Портрет на тлі нескінченного обертання
Зниження темпів глобального потепління вимагає розроблення нових енергозбережних технологій. Одне з немаловажливих завдань у розв’язанні цієї проблеми — підвищення ККД теплових електричних станцій.
Щонайперше — ККД
За створення парових турбін нового покоління потужністю 325 МВт колектив учених, конструкторів і керівників підприємств та організацій теплоенергетичної галузі в 2009 р. був визнаний гідним Державної премії України в галузі науки й техніки.
Обладнання українських ТЕС працює по 30—40 років і, звичайно, не забезпечує сучасних показників економічності, маневреності та надійності. Застаріле морально й фізично, воно вимагає майже повної заміни або модернізації.
— Наша робота саме й спрямована на розв’зання цього найважливішого науково-технічного завдання, — говорить завідувач відділу загальнотехнічних досліджень у енергетиці Інституту проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного член-кореспондент НАНУ Анатолій Тарелін. — Ми бачимо його у створенні та впровадженні високоефективних і надійних турбін нового покоління, які можуть використовуватися як при будівництві нових теплоелектростанцій, так і при модернізації діючих ТЕС. Причому завдяки збереженню конструктивної схеми турбіна нового покоління легко встановлюється на фундамент замість колишнього агрегату.
Практика підтверджує це. Приміром, у рамках довгострокової програми реконструкції енергоблоків українських теплоелектростанцій ТОВ «Східенерго» модернізація старих турбін К-300-240-2 проведена на Зуївській ТЕС. Блок №2 з новою турбіною введений тут у експлуатацію в грудні 2008 року. Після реконструкції його потужність зросла на 25 МВт, ККД збільшився на 5%, що дозволяє істотно знизити витрату палива. Фінансові витрати на модернізацію турбін у кілька разів менше витрат на спорудження нового енергоблоку.
— Особливу увагу конструктори ВАТ «Турбоатом» і ми приділили створенню робочої лопатки останнього ступеня турбіни з активною частиною великої довжини, — веде далі Анатолій Тарелін. — Вона забезпечує високі техніко-економічні показники в широкому діапазоні режимів роботи. До речі, не зупиняємося на досягнутому. Зараз розробляються нові конструкції лопаток, які дозволять обійтися без циліндрів низького тиску — а це економія сотень тонн дорогого металу!
Розробки співробітників очолюваного ним відділу загальнотехнічних досліджень у енергетиці Анатолій Олексійович презентував у брошурі «Енерго- і ресурсозбережні технології в енергетиці та енергомашинобудуванні». Багато з них супроводжуються оцінкою: «аналогів не має».
Приміром, є проблема, яка стосується циліндра низького тиску, де робоче середовище — волога пара (парокрапельне середовище). Переохолодження пари може призвести до поломки робочих лопаток турбіни. В ІПМаш НАН України ведуться роботи зі створення спеціальної технології іонізації пари. Вона підвищує потужність парової турбіни й забезпечує економічний ефект 1—2 млн грн на рік тільки на одному енергоблоці потужністю 300 МВт. Ця технологія запатентована в Україні та США (багато новинок ІПМаш випробовує не тільки на вітчизняних ТЕС, а й за океаном — на американських станціях Конесвіль і Пейдж).
Ще один немаловажливий момент — зниження питомої витрати палива.
За оцінкою президента Євроазіатської енергетичної корпорації Абдуазіма Рустамбаєва, упровадження харківської турбіни нового покоління на теплоелектростанції «Аксу» дозволило за рік заощадити до півмільйона тонн вугілля..
Супернадкритичні параметри
Сучасні парові турбіни працюють на надкритичних початкових параметрах пари. Такими вважають тиск 240 атмосфер і температуру 540°С. Дійсність же диктує необхідність супернадкритичних 300 атмосфер і 600° С. До таких ризиків ще 30 років тому вдався академік НАНУ, Герой Соціалістичної Праці, лауреат Державної премії СРСР Леонід Шубенко-Шубін. Тоді під його керівництвом був створений перший блок СКР-100, розрахований на супернадкритичні параметри.
Таких турбін у світі поки дуже мало. Тим часом учені ставлять завдання підвищити температуру до 800° С — зростання ККД, безперечно, пов’язане з підвищенням параметрів теплового двигуна. А що вище ККД, то менше палива треба використовувати. З огляду на постійне подорожчання останнього актуальність завдання весь час зростає.
Одна з модифікацій харківської турбіни має початкову температуру 560° С і монтується на Новочеркаській ГРЕС (Росія). Звичайно, постає питання про ступінь напруження конкуренції з росіянами.
— Суперництво в хорошому значенні слова було завжди, — говорить завідувач відділу оптимізації процесів та конструкцій турбомашин Інституту проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного член-кореспондент НАНУ Олександр Шубенко. — Але кожне підприємство має свою нішу. Приміром, якщо говорити про атомну енергетику, то традиційна відмінність пітерських турбін для АЕС — швидкохідність (3000 об/хв), а харківські турбіни завжди спеціалізувалися як тихохідні (1500 об/хв). Зате їхній коник — надійність.
Турбіни нового покоління встановлені та експлуатуються за кордоном: на ТЕС «Аксу» (Казахстан), Новочеркаській ГРЕС (Росія), ТЕС «Нанкін» і ТЕС «Інкоу» (Китай).
Економічний ефект від упровадження турбін та модернізації старого обладнання — понад два мільярди гривень.
Пряма мова
Завідувач відділу оптимізації процесів та конструкцій турбомашин Інституту проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного член-кореспондент НАНУ Олександр Шубенко:
На початку 60-х років у Харкові були випущені перші турбіни К-300-240. У той час це були унікальні машини — перші турбіни на надкритичні параметри пари. Вони були одними з кращих у світі. На надкритичні параметри тоді зважилися тільки Харківський турбінний завод і американські виробники. Парову турбіну нового покоління потужністю 325 МВт можна вважати плодом цього велетенського дерева.
Довідка «УТГ»
За створення парових турбін нового покоління потужністю 325 МВт Державну премію України в галузі науки і техніки присуджено:
Тареліну Анатолію Олексійовичу — члену-кореспонденту Національної Академії наук України, завідувачу відділу Інституту проблем машинобудування імені А.М.Підгорного НАН України;
Шубенку Олександру Леонідовичу — члену-кореспонденту Національної Академії наук України, завідувачу відділу Інституту проблем машинобудування імені А.М.Підгорного НАН України;
Суботіну Віктору Георгійовичу — кандидату економічних наук, генеральному директору відкритого акціонерного товариства «Турбоатом»;
Левченку Євгену Володимировичу — кандидату технічних наук, першому заступнику генерального директора, генеральному конструктору відкритого акціонерного товариства «Турбоатом»;
Швецову Віктору Леонідовичу — головному конструктору відкритого акціонерного товариства «Турбоатом»;
Борисову Миколі Андрійовичу — кандидату технічних наук, заступнику директора департаменту Міністерства палива та енергетики України;
Суботовичу Валерію Петровичу — кандидату технічних наук, професору Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут»;
Туранову Геннадію Юрійовичу — генеральному директору товариства з обмеженою відповідальністю «Східенерго»;
Нагорському Олександру Миколайовичу — технічному директору товариства з обмеженою відповідальністю «Східенерго»;
Данилюку Івану Павловичу — раднику директора структурної одиниці «Зуївська ТЕС» товариства з обмеженою відповідальністю «Східенерго».
