Энергия будущего

Эксперты считают, что в ближайшие 25 лет доля атомной энергии в энергобалансе России вырастет до 25% — по итогам 2019 года она составляла 19%.
В России на сегодняшний день крупнейшими производителями основного генерирующего оборудования являются петербургские предприятия: на ЛМЗ изготавливают практически все типы турбин для атомных, тепловых, гидравлических электростанций, на «Электросиле» производят генераторы.

* Скрин с "Фонтанки"
На атомной электростанции электричество вырабатывается при использовании энергии, которая образуется в ходе контролируемой ядерной реакции.
Топливом является обогащенный уран.
Упрощенно процесс получения электроэнергии на АЭС организован так.
При ядерной реакции выделяется тепло.
С помощью насоса теплоноситель (вода, жидкий металл и др.) прокачивается через реактор,
где нагревается за счет этого тепла.
Теплоноситель отдает тепло воде второго контура, испаряет ее в парогенераторе, а затем, охладившись, вновь поступает в реактор.
Выработанный в генераторе пар под давлением направляется в паровую турбину и подается на лопатки ее ротора.
Это приводит роторы в движение, и они вращаются.
В одной турбине может быть несколько соединенных в единый валопровод роторов, который, в свою очередь, приводит в движение ротор турбогенератора.
На этом этапе механическая энергия движения превращается в электрическую.
Отработавший пар конденсируется и в виде питательной воды вновь подается в парогенератор.
Таким образом, паровая турбина является важнейшей частью машинного зала любой АЭС.

Первая отечественная паровая турбина была изготовлена на Металлическом заводе в Петербурге в 1907 году, мощность ее составляла всего 200 кВт.

Принятый после революции план ГОЭЛРО потребовал новых, более мощных энергетических установок, и уже в 1927 году на Ленинградском Металлическом заводе произвели турбину в 50 раз большей мощности — 10 МВт. К 1938 году единичная мощность турбин достигла 100 МВт.
После войны в Ленинграде изготовили первые в Европе экземпляры мощностью 150 МВт, получившие название «турбин мира» — в честь Стокгольмского воззвания в защиту мира.
Мощности паровых турбин росли, и в конце 1970-х годов было принято решение создать на базе ЛМЗ инновационную и менее металлоёмкую быстроходную машину.

В 1984 году изготовлена первая паровая турбина – К-1000-60/3000 мощностью 1000 МВт для Ровенской АЭС (Украина).
Начато производство мощных и быстроходных турбоагрегатов для атомной энергетики.
Сегодня быстроходными турбинами ЛМЗ укомплектованы более 30 энергоблоков атомных электростанций в России, странах бывшего СССР, а также по всему миру.

По частоте вращения паровые турбины для мощных блоков АЭС бывают двух видов — быстроходные и тихоходные.
Первые паровые турбины для АЭС были быстроходными, а затем с увеличением мощности и расхода пара через турбину обе технологии развивались и совершенствовались параллельно.

Традиционно Ленинградский Металлический завод производил быстроходные агрегаты различной мощности для ТЭС и АЭС.

По мере развития атомной энергетики растет и единичная мощность турбоустановок.
Когда она достигает значений более 1000 – 1200 МВт, то по ряду факторов становится целесообразным использование именно тихоходных турбин.

* Скрин с "Фонтанки"
Принципиальное отличие — в количестве оборотов, которое совершает ротор за минуту.
Для быстроходной турбины — это 3000 оборотов, для тихоходной — в два раза меньше, 1500.
При этом быстроходная турбина так же надежна, хотя имеет большую скорость вращения роторов.
На сегодняшний день быстроходные турбины, спроектированные конструкторами ЛМЗ, являются самыми мощными в мире.

Каждый проект, в зависимости от условий строящихся АЭС, может иметь различные конструктивные исполнения.
Тихоходная турбина при равной мощности состоит из меньшего количества деталей.
Отличаются турбины и массогабаритными характеристиками. Так, поперечные размеры быстроходной (как и высота лопаток) в 1,5-2 раза меньше, чем у тихоходной.
Но так как количество цилиндров у быстроходной больше, она длиннее.

Тихоходная турбина нового поколения спроектирована и разработана сотрудниками специального конструкторского бюро «Турбина» ЛМЗ и на сегодняшний день считается одной из самых перспективных в мире.
Проект создавался с нуля.

Учитывая конструкторскую и технологическую новизну, для его осуществления потребовалось пять лет с учетом разработки технологических процессов.
Для изготовления тихоходных турбин в Санкт-Петербурге построена производственная площадка ЛМЗ, оснащенная новейшим оборудованием для сборки и испытаний.

Новый производственный комплекс оснащен специальными металлорежущими станками, сварочным станком, печью для термообработки, уникальным по габаритам тяжелым токарным станком, на котором возможно разместить деталь длиной до 20 метров и шириной до 7 метров.

Все это призвано обеспечить полный технологический цикл изготовления основных узлов, а также сборки тихоходной турбины.

Когда роторы и остальные комплектующие турбины изготовлены, начинается этап сборки. За сборкой следуют испытания. Турбину проверят на соответствие требованиям конструкторской документации. При всей масштабности собираемых деталей точность здесь требуется идеальная — до сотых долей миллиметра.

В первой отечественной тихоходной паровой турбине — 3 ротора (2 низкого давления и один совмещенный — высокого-среднего).
Именно они, будучи установленными в цилиндры, являются главными «рабочими лошадками» всего узла.

Такое сочетание цилиндров позволяет достичь оптимального баланса по экономичности, массе и габаритам.

После сборки каждый ротор нужно разогнать с превышением рабочей скорости, чтобы подтвердить его работоспособность в соответствии с требованиями.

* Скрин с "Фонтанки"
Вес турбины впечатляет: он составит около 4 тысяч тонн.
Сравните: максимальный вес транспортного самолета «Руслан» и груза, с которым он может взлететь, — около 400 тонн, т.е. одна турбина весит как 10 таких самолетов.
Или как 20 взрослых синих китов, если сравнение из мира живой природы вам больше по душе.

* "День открытых дверей" - фото с сайта ЛМЗ
После заводских испытаний турбину разберут на части, чтобы снова собрать уже на месте эксплуатации.
Здесь без специалистов завода-производителя тоже не обойтись.
Увидеть и проконтролировать процесс сборки, установки турбины и ее компонентов очень важно.
Дальше — пуско-наладка, потом испытания под нагрузкой.
И только после выхода на стопроцентную нагрузку турбина обеспечит мегаватты, которые от нее ждут.

Технические возможности российских предприятий сегодня позволяют производить все виды энергетического оборудования: турбин любой мощности как в быстроходном, так и в тихоходном варианте, генераторов, в том числе пожаробезопасных, с полностью водяным охлаждением,
которые не делает больше никто в мире.