разрушение монополии в производстве деталей турбин класса F
Уровень технологий в области производства деталей турбин класса F очень высок, что обусловлено используемыми материалами, высокой точностью изготовления, объемом механической обработки и сложностью технологических процессов. Операции в этой области имеют высокую сложность, и их затраты, естественно, высоки. Однако Mapna смогла преодолеть монополию в производстве литых деталей для этих турбин и сделала возможным наличие этих деталей по разумной и экономичной цене для промышленности страны.
По словам менеджера проекта по развитию турбин класса F группы Mapna, это изменение в производственном процессе позволяет нам предоставить рациональное и экономичное решение для поставки необходимых деталей и поддержания готовности электростанций. Одним из важнейших моментов в этой области является способность Mapna поставлять детали вовремя, что обеспечивает непрерывную эксплуатацию передовых электростанций.
В отношении компонентов системы сгорания и деталей, используемых в этих турбинах, следует отметить, что эти детали подвергаются воздействию горячих газов с температурой от 1500 до 1600 градусов Цельсия. Поэтому при их изготовлении необходимо использовать специальные сплавы, способные выдерживать такие температуры. Комбинация этих сплавов с технологиями охлаждения и керамическими материалами увеличивает срок службы деталей.
Например, технологии охлаждения и использование термостойких керамических материалов в сочетании со специальными и передовыми покрытиями позволяют горячим деталям работать при высоких температурах в течение более длительного времени. В конечном итоге эти методы позволяют деталям, которые в среднем работают при температуре от 900 до 950 градусов Цельсия, иметь более длительный срок службы.
В результате более высокие затраты на ремонт турбин класса F по сравнению с турбинами с более низким уровнем технологий в некоторой степени оправданы. Эти затраты компенсируются в долгосрочной перспективе за счет более высокой эффективности и снижения расхода топлива.
Как правило, в глобальном масштабе около 70 процентов затрат на производство электроэнергии приходится на стоимость топлива. Поэтому, учитывая важность управления затратами, устойчивости и оптимизации процессов производства и изготовления, Mapna всегда стремится предоставлять комплексные решения для восстановления ключевых деталей передовых турбин и завершения цепочки создания стоимости ремонта внутри страны.
MGT-75 - первая полностью иранская турбина класса F
В настоящее время мы находимся на пороге презентации первой полностью иранской турбины класса F (MGT-75). Эта турбина имеет очень высокий технологический уровень и занимает хорошую конкурентную позицию в мире в области газовых турбин. В частности, эта турбина является одной из самых эффективных и производительных в своем диапазоне мощности в мире. Целью Mapna было то, чтобы турбина MGT-75 могла иметь самую высокую достижимую эффективность при мощности около 220 мегаватт, и в то же время могла использовать водород в сочетании с природным газом в соответствии с новейшими мировыми продуктами в этой отрасли.
Турбины класса F группы Mapna очень эффективны в производстве электроэнергии из-за их высокой эффективности, большей надежности и меньшего воздействия на окружающую среду. На каждый процент увеличения эффективности газовой турбины приходится снижение выбросов CO₂ примерно на 2,5% при производстве электроэнергии, что является большим достижением в электроэнергетике страны. Это означает, что разница в эффективности между классами F и E составляет около 4%. С помощью этой технологии в течение пяти-десяти лет мы сможем предпринять большие шаги по улучшению производства электроэнергии и снижению ее воздействия на окружающую среду в стране.
В процессе разработки турбины MGT-75 технологии и инструменты проектирования и производства были полностью модернизированы на местном, иранском уровне. Mapna удалось достичь более высокого уровня не только в области проектирования программного и аппаратного обеспечения, но также в кадровом обеспечении и производственных мощностях. Эти достижения позволяют нам использовать эти возможности в других проектах, таких как проектирование и разработка турбин для нефтяных месторождений на юге страны.
Инженер Табатабай, менеджер по разработке продукции компании Тога, говорит: В настоящее время в стране установлено около 15 турбин класса F, и вскоре будет добавлена еще одна турбина. Стратегические детали этих турбин также производятся на местном уровне, и благодаря точной поддержке мы можем полностью охватить этот парк. Кроме того, группа Mapna обеспечила возможности и знания для ремонта и обслуживания этих турбин до уровня капитального ремонта внутри страны.
В конечном итоге, после удовлетворения внутренних потребностей страны и с учетом имеющегося потенциала, экспорт инженерных услуг и передовых деталей этих турбин может стать отличной возможностью для получения иностранной валюты и удовлетворения потребностей рынков электроэнергии и энергии в регионе. В целом, Mapna смогла предпринять позитивные шаги в этом направлении для нашей любимой страны Ирана, и мы надеемся, что специалисты группы Mapna, как всегда, будут играть важную и конструктивную роль в будущем промышленности страны.