SKLAPANJE PAMĆENJA

SRPSKE TURBINE ZA SVET

Autor u „Hanivelu”

Danas naš metod i softver više svetskih proizvođača smatraju najboljim i primenjuju ga kod razvoja svojih najosetljivijih tehnologija od kojih im zavisi konkurentnost, položaj na tržištu i, u krajnjoj liniji, opstanak. Na primer, kompanije Honeywell (Phoenix, SAD), MAN Turbo (Nemačka) svoje gasne turbine proračunavaju primenom našeg sistema.


Prof. dr Milan Petrović

Pre sto godina na Univerzitetu u Beogradu počela su predavanja o toplotnim turbomašinama, u koje spadaju parne turbine, gasne turbine i turbokompresori. Parne i gasne turbine služe da unutrašnju toplotnu energiju pare ili gasa na visokoj temperaturi i visokom pritisku kroz termodinamički proces ekspanzije transformišu u mehanički rad, pri čemu opadaju pritisak i temperatura. U generatoru se to može transformisati u električnu energiju ili se iskoristiti za pokretnje neke druge radne mašine. Kod kompresora se obratno u procesu kompresije mehanički rad transformiše u unutrašnju energiju gasovitih fluida pri čemu pritisak i temperatura rastu. Toplotne turbomašine su zauzele dominantnu ulogu u energetici i vazdušnom saobraćaju.

Parne turbine u današnjem obliku su patentirane 1883. godine u vreme industrijske revolucije i velikih pronalazaka. Tada su se stekla dva bitna faktora: postojala je velika potreba za mehaničkim pogonom mašina u industriji, a sakupila su se neophodna znanja iz različitih oblasti nauke da se takvi pronalasci omoguće.

Danas se u svetu oko 70% električne energije proizvede u termoelektranama sa parnim i gasnim turbinama. Od velike važnosti je i primena u komunalnoj i industrijskoj energetici gde se parne i gasne turbine primenjuju za kombinovanu proizvodnju električne i toplotne energije s veoma visokim stepenima korisnosti. Avionski motori, sem kod sportskih i poljoprivrednih letelica gde se i dalje primenjuju klipni motori, jesu gasne turbine. Manja ali značajna primena je i u vodnom i drumskom saobraćaju kod pogona brodova i turbopunjenja automobila. Gasne turbine se u određenim situacijama primenjuju i u železničkom saobraćaju za pogon lokomotiva. S porastom primene obnovljivih izvora energije toplotne turbomašine su našle primenu kao ključne mašine kod korišćenja energije vetra, koncentrisane solarne energije, biomase, geotermalne energije. Dakle, u svim oblastima, osim fotonaponskih panela i korišćenja mehaničke energije reka i mora.

Beograd je uveo električno javno osvetljenje krajem 19. veka, među prvim evropskim gradovima. Tada je na Dorćolu izgrađena prva termoelektana u Srbiji koja je kao pogonske mašine imala parne mašine. Predmet „Parne turbine uveden je u nastavu na Univerziteta u Beogradu 1920. godine, odmah posle Prvog svetskog rata.

Parne turbine u današnjem obliku su patentirane 1883. godine u vreme industrijske revolucije i velikih pronalazaka. Tada su se stekla dva bitna faktora: postojala je velika potreba za mehaničkim pogonom mašina u industriji, a sakupila su se neophodna znanja iz različitih oblasti nauke da se takvi pronalasci omoguće. Iste godine su patentirane dva principa rada, akcioni (Gustav de Laval, Švedska) i rekacioni (Charles Parsons, Velika Britanija), koji se i danas koriste. Parne turbine su odmah pokazale velike prednosti u odnosu na parne mašine. Već krajem 19. i početkom 20. parne turbine ušle u široku primenu u energetici, saobraćaju i industriji.


Čarls Parsons (
Wikipedia)

Prvi uspešni patenti gasnih turbina datiraju u godinama pred Prvi svetski rat. Značajniju primenu su našle tek pred Drugi svetski rat kada je 1937. godine u Švajcarskoj puštena u pogon prva termoelektrana, a 1939. je u Nemačkoj poleteo prvi avion s gasnom turbinom. Sa ekspanzijom termoenergetike i vazduhoplovstva posle Drugog svetskog rata došlo je i do velikog razvoja toplotnih turbomašina.

Treba imati u vidu da je Beograd uveo električno javno osvetljenje krajem 19. veka, među prvim evropskim gradovima. Tada je na Dorćolu izgrađena prva termoelektana u Srbiji koja je kao pogonske mašine imala parne mašine. Predmet „Parne turbine uveden je u nastavu na Univerziteta u Beogradu 1920. godine, odmah posle Prvog svetskog rata. Za profesora je postavljen Grigorije Pio Uljski koji je kao emigrant stigao iz Rusije.


Grigorije Pio Uljski

Pio Uljski je do Oktobarske revolucije bio profesor na Univerzitetu u Sankt Petersburgu. Kada je stigao u Beograd Pio Uljski je bio u zrelim godinama, s velikim naučnim radom u oblasti termodinamike i parnih turbina i značajnim inženjerskim iskustvom u razvoju parnih turbina za potrebe ruske ratne mornarice. Mi smo kao država i narod imali sreću da je dolaskom naučnika svetskog glasa za profesora jedna nova disciplina uvedena odmah na veoma visokom, svetskom nivou. Pio Uljski je bio profesor do smrti 1935. godine ostavivši neizbrisiv trag u razvoju nauke i energetike u Srbiji. Objavio je knjigu o parnim turbinama, koja se dugo u prevodu na ruski jezik koristila kao udžbenik i u Rusiji.

Univerzitet u Beogradu spada među evropske univerzitete s najdužom tradicijom u ovoj oblasti. Pre nekolikao godina je ETH Cirih slavio 125 godina od uvođenja predmeta iz oblasti toplotnih turbomašina u nastavu, a još dužu tradiciju ima Univerzitet u Hanoveru. Radi obeležavanja ovog retkog jubileja za septembar 2020. bio je planiran naučni skup na koji smo pozvali profesore iz najnačajnijih instituta i direktore razvoja najvećih kompanija u svetu. Nažalost, zbog pandemije morali smo da ga otkažemo, nadamo se da će sledeće godine oraganizacija skupa biti moguća.


Mladen Popović, Dragutin Stojanović
, Dimitrije Savić

U posleratnom periodu poseban trag ostavili su naši profesori Mladen Popović i Dragutin Stojanović koji su osnovali Katedru za termoenergetiku na Mašinskom fakultetu. Prof. Stojanović je početkom pedesetih proveo osamnaest meseci na usvršavanju na Univerzitetu Karlsrue u Nemačkoj i u kompaniji „Braun Boveri u Švajcarskoj. On je uveo novi, moderan pristup u nastavi i istraživanju u oblasti toplotnih turbomašina. Posebno mesto u istoriji termoenergetike zauzima akademik prof. Dimitrije Savić, član SANU. On je postao profesor termoenergetike na Mašinskom fakultetu, posle uspešne privredne karijere (jedan od osnivača i direktora Elektroprivrede Srbije, zatim i „Energoprojekta). Pri kraju prošlog veka profesori toplotnih turbomašina bili su Novica Vasiljević i Nikola Ćuk.

Razvoj nauke o toplotnim turbomašinama na MF je u prethodnih 100 godina bio limitiran nedostatkom domaćih firmi koje se bave razvojem toplotnih turbomašina i nemogućnošću izgradnje neophodnih eksperimentalnih postrojenja zbog veoma velikih investicija u instalacije i mernu opremu. Zbog toga se katedra uglavnom usmeravala na istraživanja teorijskog tipa i istraživačko razvojne projekte sa elektroprivrednim preduzećima i firmama sa industrijskom i komunalnom energetikom. Veliki udar je naša oblast doživela devedesetih godina kada su upravo ova preduzeća dospela u najteži položaj.

Mi smo za pet godina prešli put od ideje do ispitane gasne turbine s veoma dobrim performansama koja je ušla u serijsku proizvodnju u tada moćnoj „Prvoj petoletkiiz Trstenika.

Diplomirao sam 1983. kao poslednji diplomac prof. Stojanovića, uz komentorstvo prof. Ćuka. U to vreme je Mašinski fakultet potpisao ugovor o razvoju malih gasnih turbina za turbopunjenje motora za potrebe domaće industrije. Formiran je istraživački tim pod rukovodstvom prof. Radivoja Trifunovića sa Katedre za motore. Na predlog mojih mentora uključen sam u ovaj tim kao član zadužen za aerodinamički dizajn. Tako sam kao veoma mlad inženjer dobio priliku, koja se retko kome u oblasti ukaže, da razvijam modela za aerodinamičke proračune radijalnih gasnih turbina i radijalnih kompresora, učestvujem u ravoju i dizajnu lopatica, rotora, sprovodnih aparata, u izboru materijala i osvajanju proizvdnje, izradi eksperimetalnih postrojenja, ispitivanju i optimisanju nove turbomašine iz oblasti najviše tehnologije čiji je broj obrtaja oko 100.000 u minutu. Mi smo za pet godina prešli put od ideje do ispitane gasne turbine s veoma dobrim performansama koja je ušla u serijsku proizvodnju u tada moćnoj „Prvoj petoletki iz Trstenika.


Valter Ris

Sa značajnim istraživačim iskustvom i velikim ličnim samopouzadnjem 1988. godine otišao sam u Institut za toplotne turbomašine na Univerzitetu u Hanoveru kod prof. Valtera Risa, na sam izvor znanja u ovoj oblasti. Tamo sam radio do 1995. godine kada sam posle odbranjene disertacije odlučio da se vratim u Beograd.

Institut je referentno mesto u razvoju vrhunske tehnologije za industriju, obrazovanje inženjera i stvaranje istraživačkih, razvojnih i rukovodećih stručnjaka za industriju u oblasti toplotnih turbomašina. Šezdesetih godina rukovodilac je bio prof. Bamert, nesumljivi svetski autoritet u ovoj obasti. On je od države dobio zadatak i budžet da izgradi i opremi ustanovu po svom nahođenju bez ikakvih ograničenja. Institut i danas predstavalja jednu od vodećih svetskih istraživačkih institucija u oblasti turbomašina. Institut raspolaže izvanrednim eksperimentalnim mogućnostima i računarskim kapacitetima, stručnjacima, nagomilanim znanjem i tradicijom.

U to vreme numerička i kompjuterska mehanika fluida (CFD) bila je u velikom zamahu, a njene primene u oblasti toplotnih turbomašina u početnoj fazi. Radio sam na razvoju novih metoda za aerodinamički proračun turbina baziran na CFD. Godine 1995. sam odbranio doktorsku disertaciju i objavio kljigu o aerodinamičkim proračunima toplotnih turbomašina kod jednog od najvažnijih svetskih izdavača tehničke literature. Institut je 1994. potpisao dodatni ugovor za učešće u razvoju nove gasne turbine za jednu vodeću svetsku firmu baziran na tom metodu. I posle povratka u Beograd sve do 1998. na poziv svog mentora prof. Risa, odlazio sam u Institut u toku leta i zime u pauzama između semestara da učestvujem u projektu ili da budem supervizor mlađih saradnika. Zaslugom dotičnog profesora Mašinski fakultet je 2002. dobio donaciju u računarskoj opremi vrednu tadašnjih 200.000 maraka.


Turbo punjač u Laboratoriji MF

Laboratorija za toplotne turbomašine bavi se primenjenom naukom. Naučni doprinos može se postići samo ako se to što smislite primeni, na primer nova metoda ili softver. Prva bitna činjenica jeste da u zemlji, a ni u regionu, nema proizvođača toplotnih turbomašina. Druga, u Srbiji i regionu postoji značajan termoenergetski sektor u elektroprivrednim preduzećima i u velikima procesnim, hemijskim, prehrabenim, projektantskim, izvođačkim i istraživačkeim kompanijama, za koje, uostalom, školujemo inženjere. Treća, smatram da je eksperimentalni rad neophodan. Bez merenja i ispitivanja teško se razumeju fenomeni, a bez eksperimentalne potvrde ne može se ostvartiti verodostojan razultat koji će neko hteti ili smeti da primeni.

Osmislili smo novi metod za proračun i optimizaciju toplotnih šema parnih i gasnih turbopostrojenja i modele za simulaciju rada svih komponenata parnog turbopostrojenja.

Danas na Mašinskom fakultetu u Beogradu imamo merni sistem za akviziciju mernih rezultata sa više od 200 kanala, više od 300 najpreciznijih instrumenata, sisteme za etaloniranje merila pritiska i temperature. Izradili smo softvere za vođenje ispitivanja i automatsku obradu podataka. Ispitivanja toplotnih turbomašina su veoma kompleksna i zahtevaju ugradnju, zavisno od složenosti procesa, između 100 i 200 instrumenata. Mi smo već 10 godina akreditovana laboratorija. Osmislili smo novi metod za proračun i optimizaciju toplotnih šema parnih i gasnih turbopostrojenja i modele za simulaciju rada svih komponenata parnog turbopostrojenja. U prethodnih 20 godina smo izradili veliki broj razvojnoistraživačkih projekata i tehničkih rešenja za Elektroprivredu Srbije u sklopu napora za povećanje snage, stepena korisnosti blokova i podizanja pouzdanosti rada. S kolegama iz Laboratorije za kotlove izradili smo kontrolne proračune svih glavnih postrojenja za novu TE Kostolac B3, a uspešnu sarađujemo s domaćim kompanijama MSK Kikinda, Petrohemija Pančevo, ranije Azotara, Energoprojektom… U toku su značajni istraživačkorazvojni projekti sa elektroprivredama Crne Gore i Republike Srpske.

Učestvovali smo u razvoju nove gasne turbine SGT8000H (Siemens) i redizajnu gasne turbine SGT4000F, uz zahtev naručioca da se proračuni strujanja sprovedu metodom i softverom Univerziteta u Beogradu. Kada se pojavila na tržištu, SGT8000H bila je gasna turbina sa najvećom snagom i najboljim stepenom korisnosti.

Danas naš sistem više svetskih proizvođača smatraju najboljim i primenjuju ga kod razvoja svojih najosetljivijih tehnologija od kojih im zavisi konkurentnost, položaj na tržištu i, u krajnjoj liniji, opstanak. Na primer, kompanije Honeywell (Phoenix, SAD), MAN Turbo (Nemačka) svoje gasne turbine proračunavaju primenom našeg sistema. S kompanijom Mitsubishi (Japan), posle trogodišnjeg testiranja, treba da potpišemo ugovor o istraživačkorazvojnom projektu i primeni softvera. Za druge vodeće svetske kompanije General Electric (SAD), Alstom (Švajcarska) i Siemens (Nemačka) izvodili smo aerodinamičke dizajne turbina i kompresora. Učestvovali smo u razvoju nove gasne turbine SGT8000H (Siemens) i redizajnu gasne turbine SGT4000F, uz zahtev naručioca da se proračuni strujanja sprovedu metodom i softverom Univerziteta u Beogradu. Kada se pojavila na tržištu, SGT8000H bila je gasna turbina sa najvećom snagom i najboljim stepenom korisnosti.

Od posebnog značaja je projekat FLEXTURBINE na razvoju nove generacije termoelektrana bazirnih na fleksibilnim turbinama za buduće tržište električne energije, koji su u EU pokrenuli svih sedam proizvođača toplotnih turbomašina. Dogovor je bio da se izabere 14 univerziteta. Univerzitet u Beogradu je ušao kao jedini univerzitet koji nije iz zemlje nekih od sedam proizvođača opreme. Za to smo osmislili novi metod za simulaciju tranzijentnog ponašanja toplotnih turbomašina koji treba da omogući brži i sigurniji start i bolje radne karakteristike termoelektrana na parcijalnim režimima rada.

Energetika se u minulih tridesetak godina razvija u uslovima liberalizacije tržišta električne energije, što je uslovilo oštru konkurenciju među elektroprivrednim kompanijama. Zbog toga je razvoj toplotnih turbomašina, a pogotoou gasnih, izuzetno intezivan. Već su osmišljene termolektrane s nultom emisijom štetnih materija koje su, naravno, znatno skuplje za gradnju i eksplataciju. U svakom slučaju toplotne turbomašine će još dugo igrati glavnu ulogu u ovoj oblasti, pogotovo gasne turbine koje su kompatibilne sa obnovljivim izvorima, pre svega zbog mogućeg korišćenja vodonika kao jednog od glavnih energenata budućnosti. Nove tehnologije koje su dovele do industrijske revolucije 4.0 omogućuju nam dodatne uslove za razvoj. Naša Laboratorija, recimo, razvija digitlni model termoelektrane (digital twin), a takav sistem već je instalisan u jednoj termoelektrani u inostranstvu.

O autoru

Stanko

3 komentara

  • Zanimljiv tekst, nije mi naslov malo jasan, kako srpske turbine kad u Srbiji ne pravimo turbine za elektrane, mozda neke male za automobile mada ni to nisam siguran.

    • Ako dozvoljavate, Stanislave, naslov je metaforičan: u 21. veku je važnije umeti projektovati bolju turbinu nego je napraviti u fabrici. Mislim da upućeni i van inženjerske struke znaju da Srbija odavno nije u stanju da proizvodi turbine. Stanko Stojiljković

      • Ako dozvolite, čak i ja koji sam van inženjerske struke znam da su turbine mašine koje su uveliko dostigle svoj vrhunac razvoja u pogledu performansi, konstrukcije i stepena korisnosti, pa se nameće sasvim logično pitanje, šta tu ima da se projektuje, pa neće stepen korisnosti biti preko 100% sigurno. Zanimljivo je da profesor dosta toga radio i proračunavao, ali nije projektovao nijednu parnu turbinu ni u Srbiji, ni van ili se barem ne vidi iz biografije. Mada ima još vremena, nikad nije kasno.

Ostavite komentar