Портрет на фоне бесконечного вращения
Снижение темпов глобального потепления требует разработки новых энергосберегающих технологий. Одна из немаловажных задач в решении этой проблемы — повышение КПД тепловых электрических станций.
Первым делом — КПД
За создание паровых турбин нового поколения мощностью 325 МВт коллектив ученых, конструкторов и руководителей предприятий и организаций теплоэнергетической отрасли в 2009 г. был удостоен Государственной премии Украины в области науки и техники.
Оборудование украинских ТЭС работает по 30—40 лет и, естественно, не обеспечивает современных показателей экономичности, маневренности и надежности. Устаревшее морально и физически, оно требует практически полной замены либо модернизации.
— Наша работа как раз и направлена на решение этой важнейшей научно-технической задачи, — говорит заведующий отделом общетехнических исследований в энергетике Института проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного член-корреспондент НАНУ Анатолий Тарелин. — Мы видим его в создании и внедрении высокоэффективных и надежных турбин нового поколения, которые могут использоваться как при строительстве новых теплоэлектростанций, так и при модернизации действующих ТЭС. Причем благодаря сохранению конструктивной схемы турбина нового поколения легко устанавливается на фундамент взамен прежнего агрегата.
Практика подтверждает это. К примеру, в рамках долгосрочной программы реконструкции энероблоков украинских теплоэлектростанций ООО «Востокэнерго» модернизация старых турбин К-300-240-2 проведена на Зуевской ТЭС. Блок №2 с новой турбиной введен здесь в эксплуатацию в декабре 2008 года. После реконструкции его мощность возросла на 25 МВт, КПД увеличился на 5%, что позволяет существенно снизить расход топлива. Финансовые затраты на модернизацию турбин в несколько раз меньше затрат на сооружение нового энергоблока.
— Особое внимание конструкторы ОАО «Турбоатом» и мы уделили созданию рабочей лопатки последней ступени турбины с активной частью большой длины, — продолжает Анатолий Тарелин. — Она обеспечивает высокие технико-экономические показатели в широком диапазоне режимов работы. Кстати, мы не останавливаемся на достигнутом. Сейчас разрабатываются новые конструкции лопаток, которые позволят исключить один из цилиндров низкого давления — а это экономия сотен тонн дорогостоящего металла!
Разработки сотрудников возглавляемого им отдела общетехнических исследований в энергетике Анатолий Алексеевич презентовал в брошюре «Энерго- и ресурсосберегающие технологии в энергетике и энергомашиностроении». Многие из них сопровождаются отметкой: «аналогов не имеет».
К примеру, существует проблема, касающаяся цилиндра низкого давления, где рабочая среда — влажный пар (парокапельная среда). Переохлаждение пара может привести к поломке рабочих лопаток турбины. В ИПМаш НАН Украины ведутся работы по созданию специальной технологии ионизации пара. Она повышает мощность паровой турбины и обеспечивает экономический эффект 1—2 млн грн в год только на одном энергоблоке мощностью 300 МВт. Эта технология запатентована в Украине и США (многие новинки ИПМаш испытывает не только на отечественных ТЭС, но и за океаном — на американских станциях Конесвиль и Пейдж).
Еще один немаловажный момент — снижение удельного расхода топлива.
По оценке президента Евроазиатской энергетической корпорации Абдуазима Рустамбаева, внедрение харьковской турбины нового поколения на теплоэлектростанции «Аксу» позволило сэкономить до полумиллиона тонн угля в год.
Суперсверхкритические параметры
Современные паровые турбины работают на сверхкритических начальных параметрах пара. Таковыми принято считать давление 240 атмосфер и температуру 540° С. Действительность же диктует необходимость суперсверхкритических — 300 атмосфер и 600° С. На такие риски еще 30 лет назад шел академик НАНУ, Герой Социалистического Труда, лауреат Государственной премии СССР Леонид Шубенко-Шубин. Тогда под его руководством был создан первый блок СКР-100, рассчитанный на суперсверхкритические параметры.
Подобных турбин в мире пока очень мало. Между тем ученые ставят задачу поднять температуру до 800° С — рост КПД, безусловно, связан с подъемом параметров теплового двигателя. А чем выше КПД, тем меньше топлива надо использовать. Учитывая постоянное подорожание последнего, актуальность задачи перманентно растет.
Одна из модификаций харьковской турбины имеет начальную температуру 560° С и монтируется на Новочеркасской ГРЭС (Россия). Естественно, возникает вопрос о степени накала конкуренции с россиянами.
— Соперничество в хорошем смысле слова было всегда, — говорит заведующий отделом оптимизации процессов и конструкций турбомашин Института проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного член-корреспондент НАНУ Александр Шубенко. — Но каждое предприятие имеет свою нишу. К примеру, если говорить об атомной энергетике, то традиционное отличие питерских турбин для АЭС — быстроходность (3000 об/мин), а харьковские турбины изначально специализировались в качестве тихоходных (1500 об/мин). Зато их конек — надежность.
Турбины нового поколения установлены и эксплуатируются за рубежом: на ТЭС «Аксу» (Казахстан), Новочеркасской ГРЭС (Россия), ТЭС «Нанкин» и ТЭС «Инкоу» (Китай).
Экономический эффект от внедрения турбин и модернизации старого оборудования — свыше двух миллиардов гривень.
Прямая речь
Заведующий отделом оптимизации процессов и конструкций турбомашин Института проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного член-корреспондент НАНУ Александр Шубенко:
— В начале 60-х годов в Харькове были выпущены первые турбины К-300-240. В то время это были уникальные машины — первые турбины на сверхкритические параметры пара. Они были одними из лучших в мире. На сверхкритические параметры тогда решились только Харьковский турбинный завод и американские производители. Паровую турбину нового поколения мощностью 325 МВт можно считать плодом этого могучего древа.
Справка «УТГ»
За создание паровых турбин нового поколения мощностью 325 МВт Государственная премия Украины в области науки и техники присуждена:
Тарелину Анатолию Алексеевичу — члену-корреспонденту Национальной Академии наук Украины, заведующему отделом Института проблем машиностроения имени А.Н.Подгорного НАН Украины;
Шубенко Александру Леонидовичу — члену-корреспонденту Национальной Академии наук Украины, заведующему отделом Института проблем машиностроения имени А.Н.Подгорного НАН Украины;
Субботину Виктору Георгиевичу — кандидату экономических наук, генеральному директору открытого акционерного общества «Турбоатом»;
Левченко Евгению Владимировичу — кандидату технических наук, первому заместителю генерального директора, генеральному конструктору открытого акционерного общества «Турбоатом»;
Швецову Виктору Леонидовичу — главному конструктору открытого акционерного общества «Турбоатом»;
Борисову Николаю Андреевичу — кандидату технических наук, заместителю директора департамента Министерства топлива и энергетики Украины;
Суботовичу Валерию Петровичу — кандидату технических наук, профессору Национального технического университета «Харьковский политехнический институт»;
Туранову Геннадию Юрьевичу — генеральному директору общества с ограниченной ответственностью «Востокэнерго»;
Нагорскому Александру Николаевичу — техническому директору общества с ограниченной ответственностью «Востокэнерго»;
Данилюку Ивану Павловичу — советнику директора структурной единицы «Зуевская ТЭС» общества с ограниченной ответственностью «Востокэнерго».
