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

7 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.

        • Poštovani Stanislave, kao bivši diplomac profesora Petrovića i inženjer u jednoj domaćoj termoelektrani moram da Vam skrenem pažnju da niste u pravu. Jedno je ono o čemu Vi pričate, odnosno tehnologija proizvodnje same mašine u ogromnim fabrikama kojih nema puno i samo desetak velikih kompanija na svetu je u stanju da uradi tako nešto (Siemens, LMZ, General Electric, Mitsubishi Heavy Industries, itd…), znači u Srbiji nikad. Ali sasvim drugo je razvoj programa za proračun toplotnih turbomašina koji u sebi sadrži opet sasvim druge naučne discipline (mehanike fluida, termodinamike i numeričke matematike). Dovoljno je samo da spomenem da je jedan od deset nerešivih problema za koji Amerikanci daju milion dolara upravo iz oblasti mehanike fluida koji se u punoj meri tiče i strujanja u toplotnim turbomašinama. Samo na osnovu toga svakome treba da bude u potpunosti jasna kompleksnost problematike kojim se Profesor Milan Petrović bavi. Lepo ste rekli da stepen korisnosti neće nikad biti preko 100%. Neće biti ni 100 %. Ali mali dobitak (red veličine 0,1 %) stepena korisnosti donosi ogromne uštede u novcu merene u milionima evra. 21. vek je vek stalnih malih napredaka, što je omogućio upravo razvoj programa. Stoga je daleko vrhunac performansi, konstrukcije i stepena korisnosti kao što ste rekli. Na kraju čak i da zanemarite sve ovo ovde napisano uzevši u obzir moju pristrasnost prema profesoru razmislite samo da li su tako velike kompanije, konglomerati koji imaju vrednost višestruko veću od višegodišnjeg bruto domaćeg proizvoda Srbije toliko glupe da bacaju pare usmerene u napredak ove tehnologije da je ona umrla. Pozdrav.

          • Poštovani Aleksandre, ako zaista mislite da će velike kompanije kao Siemens i ostale koje ste naveli da prave turbinu u 21. veku na osnovu bilo čijeg softvera/programa, koji je opet baziran na raznim uprošćenjima i teoriji, onda mislim da jako teško Vi i ja imamo zajedničke poglede na realan svet oko nas. Ipak kao inženjer morate biti svesni da sve te kompanije imaju svoje razvojne timove (ja radim u jednom od tih) i da nikad neće prodati mašinu dok ne isprobaju da su zaista povećali tih 0.1%, a onda bilo čiji program može biti testiran i verifikovan na toj mašini i proveren da li radi uspešno ili ne radi. Radite u elektrani pa znate da stepen korisnosti garantuje prozivođač, a ne neko ko je proračunava. Pričate o nerešivim problemima mehanike fluida od milion dolara, što sa ovom temom nema generalno nikakve veze, ali reći ću Vam svoje mišljenje i po tom pitanju, kada bude neki profesor ili neko iz Srbije rešio takav problem od milion dolara, samo tada možemo govoriti sa sigurnošću da takav neko poseduje kvalitet, ovo o čemu se piše u tekstu su samo lični kontakti. Takođe ste naveli da razne firme ulažu milione, to je sasvim normalno jer im prodaja svog prozivoda donosi desetostruko veću dobit u odnosu na uložen novac. A ove priče ja sam radio sa ovim ili onim sa istoka i zapada u cilju postizanja neke lične promocije profesora su poprilično neukusne i lokalnog su karaktera. Nažalost danas inženjeri slepo veruju svojim profesorima nažalost, nemaju izgrađen svoj način razmišljanja, bave se održavanjem ležaja u termoelektrani, a misle i veruju da smo svetska velesila u svemu, ali ne bih da rušim snove nikome, svako ima pravo da sanja i da veruje. Pozdrav

  • Pri projektovanju se u poslednje vreme iskljucivo pristupa sa gledista ustede, tako da kolege inzenjeri znaju da tu uvek ima posla uzimajuci u obzir nove tehnologije i materijale. O profesoru mogu reci samo dobre reci, diplomirao sam master na katedri termoenerg. I u trajanju od 2 godine radili smo proracune turbinani turbokompresora do tih mera da smo sami mogli da konstruisemo turbinu ili kompr. Da li profesor moze da konstruise i napravi, naravno da moze.. Da li drzava zeli da proizvodi tako nesto, posto pojedinci retko kad imaju priliku sami da finansiraju taj poduhvat. Srdacan pozdrav

  • Zavrsila sam Mašinski fakultet pre 10ak godina, smer Termoenergetika, predavao mi je profesor Petrović. Mogu da kažem sa sigurnošću da se videlo i tad, a i sad da on ima entuzijazam i strast za tom oblašću. Iako ne prenosi znanje onoliko koliko neki drugi profesori, moram reći da je dugo godina u toj materiji i poznaje izuzetno tu oblast. Međutim, kada sam završila fakultet i zaposlila se u EPSu ostala sam blago rečeno zatečena. Bila sam u tri najbolja studenta na fakultetu. Ništa od materije koju je profesor predavao nije bilo primenjivo na praksu i struku. Fakultetska diploma je postala ulaznica za nešto drugo, a ja sam se pomalo osetila izigrano. Zbog prirode posla često sam u kontaktu sa dosta iskusnih inženjera na elektranama, toplanama i energanama i manje više svi dele moje mišljenje da su ispiti na Mašinskom i na Termoenergetici neprilagođeni profilu inženjera koji je danas potreban, sa slabo prakse i mekih veština. A kada pročitate opise tih predmeta/kurseva piše da se stuču ekspertske kompetencije iz oblasti turbina, što je primamljivo svima, ali i daleko od istine. To je gorka čaša nažalost koja se mora popiti na Mašinskom. Niko posle fakulteta neće projektovati ni turbine ni bilo šta u Srbiji, pa je i većina predmeta koje drži profesor a tiču se proračuna turbomašina praktično beskorisna budućim inženjerima. Dosta studenata hvali profesora u komentarima, a znamo svi da je njegova preporuka otvara ulazna karta za posao u elektranama i firmama, pa to i razumem, ali računam bolje i termoenergetičari da rade tamo nego druge struke u zadnje vreme sve prisutnije. Topli pozdrav i dobro zdravlje

Ostavite komentar