Маючи доволі розвинену енергетичну систему, Україна досі не може похвалитися провідним становищем у когорті світових лідерів виробництва електроенергії. Серед головних стримувальних чинників, що гальмують входження країни у світовий енергоринок на правах одного із законодавців, — неоптимальна структура генеруючих потужностей, що зумовлює дефіцит і маневрових, і регулюючих джерел енергії. Якщо в енергооб’єднаннях розвинених країн з перевагою генерації ТЕС і АЕС у структурі потужностей ГЕС і ГАЕС становлять не менш як 15%, то в Україні цей показник не перевищує 9%, що спричиняє гострий дефіцит у покритті змінних складових добових графіків навантажень.
Команді професіоналів під силу амбітні завдання
Змінити наявну практику експлуатації вітчизняної енергосистеми, на думку фахівців, можна за умови введення в дію потужної гідроакумулюючої електростанції, яка має збирати зайву енергію атомних і теплових електростанцій у години малих навантажень в мережах і відповідно до потреби передавати її споживачам в інші години доби. З цим завданням цілком під силу впоратися Дністровській ГАЕС, яка стане найпотужнішою (2700 МВт) гідроакумулюючою електростанцією в Європі та однією з найбільших у світі.
Повне введення ДГАЕС в експлуатацію дасть змогу вирівняти графік напруги енергосистеми, експлуатувати атомні й великі блоки теплових електростанцій у найбільш корисних і безпечних режимах, підвищити якість електроенергії й, безперечно, збільшити експортний потенціал України.
За реалізацію цього масштабного амбітного завдання, серце якого — створення оборотних гідроагрегатів за новітніми унікальними науковими рішеннями і технологіями, взялася команда ПАТ «Турбоатом» разом з партнерами. До її ядра ввійшли перший заступник генерального директора Турбоатому Олексій Черкаський, головний конструктор гідротурбін цього підприємства Олександр Линник, головний інженер ПАТ «Турбоатом» Григорій Іщенко, від ПАТ «Укргідроенерго» — генеральний директор компанії Ігор Сирота та технічний директор Віктор Галат, а також головний конструктор гідрогенераторів ДП «Завод «Електроважмаш» Олексій Вакуленко, ректор НТУ «ХПІ» член-кореспондент НАНУ, доктор технічних наук, професор завідувач кафедри Євген Сокол і кандидат технічних наук завідувач відділу Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАНУ Анатолій Царюк.
ПАТ «Турбоатом» залишається першопрохідцем у проектуванні й виробництві оборотних гідромашин у країнах СНД. Перші такі насос-турбіни виготовлено для Київської ГАЕС.
Дністровська ГАЕС стала одним із найбільших інфраструктурних об’єктів, реалізованим в Україні останніми роками. Пуск першого гідроагрегата відбувся в 2009 році, другого — в 2013-му, третього — в 2016-му. Пуск третього став завершальним у першій черзі будівництва Дністровської ГАЕС. Усі три гідроагрегати підключено до Об’єднаної енергосистеми України. Проект Дністровської ГАЕС передбачає будівництво семи гідроагрегатів загальною потужністю 2268 МВт у генераторному режимі та 2947 МВт у насосному.
У 2017 році розпочато виготовлення четвертого гідроагрегата. Максимальна потужність однієї гідромашини у турбінному режимі становить 390 МВт, у насосному — 420 МВт.
Унікальну гідромашину (насос-турбіну) створили фахівці ПАТ «Турбоатом», генератор-двигун — ДП «Завод «Електроважмаш» у тісній науково-технічній співпраці зі спеціалістами ПАТ «Укргідроенерго», ПАТ «Укргідропроект», НТУ «ХПІ», інститутами НАНУ.
Під час роботи над гідроагрегатами Дністровської ГАЕС використано великий обсяг нових науково-технічних рішень, виконано комплекс науково-дослідницьких, розрахункових та експериментальних завдань. Гідроагрегати для Дністровської ГАЕС, за свідченням провідних фахівців галузі, відповідає світовому рівню, а з деяких показників навіть його перевищує.
За виконаними теоретичними розрахунками у гідротурбінній лабораторії ПАТ «Турбоатом» виготовлено великомасштабний модельний блок (діаметр робочого колеса моделі 500,0 мм) — геометрично подібна копія майбутньої гідромашини. На енергокавітаційному стенді ЕКС-150 за допомогою пакета прикладних програм виконано повний комплекс випробувань, до якого входили енергетичні, кавітаційні, силові, пульсаційні та ерозійні випробування. Вони показали, що у всій зоні експлуатації насос-турбіни забезпечено високий коефіцієнт корисної дії та сприятливі кавітаційні умови.
Новітні технології відкривають широкі перспективи
Готуючись до виготовлення четвертого гідроагрегата Дністровської ГАЕС, на Турбоатомі впродовж 2008—2016 років було проведено грандіозну роботу з технічного переозброєння виробництва. Як розповів головний інженер заводу Григорій Іщенко, вперше в історії Турбоатому виливок цільної лопаті для дністровського гідроагрегата було виконано за технологією, що раніше не застосовували. І це стало можливим завдяки модернізації ливарної ділянки й застосуванню модельного оснащення блочно-модульного виконання.
«Ризики, звичайно, були, оскільки робили все вперше, — каже Григорій Іванович, наголошуючи, що це унікальний проект, здійснити який без серйозної підготовки неможливо. — Наприклад, діаметр такої деталі, як втулка, сягає 15 метрів, а вага — майже 300 тонн. Щоб провести необхідну механічну обробку, потрібен такий верстат, як «Гігант». Тому в цьому проекті склалося все: унікальний сам проект, унікальні деталі та обладнання, на якому їх обробляють».
З його розповіді стає зрозуміло, що модернізували кілька виробничих ділянок. У заготівельно-зварювальному виробництві для збирання, зварювання й обрубування великогабаритних металоконструкцій створено три нові ділянки, оснащені сучасним обладнанням. А також модернізовано три німецькі газорізальні лінії «МессерГресхайм» для автоматичного різання листового прокату. У механіко-складальному виробництві для виготовлення гідравлічної турбіни було розроблено й упроваджено у виробництво нову технологію механічної обробки деталей складного профілю лопатей і лопаток на верстатах з ЧПУ за керуючими програмами замість обробки за шаблонами і копірами.
Ці та інші нові рішення й технології дали змогу значно скоротити цикли виробництва, підвищити якість виготовлення продукції й повернути окремі деталі із зовнішньої кооперації на власне виробництво.
«Виробництво енергетичного обладнання — це складний наукомісткий і творчий процес. Для цього необхідно мати сильний інженерний потенціал і потужну виробничу базу. Все це є на Турбоатомі. Діяльність нашого підприємства здійснюється за замкненим циклом: від дослідження, проектування, підготовки виробництва, виробництва до шефмонтажу і технічного обслуговування обладнання», — підкреслив Григорій Іщенко.
Вага окремих деталей і вузлів турбіни вражає: вал турбіни — 120 тонн, робоче колесо — 130, статор турбіни у зборі — 300, направляючий апарат у зборі — 880.
«Ми почали працювати над цим проектом ще на початку 1980-х років, причому, із залученням кількох проектних інститутів, — долучається до розмови головний конструктор гідротурбін підприємства Олександр Линник. — Було проведено багато експериментів на Київській ГАЕС, де встановлено першу нашу оборотну гідромашину. Це дало певний досвід, коли ми починали проектування Дністровської ГАЕС. Основна перевага та унікальність цієї станції полягає в її одиничній потужності. На Дністровській ГАЕС працює перша в Європі оборотна гідромашина, здатна максимально видавати в турбінному режимі 390 МВт, у насосному — споживати 420 МВт. Також унікально те, що ми вперше застосували на оборотних ГЕС вбудований кільцевий затвор, що перебуває всередині станції. Зазвичай затвори розташовуються в окремих приміщеннях, тому вбудоване розташування дало змогу скоротити будівельну частину станції й заощадити металоємність. Особлива роль затвора на ГАЕС полягає в тому, що він значно заощаджує енергоресурси».
Головний конструктор гідротурбін пояснив, що велика перевага порівняно з аналогічними показниками продукції інших підприємств, зокрема закордонних, — значна ефективність роботи. ККД на турбінах Дністровської ГАЕС значно вищий і в насосному, і в турбінному режимі, ніж на аналогічних оборотних машинах станцій далекого і близького зарубіжжя.
За його словами, після пуску всіх семи агрегатів ГАЕС зможе взяти на себе приблизно 30% всіх пікових навантажень, інші підхоплять станції Дніпровського каскаду, що дасть змогу стабільно працювати атомним і тепловим станціям, усі піки компенсуватиме гідроенергетика.
У результаті реалізації унікального проекту енергетика нашої країни отримала сучасне обладнання, що дає змогу не лише підвищити її маневреність, а й істотно знизити витрати на генерацію електроенергії та допоможе вирішити питання енергетичної незалежності держави.
Рішенням, ухваленим на засіданні науково-технічної ради ПАТ «Турбоатом» від 28 березня 2017 року, роботу «Створення оборотних гідроагрегатів Дністровської ГАЕС для підвищення ефективності об’єднаної енергетичної системи України» і творчий колектив претендентів: Сокол Є.І., Царюк А.К., Черкаський О.Ю., Линник О.В., Іщенко Г.І., Сирота І.Г., Галат В.В., Вакуленко О.М. — одностайно було висунуто для участі у конкурсі на здобуття Державної премії України в галузі науки і техніки за 2017 рік.