Авиация – жми на газ!

Россия лидирует в исследованиях по внедрению газотопливной технологии в авиационную технику. Пока…

Актуальный вопрос повышения оперативной мобильности россиян в значительной степени увязан с возможностями гражданской авиации эту мобильность обеспечить. Объемы пассажироперевозок растут, как и их стоимость. До 30% цены тарифа авиаперевозок занимает стоимость топлива, снижение которой в обозримой перспективе не предвидится. С другой стороны, объем бесцельно сжигаемого газа при нефтедобыче постоянно растет, что приводит не только к потерям ценного сырья, но и к увеличению выбросов вредных веществ в атмосферу. Попутный нефтяной газ является ценнейшим химическим сырьем и высокоэффективным органическим топливом. На это обратил внимание Президент РФ Владимир Путин. Он призвал создавать условия для более рачительного недропользования: «У нас каждый год сжигается более 20 млрд попутного газа, такая расточительность недопустима». Между тем в стране существуют технологии, способные решить обе проблемы разом. О такой уникальной возможности нашему корреспонденту рассказал гендиректор ОАО «Интеравиагаз», действительный член Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского Вячеслав ЗАЙЦЕВ.
– Вячеслав Петрович, активный поиск альтернативы традиционным авиатопливам связан не только с проблемой запредельных цен. Уверен, здесь присутствуют и другие мотивы…
– Их немало, но доминируют два фактора. Нарастающие потребности в мировых перевозках и обусловленное этим увеличение парка автомобильного, железнодорожного, водного и авиационного транспорта требуют все больших энергетических затрат. Накладывает ограничения на эту тенденцию ожидаемое в будущем истощение традиционного энергетического ресурса жидких топлив – нефти, падение ее добычи и связанное с этим уменьшение производства и повышение стоимости вырабатываемых из нее продуктов. С другой стороны, привлекают все большее внимание специалистов и мировой общественности экологические проблемы. Они связаны с опасно возрастающим загрязнением окружающей природной среды от сжигания продуктов переработки нефти.
Определенный вклад в усугубление этих проблем вносит авиация. Она является одним из источников прямого воздействия на атмосферу. Количество веществ в выхлопных газах двигателей летательных аппаратов в 40–50 раз меньше, чем от наземных источников. Однако вследствие того, что эта эмиссия происходит в слоях атмосферы, особенно чувствительных к различным возмущениям – в тропосфере и стратосфере, вопрос о влиянии все увеличивающегося количества летательных аппаратов (ЛА) на атмосферные процессы приобретает в последнее время все большее значение. Кстати, на это обратили внимание лидеры стран большой восьмерки на саммите в Санкт–Петербурге в 2006 г.
Таким образом, у авиации возникает объективная необходимость поиска новых сырьевых ресурсов для производства экологически более чистых и желательно более дешевых топлив, которые, с одной стороны, могли бы являться альтернативой традиционным, с другой – быть достаточно эксплуатационно–пригодными, т. е. не сильно отличаться по своим теплофизическим характеристикам от авиакеросина и авиабензина и не создавать больших проблем для наземных служб топливообеспечения.
– Чем же привлекло ваше внимание именно газомоторное топливо?
– Наша страна является одной из крупнейших в мире по запасам газа. По некоторым оценкам его добыча будет продолжаться значительно дольше, чем нефти. Кроме того, газовое или, как его сейчас называют, газомоторное топливо, экологически чище традиционных топлив. Поэтому в перспективе газ вполне может рассматриваться в качестве основного претендента на роль альтернативы традиционному авиатопливу, особенно для региональных воздушных судов (ВС) гражданской авиации. Кроме того, газомоторное топливо обладает и другими отличными от традиционных авиатоплив теплофизическими характеристиками, использование которых может также положительно повлиять на летно–технические и эксплуатационные характеристики будущих воздушных судов.
– Вы изначально пришли к такому заключению?
– Нет, не сразу. Я начал эти исследования в ЦАГИ еще в начале 60–х годов прошлого столетия в составе группы научных работников и конструкторов, которым было поручено рассмотреть возможность создания стратегического самолета на жидководородном топливе. Но технологии того времени просто не позволяли создать подобный летательный аппарат. Водород – это очень энергетически интересное топливо, но с его внедрением связано довольно много проблем, как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения использования. Более того, современного технологического уровня тоже пока не достаточно для реализации использования водородного топлива на гражданских воздушных судах.
После этого мы просмотрели и проанализировали возможность использования в качестве авиатоплива весь альтернативный ряд и, в частности, низкокипящие углеводородные газы (метан, пропан, бутан и т. д.), которые можно получать из природного и нефтяного газов.
– Судя по результатам, исследования носили прикладной характер.
– Первыми «плодами» наших многолетних изысканий стали экспериментальные ЛА – модификации вертолета Ми–8ТГ на топливе пропан–бутанового ряда и самолета Ту–154 ЛЛ (Ту–155) на метане и водороде. Вертолет полетел в 1987 г., а самолет – в 1988–м, правда, на этих образцах на газе работал только один двигатель, остальные – на авиакеросине.
Следует заметить, что Россия стала первой и до сих пор остается единственной страной, обладающей авиационной газотопливной технологией и поднявшей в небо на ее основе летательные аппараты.
Однако исследования показали, что указанные углеводородные газы отличаются друг от друга по своим теплофизическим свойствам. Это существенным образом может повлиять на конструкцию, энергетику, эксплуатационные особенности и экономику ВС. Причем чем ниже температура кипения и температурный диапазон жидкого состояния газа, тем большее количество проблем придется решать при проведении НИОКР и, следовательно, тем дороже будет обходиться его практическое внедрение и эксплуатация. Отсутствие же явных интегральных преимуществ между рассматриваемыми альтернативными газовыми топливами требует проведения обширных комплексных и дорогостоящих исследований. Однако существующие финансовые возможности не позволяют их реализовать.
– И что, тупик?
– Да нет. В технике тупиков не бывает. Если невозможно «в лоб» решить какую–то задачу, то нужно менять тактику. Понимая это, ЦАГИ и ЦИАМ
разработали новую стратегию проведения исследований и особенно внедрения таких топлив в авиационную технику в условиях ограниченного финансирования. В частности, сравнение теплофизических и эксплуатационных характеристик этих газов позволило сделать вывод, что исследования и внедрение газомоторного топлива целесообразно проводить в несколько этапов: начиная с бутана и пропана, продолжить метаном и только потом внедрять водород.
– Почему именно такая последовательность?
– Мы считаем, что для реализации такой большой, сложной и комплексной задачи, какую поставил перед авиацией Президент России, внедрение в авиацию газомоторного топлива, в том числе сжиженного природного газа (СПГ), который в основном состоит из метана, нужно идти от простого к более сложному. Ведь на борту ЛА газомоторное топливо должно находиться в жидком виде. А пропан–бутан сжижается при умеренно низких температурах либо под небольшим давлением при температурах выше нуля. Поэтому пропан–бутан более удобен в эксплуатационном отношении. При отрицательных температурах его на региональных ВС можно заливать в крыльевые топливные баки вместо штатного авиатоплива (керосина или бензина), а при положительных – в съемные подвесные металлопластиковые цилиндрические баки, немного усиленные. Кроме того, у этого газа также очень широкий температурный диапазон нахождения в жидком состоянии, соизмеримый с авиакеросином, что также влияет на его эксплуатационную безопасность по сравнению с другими газами.
Метан (СПГ) и водород – это криогенные газы, т. е. в жидком состоянии при нормальном давлении они могут находиться только при очень низких температурах (ниже минус 1600 оС и 2500 оС соответственно) в специальных теплоизолированных баках. К тому же у них очень узкий температурный диапазон жидкого состояния, что значительно усложняет условия их эксплуатации.
– Это подтвердила хроника практических дел?
– Да, результаты полетов экспериментальных ЛА, особенно Ми–8ТГ, оказались положительными. В частности, полеты вертолета показали, что при переходе на газомоторное топливо пропан–бутанового ряда его характеристики остаются практически неизменными, а некоторые даже улучшаются (в том числе и при эксплуатации в условиях пониженных температур). Модификация вертолета и двигателей в двухтопливный вариант достаточно проста и может быть выполнена на любом авиаремонтном предприятии при наличии комплектующих изделий в течение двух–трех недель. Обслуживание вертолета на газовом топливе мало чем отличается от обычного.
Дальнейшие проработки институтов и самолетостроительных ОКБ показали, что такое топливо при определенных условиях можно применять и на самолетах, особенно региональных – Ан–2(3), Як–40, Ил–114(112), Ту–136 и т. д., как с газотурбинными, так и с поршневыми двигателями, а также на других транспортных средствах.
В 1986 г., после проведения на ленинградском заводе им В.Я. Климова успешных испытаний на газовом топливе вертолетного двигателя ТВ2–117, вышло постановление Госкомитета по науке и технике СССР, утвердившее «План научно–исследовательских и опытно–конструкторских работ на 1986–1990 гг. по созданию вертолетов с силовой установкой, работающей на газовом топливе, для эксплуатации в нефтедобывающих регионах Севера и Сибири».
В 1989–1990 гг. техническое задание на разработку вертолета Ми–8ТГ с двигателями ТВ2–117ТГ было утверждено МАП–МГА и подготовлен проект постановления ВПК при Совмине СССР о создании вертолета Ми–8ТГ. В 1991 г. организациями – участниками работы по комплексной реализации данного инновационного проекта было создано ОАО «Интеравиагаз», основной задачей которого была координация исследовательских и опытно–конструкторских работ различных профессиональных групп.
В 1991 г. были уточнены технические условия (ТУ–39–1547–91) на опытно–промышленную партию авиационного сконденсированного топлива (АСКТ), которое является достаточно дешевым в производстве по отношению к авиакеросину. Его стоимость близка к стоимости автопропана, так как оно вырабатывается из того же сырья и на том же оборудовании.
В следующем году правительством была утверждена ФЦП «Развитие гражданской авиационной техники России до 2000 г.» которой было предусмотрено создание вертолета Ми–8ТГ с двигателями ТВ2–117ТГ. В протоколе макетной комиссии была подчеркнута «актуальность проблемы и важность ее реализации для экономики РФ». Комиссия посчитала необходимым ускорить проведение работ по созданию данного вертолета и завершить постройку первого опытного образца в 1993 г.
В середине 90–х годов в ОАО «Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля» при активном участии ОАО «Интеравиагаз» был создан и прошел начальный этап испытаний первый в мире опытно–промышленный (предсерийный) образец вертолета Ми–8ТГ, оба двигателя которого могли работать как на АСКТ, так и на обычном авиакеросине, а также на их смесях в любой пропорции. Осенью 1995 г. двухтопливный вертолет был продемонстрирован в полете на «Международном аэрокосмическом салоне» в Жуковском и, учитывая его уникальность (подобных летательных аппаратов ни в России, ни за рубежом не имеется), привлек внимание специалистов и прессы. Разработка «газового» вертолета, или, как его потом окрестила пресса, «газолета», получила более 20 номинаций и наград на различных выставках.
– Оставалось только развивать инициативу…
– В 1995 г. Россия была «впереди планеты всей» в исследованиях по внедрению газотопливной технологии в авиационную технику. Ведь за рубежом только относительно недавно озаботились безрадостными сырьевыми и экологическими перспективами продолжения использования авиакеросина и занялись поиском альтернативы ему. Однако финансирование работ по указанной выше ФЦП практически сразу после демонстрации вертолета на авиасалоне прекратилось, а ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля» и ОАО
«Интеравиагаз» не смогли привлечь к проекту сколько–нибудь значительные средства. Проект не получил финансирования и по ФЦП «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002–2010 гг. и на период до 2015 г.», хотя с огромными усилиями он был в нее включен. Кто–то в середине прошлого десятилетия его просто вычеркнул из программы. Наверное, решили сэкономить. А не будь этого, в настоящее время уже сотни двухтопливных воздушных судов могли бы летать на более дешевом сжиженном газе, экономя дорогой авиакеросин. Да и попутный нефтяной газ не горел бы зря. Так страна расплачивается за недальновидность прежних руководителей авиа-
ционной промышленности.
Поэтому «рывок в небо» пока единственного в мире вертолета Ми–8ТГ, работающего на газовом топливе, затянулся почти на 20 лет. И это несмотря на то, что проект двухтопливного вертолета–газолета имеет высокую степень готовности и при реализации может дать для страны и бизнеса не только высокий коммерческий и экологический, но и большой мультипликативный эффект.
– Полагаете, многое упущено?
– Создание региональных двухтопливных вертолетов и самолетов не только позволит диверсифицировать снабжение авиационной техники различными видами топлива, понизить авиатариф и уменьшить издержки при освоении новых месторождений Севера, Сибири, Дальнего Востока и Арктики. Оно будет способствовать сокращению или даже полному исключению бюджетных и других субсидий на поддержку авиаперевозок или, наоборот, позволит расширить их на другие группы населения, решая при этом важную социальную проблему – у людей появится реальная возможность активно пользоваться авиационным транспортом из–за его финансовой доступности. Оно также даст возможность улучшить экологическую обстановку в регионах, рационально утилизировать попутный нефтяной газ (ПНГ) в местах его добычи и создать новый рынок продуктов его переработки.
Проект создания двухтопливных ВС носит инновационный, прорывной, эвристический характер и способствует энергоэффективности и энергосбережению ресурсов страны и, главное, имеет большое значение для развития региональной авиатранспортной системы, особенно для труднодоступных и малонаселенных регионов России. Кроме того, его внедрение могло бы послужить наглядной демонстрацией восстановленных возможностей отечественной авиационной науки и промышленности в реализации новых прорывных направлений в развитии авиационной техники. Ведь пока еще приоритет в создании высококонкурентных продуктов: экологически чистых авиатоплива и воздушного транспорта (чем озабочена – Clean Sky – в настоящее время Европа и Америка) за Россией! Широкому внедрению газотопливных воздушных судов можно придать и политическое, имиджевое для России значение, так как предлагаемая инновация полностью отвечает целому ряду международных документов по энергоэффективности, энергосбережению, экологии и другим, подписанным руководством России.
К сожалению, отечественные разработки по использованию газомоторного топлива в авиации игнорируются еще и на том основании, что за рубежом этого нет. Но за рубежом нет и Сибири, в которой в труднейших условиях с огромной потерей попутного газа добывается энергетическое сырье! А основным видом транспорта в Сибири и других труднодоступных регионах является авиация. Доказано, что из этого газа там, на месте, можно получать АСКТ, которое дешевле, экологичнее и не хуже существующих авиатоплив. Но тем не менее с завидным упорством мы гоним по трубам в промышленную часть России нефть, перерабатываем ее в авиакеросин и везем обратно в труднодоступные регионы (составляющие 60–70% территории страны) это дорогое топливо, дорожающее еще из–за транспортной составляющей, а газ сжигаем в факелах. Где логика? Дикость! Очевидно, с точки зрения российского чиновника, проще ориентироваться на западные разработки: они же там, за границей, не дураки! А в своем
отечестве, как говорится, пророка, нет.
В нашей стране традиционно принято гордиться приоритетами. Но эта гордость носит какой–то странный характер. Что–то изобретаем, а потом смотрим: не слишком ли мы вырвались вперед? И удивляемся, почему это за рубежом до этого не додумались. Что там, глупее нас люди? (Кстати, любимый вопрос чиновников.) И ждем, когда на Западе или на Востоке внедрят это изобретение, тогда и займемся привычным для нас делом – бежать вслед под старым лозунгом: «Догнать и перегнать» или покупать технологии в обмен на наши нефть и газ.
Боюсь, что это же случится и с газолетами.
– Что представляет собой АСКТ и как соотносится в цене с авиационным керосином?
– Авиационное сконденсированное топливо – АСКТ (ТУ 39–1547–91) представляет собой смесь углеводородных газов, среди которых доминирует бутан. Технология производства АСКТ отработана в НИПИгазпереработка. АСКТ можно получать из широкой фракции легких углеводородов – ШФЛУ (товарный продукт газоперерабатывающих заводов), вырабатывать на нефтеперерабатывающих заводах, в пунктах осушки природного газа, а также непосредственно на нефтепромыслах или в специально оборудованных точках по трассе продуктопровода ШФЛУ с использованием малогабаритных блочных установок (МГБУ). Практически на всех предприятиях нефте– и газопереработки, на которых имеются ректификационные колонны и производится автопропан или пропан для хозяйственных нужд, после небольшой их переналадки можно получать и АСКТ. В частности, по данным Газпрома, только Сургутский завод стабилизации конденсата может организовать производство и поставку АСКТ ежегодно в количестве 150–200 тыс. тонн.
Для нефтегазовой промышленности и наземного транспорта перевод воздушного транспорта на газ интересен тем, что при промышленном производстве АСКТ из ШФЛУ можно реализовать безотходную технологию и получать на том же оборудовании соизмеримое с АСКТ количество автопропана марок ПА, ПБА или СПБТ.
АСКТ по ряду эксплуатационных показателей превосходит авиакеросин. Например, при низких температурах окружающей среды оно будет обеспечивать значительно лучшие пусковые свойства двигателя. Газовое топливо экологически чище и менее агрессивно, чем керосин, так как в нем практически отсутствуют сернистые соединения, ароматические и непредельные углеводороды, смолы и другие вредные вещества, имеющиеся во многих нефтяных топливах. Цена АСКТ должна быть соизмерима с ценой автопропана (общая сырьевая база – ПНГ и аналогичное оборудование для производства), то есть в 1,5–2,5, а на «северах» – в 3–4 раза дешевле авиакеросина!
– Газолет безопаснее обычного вертолета?
– АСКТ, так же как и другие топлива и газы, взрывается только в закрытом пространстве, в открытом – оно просто горит. В топливных баках вертолета АСКТ не контактирует с атмосферой (закрытый дренаж). Поэтому в надтопливном пространстве баков с АСКТ, в отличие от баков существующих летательных аппаратов с открытым дренажем, отсутствует кислород и не требуется применять какие–либо противопожарные меры, т. к. вероятность взрыва исключена.
В аварийных ситуациях в случае разгерметизации бака с АСКТ оно будет испаряться и уноситься ветром, а не разливаться по земле, как это происходит с авиакеросином.
Кроме того, выхлоп авиадвигателей, работающих на АСКТ, экологически чище, чем у существующих двигателей. Но об экологичности пропан–бутана я упоминал выше.
– Перевод вертолетов и самолетов на газ несет стране, особенно ее северным регионам, включая Арктику, значительные экономические и социальные выгоды. И тем не менее проект газолета так до сих пор и не реализован. Как вы думаете, почему?
– Причин много. В частности, разработку и внедрение такого крупного многоструктурного комплексного инновационного проекта, каким является создание вертолетов на газовом топливе и наземных служб их топливо-
обеспечения, не согласится профинансировать ни одна крупная авиационная или нефтяная компания и даже ни один регион, так как затраты могут оказаться слишком высокими даже для недотационной территории. Кроме того, в некоторых регионах существуют опасения, что в случае успешной реализации инновации по получению альтернативного авиационного топлива из местного сырья у них могут уменьшить или даже прекратить поставки авиакеросина по «северному завозу».
Другой причиной является, как ни странно, многофакторность предлагаемой инновации. Ее реализация зависит от скоординированной работы предприятий нескольких министерств, каждое из которых в той или иной мере должно получить от этого определенный эффект. В частности, разработка и производство вертолетов находится в ведении Минпромторга, производство АСКТ – в ведении Мин-
энерго, авиаотряды курирует Минтранс, территории субъектов внедрения данной инновации – в ведении теперь уже бывшего Минрегионразвития, а распределяет и контролирует финансирование проектов – Минэкономразвития. Я уже не говорю о потенциальном интересе к возможности снизить свои издержки подразделений Минобороны, МЧС, МВД, Минсельхоза и др.
Опыт совместной работы над общегосударственными проблемами по согласованному плану, сформированному на основе взаимной договоренности, нескольких министерств в России невелик. Поэтому, соглашаясь с важностью рассматриваемой инновации для комплексного решения большой государственной задачи, министерства не торопятся проявлять инициативу. В качестве примера можно привести длящийся много лет диалог предприятий двух министерств – Минпромторга и Минэнерго. Предприятия первого ведомства заявляют, что готовы разработать вертолеты на газовом топливе на определенных условиях, одним из которых является наличие организации производства АСКТ. Со своей стороны Минэнерго утверждает, что нет проблем в организации производства авиагаза и «…при реализации промышленного производства самолетов и вертолетов, использующих АСКТ, Минэнерго России совместно с заинтересованными нефтяными компаниями готово наладить промышленное производство сконденсированного пропан–бутанового топлива для удовлетворения спроса». Полное согласие по всем пунктам, кроме одного: кто должен сделать первый шаг.
Дополнительной тормозящей особенностью является принятая в стране система бюджетного финансирования, которая носит специфический отраслевой характер. Она также затрудняет взаимодействие министерств, которым сложно выделить из получаемых от бюджета средств какую–то его часть для решения межведомственной задачи, выполнять которую, по большому счету, никто не обязывает.
Понятно, что в таких условиях организовать совместную работу нескольких регионов и предприятий не двух, а большего числа министерств и ведомств без команды сверху невозможно. Однако получить от руководства страны указания о проведении хотя бы обсуждения необходимости и возможности реализации рассматриваемой инновации проблематично.
В результате работа над перспективной прорывной инновацией, которая могла бы стать основой экономического и социального подъема северных, сибирских, дальневосточных и арктических регионов, фактически оказалась заблокированной на много лет. Хотя имеющийся задел позволяет за два–три года завершить начатые работы и подготовить документацию для запуска двухтопливных вертолетов, да и самолетов в серийное производство или переоборудования части существующего парка воздушных судов для работы и на газомоторном топливе. И это в то время, когда региональная авиация становится все более недоступной из–за вырастающих цен на авиабилеты, обусловленных высоким темпом роста стоимости авиакеросина, нефтяной газ сжигается в факелах, а правительство и регионы вынуждены выделять многомиллиардные средства на субсидирование авиаперевозок!
Определенную надежду на решение этого вопроса дает недавнее поручение Президента России о внедрении газомоторного топлива на транспортных средствах и указание правительства по вопросу расширения использования газа, включая сжиженный природный газ, в качестве моторного топлива на транспортных средствах, в том числе и на авиационном транспорте.
В настоящее время проходит подготовительный этап этой работы. Согласно Комплексному плану, утвержденному Правительством РФ в прошлом году, соответствующие министерства и ФАС в конце 2014 года должны разработать государственную программу внедрения газомоторной техники с разделением на отдельные подпрограммы по автомобильному, железнодорожному, морскому, речному, авиационному транспорту и техники специального назначения (сельскохозяйственной, погрузо–разгрузочной и т. д.). В частности, для этой цели в Минтрансе России из представителей транспортных организаций и министерств создана межведомственная рабочая группа по внедрению газомоторного топлива, которая работает под руководством замминистра Алексея Цыденова.

Шамиль БАЙБЕКОВ,
обозреватель «ТР»

23.10.14