Перспективы развития атомной энергетики во всем мире сегодня открывают перед производителями энергетического оборудования для АЭС уникальные возможности для расширения своих компетенций. Его заказчики, находясь в поиске наиболее эффективных, надежных и безопасных решений, выбирают в качестве поставщиков те компании, которые готовы предложить как широкий перечень технических модификаций оборудования, так и обеспечить комплексное сопровождение реализации проектов. «Силовые машины», имеют в линейке производимого для АЭС оборудования быстроходные турбины, генераторы (в двух исполнениях – тихоходном и быстроходном), автоматические системы управления и большую номенклатуру вспомогательного оборудования. Сегодня специалисты компании работают над проектированием и производством тихоходной турбины – нового продукта компании, логично дополняющего предложение крупнейшего российского энергомашиностроительного предприятия. О тонкостях разработки, нюансах производства и особенностях новых машин рассказывает главный конструктор паровых турбин, директор по проектированию тихоходных агрегатов «Силовых машин» Александр Лисянский.
- Александр Степанович, в конце 2015 года «Силовые машины» подписали с концерном Росатом крупный пакет контрактов на поставку комплектного оборудования турбоустановок для трех атомных электростанций. Расскажите о подробностях: какое именно оборудование и для каких АЭС оно предназначено?
- Этот пакет договоров на общую сумму 122 млрд. рублей является знаковым не только для компании «Силовые машины», но и для российского энергомашиностроения в целом. В соответствии с документами, поставка комплектного оборудования предполагается для шести новых энергоблоков трех атомных электростанций: две из них за рубежом – иранская АЭС «Бушер» и АЭС «Куданкулам» в Индии, третья - российская – Курская АЭС.
На АЭС «Бушер» и АЭС «Куданкулам» оборудование «Силовых машин» уже успешно работает в составе ранее построенных энергоблоков с использованием быстроходных турбин на 3000 оборотов в минуту мощностью 1000 МВт. Нынешняя поставка - для вторых очередей обеих станций — на АЭС «Куданкулам» это блоки № 3 и № 4, а на АЭС «Бушер» — блоки № 2 и № 3 — предусматривает четыре комплекта оборудования с турбоустановками мощностью 1000-1055 МВт. Комплекты будут включать быстроходные паровые турбины на 3000 об/мин, конденсаторы, комплектные турбогенераторы и оборудование вспомогательных систем.
Для блоков № 1 и № 2 Курской АЭС-2 контрактом предусмотрено создание турбинного оборудования, которое откроет новую страницу в развитии и «Силовых машин», и российского энергомашиностроения. Дело в том, что для этой станции «Силовые машины» впервые спроектируют и изготовят две тихоходные турбины АЭС на 1500 оборотов в минуту, которые войдут в состав двух турбоустановок мощностью 1255 МВт каждая. Комплект поставки также будет включать конденсаторы и турбогенераторы, оборудование вспомогательных систем.
- В чем разница между тихоходным и быстроходным исполнением? И почему в двух случаях выбрана быстроходная технология, а в одном — тихоходная?
- Очевидное преимущество быстроходной турбины на полное число оборотов - 3000 в минуту - это сокращение затрат при изготовлении, транспортировке оборудования, капитальных затрат на сооружение машинного зала и монтаж турбоагрегата, поскольку габариты и масса крупных статорных и роторных узлов турбины и генератора существенно меньше по сравнению с тихоходными турбинами.
Однако особенности работы мощных паровых турбин в составе АЭС с реакторами типа ВВЭР, на которых сегодня базируется атомная энергетика, подразумевают использование влажного пара низких параметров и значительных расходов пара (в 1,5 раза и более превышающие расходы пара на турбины ТЭС аналогичной мощности). Это требует применения цилиндров низкого давления (ЦНД) с увеличенной площадью выхода: либо с увеличенным числом ЦНД в быстроходной турбине, либо с увеличенными радиальными габаритами ротора и последней ступени ЦНД в тихоходной турбине. Выбор так называемой пороговой мощности влажнопаровой турбины АЭС при переходе от полного числа оборотов к половинному был и остается риторическим вопросом. Ведущие турбостроительные фирмы, как известно, решали его для себя по-разному. «Силовые машины», опираясь на достигнутые показатели турбины мощностью 1000 МВт на базе ЦНД с длиной рабочей лопатки последней ступени 1200 мм, изготовленной из титана, считают обоснованным применение для АЭС с ВВЭР быстроходного турбоагрегата на 3000 об/мин мощностью 1200 МВт. В то же время, находящиеся сегодня в эксплуатации и монтаже тихоходные турбины некоторых мировых производителей по мощности уже переступили рубеж в 1500 МВт. То есть при меньшей скорости вращения, но при этом и более серьезных габаритах по сравнению с быстроходными турбинами, они способны достичь большую мощность (при больших расходах пара и размерах ЦНД). Соответственно, при идентичной мощности предпочтения заказчиков и выбор быстроходных или тихоходных агрегатов зависит от ряда различных причин как технико-экономического, так и иного характера.
Чтобы предоставить заказчикам возможность выбора, нам, как и большинству мировых производителей мощного генерирующего оборудования для ТЭС и АЭС, желательно иметь в своей производственной линейке как турбины, так и генераторы, изготавливаемые по обеим технологиям. Это существенно расширяет возможности компании на рынке, позволяя предлагать оборудование, максимально полно отвечающее практически любым запросам заказчиков.
- Тихоходные турбины — новое для России направление в энергомашиностроении?
- Производство мощных турбин для АЭС на Ленинградском Металлическом заводе (ЛМЗ) было ориентировано исключительно на быстроходную технологию, а поставка осуществлялась в основном за пределы России. В настоящий момент произведенными на ЛМЗ быстроходными турбинами различной мощности оснащены около тридцати атомных энергоблоков мира.
Тихоходными же турбинами оборудовано значительное число энергоблоков российских АЭС мощностью 1000 МВт. При этом в России турбоагрегаты такого класса до сих пор не производились. Причина — существовавшая в Советском Союзе производственная специализация, в рамках которой производством тихоходных машин занимался харьковский завод «Турбоатом» (Украина).
- Насколько такое оборудование сегодня востребовано на внутреннем и внешнем рынках и почему «Силовые машины» приняли решение о включении тихоходных турбин в свою линейку?
- В истории развития атомной энергетики для первых атомных электростанций поставлялись быстроходные паровые турбины, а затем применение и совершенствование быстроходной и тихоходной технологий шло параллельно, поскольку у каждой есть свои преимущества. Для «Силовых машин», обладающих солидным опытом производства мощных быстроходных турбоагрегатов для АЭС, шаг в сторону освоения тихоходных турбин продиктован логикой развития компании и требованиями современного рынка энергооборудования.
Кроме того, энергоблоки АЭС, как и любой другой электростанции, периодически нуждаются в реконструкции. И в этом случае наличие в России производства тихоходных машин, которое будет способно полностью «закрыть» вопрос замен и ремонтов тихоходных турбин, а значит удовлетворить потребности энергосистемы страны, становится уже не просто запросом рынка, а гарантией государственной энергетической безопасности. При этом компания, безусловно, намерена сохранить и далее развивать свои позиции лидера в быстроходном направлении, используя имеющийся научно-технический опыт при разработке турбин мощностью 1200-1600 МВт и более для АЭС нового поколения.
- Как давно «Силовые машины» начали разрабатывать собственную тихоходную турбину?
- Еще в 2008 году «Силовые машины» в инициативном порядке начали разработку проекта новой турбины, предназначенной для установки на российских атомных станциях с реактором ВВЭР-1200, в рамках программы «АЭС-2006». Параллельно с этим стартовало строительство под Санкт-Петербургом нового производственного комплекса «Силовых машин». Эта площадка проектировалась и оснащалась с учетом будущего изготовления на ней в том числе и тихоходных турбин для АЭС мощностью от 1200 МВт, отличающихся больщими массогабаритными характеристиками по сравнению с быстроходными аналогами. Инвестиции в строительство нового завода составили около 7 млрд. рублей, введен в эксплуатацию он в конце 2012 года.
- В чем главные преимущества новой производственной площадки?
- Самое главное — это современное оборудование мирового класса. Например, сварочный центр фирмы «Полисуд» (Франция), применяемый для производства сварных роторов, современные металлорежущие станки различных назначений, печь для термообработки и многое другое, - все призвано обеспечить полный технологический процесс изготовления основных узлов, а также сборки тихоходного турбоагрегата. Помимо уникального станочного парка комплекс оснащен и новым разгонно-балансировочным стендом для проведения динамических испытаний роторов турбоагрегата.
- Пригодился ли при разработке тихоходной турбины опыт, накопленный «Силовыми машинами» при производстве быстроходных турбин?
- Безусловно. При разработке первого «тихоходника» осуществлен принцип преемственности технических решений в части как конструкции турбины, так и остального оборудования турбоустановки. Например, все узлы, работающие в области плотного влажного пара, будут изготовлены из нержавеющей стали, что полностью исключает опасность щелевой эрозии узлов корпуса частей высокого давления (ЧВД)— наружного и внутреннего цилиндров, обойм и диафрагм в разъемах и посадочных местах, а также выходных патрубков и патрубков отбора пара. Прогрессивные технологические решения по тепловой схеме и вспомогательному оборудованию, реализованные в быстроходных турбоустановках «Силовых машин», будут использованы и в турбоустановке с тихоходным турбоагрегатом.
- Серийное производство тихоходных турбин — вопрос насколько далекой перспективы?
- Сегодня мы как раз находимся на знаковом рубеже. Завершены длительные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, отработка новых узлов на модельных и натурных стендах, обновление технологической базы производства. Проект новой турбины получил положительные заключения ведущих научно-исследовательских и конструкторских институтов и доработан с учетом параметров реактора нового типа ВВЭР ТОИ (типовой оптимизированный и информатизированный проект двухблочной АЭС с водо-водяным энергетическим реактором ВВЭР), который принят на вооружение в соответствии с новой инвестиционной программой «Росатома». Теперь остается главное — выполнить реальный производственный заказ, изготовить первую тихоходную турбину и получить референцию на основе опыта эксплуатации головных блоков с турбоустановкой, выполненной на базе новой тихоходной турбины. И этим заказом как раз является контракт по Курской АЭС-2.
- Какие главные задачи предстоит решить «Силовым машинам» в ходе исполнения этого контракта?
- Первый энергоблок Курской АЭС-2 должен быть запущен в 2022 году, а в феврале 2020 года «Силовые машины» должны начать отгрузку оборудования заказчику. Поэтому главная задача, на решение которой направлены все силы, - это исполнение взятых обязательств в срок и с должным качеством. Контролировать ход работ будет отдельная дирекция. Договор предусматривает высокую меру ответственности с нашей стороны, но при успешном завершении станет действительно «пропуском» в принципиально новый сегмент рынка.
Предстоит, конечно, серьезная работа как по взаимодействию с заказчиком и с генеральным проектировщиком АЭС, так и по налаживанию производства, проведению дальнейших научных исследований и опытно-конструкторских работ.
Кроме того, внутри «Силовых машин» предусмотрено развитие и реализация целого ряда программ по дальнейшему техническому перевооружению, созданию испытательных и исследовательских стендов, проработке наиболее сложных узлов турбины. Среди них, например, рабочая лопатка последней ступени длиной 1760 мм и полая направляющая лопатка последней ступени цилиндра низкого давления, сварной ротор низкого давления, опорные и опорно-упорные подшипники новой конструкции с повышенной несущей способностью.
- Можно ли назвать ключевые даты?
- Ближайшая такая дата - модельные испытания рабочих лопаток последней ступени тихоходной турбины, намеченные на конец 2017 года. Их проведению будет предшествовать комплекс научно-исследовательских и конструкторских работ и изготовление модели рабочей лопатки в масштабе 1:2. Кроме того, ряд НИОКР в области конструирования и материаловедения будет проведен и в процессе проектирования и изготовления других узлов и систем новой турбины. К НИОКР по данному проекту будут привлечены ведущие научно-исследовательские институты.
- С каким, по вашему мнению, главным итогом «Силовые машины» завершат работу над изготовлением и поставкой первой собственной тихоходной турбины?
- Это, на мой взгляд, наукоемкая, оптимизированная технология изготовления оборудования, которое будет поставлено на Курскую АЭС-2, а также референции на новую тихоходную турбину. Благодаря данному контракту, «Силовые машины» уже к 2023–2025 годам смогут предложить рынку практически любые типоразмеры турбоустановок: быстроходные и тихоходные турбоагрегаты нового поколения для блоков российских и зарубежных АЭС с ВВЭР-1000, ВВЭР-1200 и ВВЭР ТОИ мощностью 1000–1255 МВт, имеющие самый широкий диапазон условий по температуре и типу источников охлаждающей воды. Создав тихоходный турбоагрегат, «Силовые машины» смогут ответить практически на любые запросы энергетиков, предлагая наиболее полный ассортимент основного и вспомогательного оборудования, идеально подходящего к каждому конкретному запросу заказчиков и техническим условиям площадок сооружаемых АЭС.
Кроме того, в перспективе компания имеет научно-технический задел, производственный потенциал и все возможности для изготовления как быстроходных, так и тихоходных паровых турбин мощностью до 1600 МВт и турбогенераторов такой же мощности, что позволяет задуматься о производстве тихоходных турбин мощностью до 1800 МВт. Я уверен, что после завершения работ по созданию российского реактора нового поколения типа ВВЭР-1500 (1600) отечественная атомная энергетика неизбежно шагнет вперед к единичной мощности энергоблоков АЭС, равной 1600 МВт и более.
