Тихо или быстро

А.А.Калинин, зам. генерального директора Института комплексных стратегических исследований
П.Ю.Лион, ведущий аналитик Института комплексных стратегических исследований, сектор «Атомное и энергетическое машиностроение»

5 ноября 2006 года в газете «КоммерсантЪ-Daily» было опубликовано заявление С.В.Кириенко о том, что Росатом рассматривает три основных варианта доступа к технологиям тихоходных турбин: создание СП с Силовыми машинами с использованием технологии Siemens; сотрудничество с украинским Турбоатомом; создание СП с зарубежным производителем турбин такого типа.

Это заявление стало своего рода сигналом о том, что работа по этому направлению в соответствующих структурах ведется, однако, конкретные параметры этой работы обозначены не были. Позднее появилось лаконичное сообщение: Китай готов заключать с Россией контракты на строительство 6–8 атомных энергоблоков новых атомных энергоблоков при условии использования тихоходных турбин, а не быстроходных, которыми оснащены первые два блока АЭС Тяньвань. Попытки получить более подробную информацию об источнике, контексте и тоне первоисточника этого заявления, оказались безуспешными: некоторые эксперты сомневаются в точности перевода, а некоторые – утверждают, что китайская сторона подобных заявлений не делала.


Надо полагать, что хотя тема и представлена отраслевой общественности, официальную позицию отраслевого руководства по этому вопросу еще предстоит выработать.


Предмет

В СССР турбины для АЭС производились в основном на Харьковском турбинном заводе (тихоходные) и в значительно меньшей степени на Ленинградском металлическом заводе (быстроходные). Такая специализация заводов обусловила два характерных обстоятельства: во-первых, подавляющее число АЭС, построенных по советскому проекту внутри страны и за рубежом, укомплектовано именно тихоходными турбинами, а во-вторых, на сегодняшний день в России нет собственной технологии создания тихоходных турбин.


Тихоходные турбины имеют частоту вращения 1500 оборотов в минуту против 3000 оборотов в минуту у быстроходных. Сторонники тихоходной технологии утверждают, что меньшая частота вращения – основа сравнительно большей безопасности турбины, обеспечиваемой значительно меньшим разрывным воздействием на лопатки. Однако по массогабаритным показателям тихоходная турбина на 20–30% крупнее быстроходной той же мощности, что суммарно, с учетом металлоемкости турбины, затрат на фундамент и конструктивные элементы машинного зала, ведет к увеличению стоимости машинного зала тихоходной турбины на 20–25% по сравнению с аналогичным решением для быстроходной.


По показателю экономичности нет достоверных данных о различии между тихоходной и быстроходной технологиями в мощностном диапазоне до 1200 МВт. При сравнении данных оценки конструкторов, на мощностном уровне 1500 МВт и выше обнаруживается превосходство тихоходной турбины приблизительно на 2%. При этом существенно, что увеличение удельной стоимости проекта тихоходной турбины, связанное с массогабаритными характеристиками, в абсолютной величине превосходит снижение, достигаемое за счет большей экономичности.


Таким образом, тихоходные турбины считаются более надежными и безопасными, однако, являются и более дорогостоящими по сравнению с быстроходными аналогами, несмотря на некоторое превосходство по экономичности, обнаруживающееся в диапазоне свыше 1500 МВт. Преимущество тихоходных турбин тем выше, чем дальше единичная мощность установки переходит барьер 1500 МВт.


Существенным обстоятельством здесь является также и технологическая сложность создания быстроходной турбины мощностью свыше 1500 МВт. На мощности 1000 и 1200 МВт ЛМЗ удалось разработать уникальную титановую лопатку последней ступени длиной 1200 мм на частоту 3000 оборотов в минуту, также конструкторы завода уверены в способности обеспечить решение для мощности 1500 МВт. Однако очевидно, что с каждым последующим шагом увеличения единичной мощности сложность задачи создания лопатки последней ступени будет возрастать и рано или поздно достигнет запретительных  величин. Сложность обусловлена необходимостью создания конструкции и применения материалов, способных выдержать столь значительное разрывное усилие с обеспечением требуемых показателей безопасности и надежности, включая приемлемую периодичность планово-предупредительных мероприятий на турбине.

Применение

На сегодняшний день быстроходные турбины ЛМЗ мощностью 1000 МВт успешно эксплуатируются на трех украинских АЭС (Хмельницкая, Ровенская, Южно-Украинская), поставляются на исполняемые проекты в России и за рубежом (Бушер, Тяньвань, Куданкулам), заявлены в конкурсной документации по АЭС Белене (Болгария).


Если исходить из того, что принятая в октябре Федеральная целевая программа по развитию атомной энергетики России описывает в достаточной степени реалистичное развитие событий на российском рынке в перспективе до 2015 г., а также рассчитывать на исполнение существующих планов по работе над проектом БН-1800, то применение тихоходных турбин внутри страны реально оправдано не ранее 2025 года. В проекте АЭС-2006 вероятнее всего будет использована быстроходная турбина производства Ленинградского металлического завода (ЛМЗ) мощностью 1200 МВт. Это наиболее практичное решение, поскольку такая машина, обладающая удовлетворительными технико-экономическими показателями, на заводе есть, и требуемый объем выпуска может быть обеспечен. Существенно, что применение тихоходной турбины в рамках проекта АЭС-2006 не дало бы положительного эффекта на уровне технико-экономических показателей и напротив, привело бы к удорожанию проекта в целом.


Применение тихоходной турбины целесообразно рассматривать при переходе через порог 1500 МВт, который, согласно имеющимся экспертным оценкам, намечен в России на 2025 год в связи с предполагаемым пуском головного образца установки БН-1800. Существенно, что на установке БН-600 Белоярской АЭС использованы три быстроходные турбины производства ЛМЗ мощностью 200 МВт, а на сооружаемом в настоящее время БН-800 – также быстроходная турбина ЛМЗ мощностью 800 МВт. Также стоит отметить, что обсуждавшийся ранее проект ВВЭР-1500 не отражен в ФЦП. Возможно, это объясняется тем, что на сегодняшний день разработка и изготовление головного образца ВВЭР-1500 может вестись только на тех же самых предприятиях и силами тех же самых специалистов, на которых возложена ответственность масштабного ввода АЭС проекта 2006. В этих условиях выделение достаточных ресурсов для работы по проекту 1500 крайне маловероятно. Таким образом, наиболее перспективный в России блок, который перейдет порог 1500 МВт – БН-1800, предварительно запланированный на 2025 год. Только с ним могут быть связаны перспективы применения тихоходных турбин в России.


Применение тихоходных турбин в российских проектах за рубежом было официально обозначено как один из определяющих способов повышения конкурентоспособности российских проектов на мировом рынке сооружения АЭС. Следует, однако,  признать, что рыночные перспективы российских производителей на внешнем рынке довольно ограничены, причем не по причине отсутствия тихоходных турбин, а по причине постепенной утраты нашей страной фундаментальной способности конкурировать в отрасли, начиная от внешнеполитической ситуации и заканчивая способностью предлагать экономически эффективные и современные технологические решения как по уровню единичной мощности реакторной установки, так и по срокам сооружения и общему уровню качества изготовления оборудования и управления проектом. В этих условиях наиболее оптимистичной перспективой ближайших 10 лет являются 8–10 (блоков) в развитие проектов Тяньвань (Китай), Куданкулам (Индия), Бушер (Иран), а также сооружение АЭС Белене (Болгария). Безусловно, возможны единичные проекты, полученные в результате тех или иных дипломатических усилий, однако, во-первых, это все же маловероятно, а во-вторых, принципиально ситуацию не меняет. Очевидно, что во всех упомянутых проектах уже заложена быстроходная турбина ЛМЗ мощностью 1000 МВт и изменения здесь нецелесообразны: они не дадут никакого технико-экономического эффекта и главное – они не окупятся на этом масштабе перспектив.


Снова стоит оговориться, что сказанное относится к проектам АЭС-91, 92 и 2006 на основе реакторной установки ВВЭР-1000/1200. Перспективы России на международном рынке после коммерциализации технологии ректора на быстрых нейтронах могут значительно измениться, однако, даже по оптимистичным прогнозам это произойдет не ранее 2025 года.


Таким образом, ситуация на внутреннем и на внешнем рынке сооружения АЭС не создает предпосылок для перехода на тихоходные турбины в перспективе до 2025 года, что непосредственно связано с коммерциализацией реактора на быстрых нейтронах мощностью 1800 МВт для российского и внешнего рынка.


Создание

На сегодняшний день широко обсуждается только один способ развития тихоходных технологий в России – заимствование и локализация. Среди возможных вариантов партнерства завод «Турбоатом» (бывший Харьковский турбинный завод), а также мировые лидеры – General Electric, Siemens, Alstom, Mitsubishi, Toshiba, Hitachi. Как следует из заявления С.В.Кириенко, приведенного в газете «КоммерсантЪ-Daily», Турбоатом не является приоритетным партнером из-за своего неблагоприятного производственно-технологического состояния, а также, вероятно, из-за некоторой нестабильности в отношениях между Россией и Украиной. Из оставшихся в рассмотрении, очевидно, преимуществом будут пользоваться те компании, с которыми Россия не конкурирует по оборудованию реакторного острова – Siemens, Alstom и Hitachi.

Однако применение локализованной технологии связано с рядом существенных ограничений. Прежде всего, речь идет о рыночных ограничениях: лицензионное соглашение предполагает, что поставляться локализованная турбина может только на рынках отдельных стран, например, России и Белоруссии. Кроме того, очевидно, что темп освоения турбины российской стороной будет таков, что на протяжении как минимум 3–5 лет доля импортируемых компонент будет значительной, что с одной стороны еще более увеличивает удельную стоимость машины, а с другой – минимизирует экономическую выгоду российской стороны. В итоге, сама локализованная турбина не сможет поставляться за рубеж, а на внутреннем рынке она будет значительно уступать по технико-экономическим показателям российскому быстроходному аналогу. Если же предполагать сценарий, при котором локализация турбины, например, 1000 МВт является стратегическим шагом, необходимым для обеспечения конкурентоспособности российских проектов на основе БН-1800, то ситуацию следует рассматривать иначе. В этом случае, в целях приобретения опыта производства и эксплуатации турбин, а также для создания необходимых условий для работы отечественных конструкторов над проектом собственной тихоходной машины мощностью свыше 1500 МВт, требуется политическое решение об установке в рамках проекта АЭС-2006 определенного количества локализованных машин, несмотря на их сравнительно меньшую экономическую эффективность. Этот подход представляется наиболее рациональным, поскольку имеющийся временной запас представляется достаточным для реализации полноценного комплекса мероприятий по созданию собственного проекта на основе опыта производства и эксплуатации локализованной машины к 2025 году.

В России номинально существуют три площадки, специализирующиеся на создании паровых турбин: Ленинградский металлический завод, Калужский турбинный завод, Уральский турбинный завод. Также недавно была заявлена ограниченная номенклатура паровых турбин Уральским заводом энергетических машин. С точки зрения технологической готовности к локализации тихоходных турбин большой мощности с последующей организацией полномасштабного выпуска, указанные площадки находятся в условно одинаковой степени неготовности: для этого проекта необходимо сооружение обособленных и специализированных мощностей. Основное различие – в компетенциях конструкторского и производственно-технологического персонала. С этой точки зрения по тем или иным причинам из рассмотрения исключаются КТЗ, УТЗ и УЗЭМ, а наиболее готовым является ЛМЗ, как единственный в России завод, имеющий опыт поставки турбин для АЭС большой мощности.


Однако с точки зрения локализации технологии тихоходных турбин, у площадки ЛМЗ есть также и существенные ограничения: ЛМЗ входит в состав компании «Силовые машины», блокирующий пакет акций которой принадлежит компании «Siemens», что объективно снижает гибкость при выборе технологического партнера по локализации тихоходной технологии. При этом компания «Siemens» более заинтересована в передаче газотурбинных технологий, чем сотрудничестве по тихоходной тематике. Возможно, причина подобного сдержанного отношения к возможности локализации тихоходных технологий – прагматичный подход к оценке рисков и возможных выгод, характерный для немецкой компании, который не приемлет такого масштаба неопределенности рыночных перспектив тихоходных турбин для АЭС в России.

В этих обстоятельствах единственным и наиболее обсуждаемым вариантом по локализации технологии тихоходных турбин оказывается сооружение новой специализированной площадки, непосредственно не связанной ни с одним существующим турбостроительным предприятием, расположенной благоприятно с точки зрения логистики и инфраструктуры, на которой будет создано современное конструкторское бюро по освоению тихоходной технологии, собранное из ведущих специалистов, индивидуально приглашенных с различных предприятий, вероятно, не исключая харьковский Турбоатом. В этом случае может быть обеспечена достаточная мера концентрации ресурсов на поставленной задаче, а также обеспечена достаточная гибкость в выборе технологического партнера из оставшихся – Alstom и Hitachi.


Успех такого проекта зависит не столько от того, удастся ли обеспечить финансирование для строительства новой площадки, общие объемы которого оцениваются в районе 1 млрд долл. США, сколько от условий соглашения с технологическим партнером и главное – от качества решения задачи по мобилизации управленческого, конструкторского и производственно-технологического персонала. При существующем потенциале отрасли, не всегда способной качественно и в срок выпускать уже существующую продукцию на существующих предприятиях, столь масштабные намерения не могут не вызывать настороженности.


В этом контексте некоторое недоумение вызывает отсутствие в широком экспертном обсуждении потенциала компании «Силовые машины» по созданию тихоходной турбины собственного проекта. Согласно ряду оценок отраслевых экспертов, собственная тихоходная машина мощностью 1200 МВт может быть создана в КБ ЛМЗ в срок до 5 лет с той или иной мерой использования внешних научно-исследовательских и конструкторско-технологических ресурсов. Так или иначе, собственный российский проект – это единственная возможность осуществления независимого экспорта, о приоритетности которого так много говорится сейчас. Также, стоит повториться: ЛМЗ единственное в России турбостроительное предприятие, которое, во-первых, имеет многолетний опыт сооружения паровых турбин мощностью до 1200 МВт, а во-вторых, имеет многолетний опыт поставки турбин для АЭС, в том числе на экспорт. Кроме того, необходимо учесть, что как локализация, так и создание собственной тихоходной турбины потребуют последующего создания прочего оборудования машинного зала, прежде всего, генератора большой мощности, что на сегодняшний день в России возможно только на заводе «Электросила», также входящего в компанию «Силовые машины».


Широкое обсуждение ряда описанных выше идей, включая мегапроекты по созданию новых турбостроительных предприятий с иностранным участием, возможно только в одном случае: вопрос в практической плоскости еще не поставлен. То есть на сегодняшний день никаких технически и экономически обоснованных причин для появления в России тихоходных турбин нет. Единственным необходимым и достаточным свидетельством перевода вопроса в практическую плоскость будет реальный долгосрочный заказ на тихоходные турбины от ФААЭ или ФГУП «Росэнергоатом», подкрепленный безусловными финансовыми обязательствами со стороны заказчика. По всей вероятности к этому главные заказчики не готовы, прежде всего, в силу концентрации ресурсов на задаче по реализации атомной ФЦП, где о тихоходной турбине нет ни слова.

назад

Материалы из архива

8.2006 Молодые ученые – вымирающий вид?

"Чтобы сохранить сложившееся соотношение научных сотрудников и персонала, сокращение коснется обеих групп примерно поровну. Может показаться, что вспомогательного персонала многовато, но это не так. Площадь серьезных установок, скажем, в институтах ядерных исследований, в химической отрасли доходит до сотен квадратных метров, и, чтобы поддерживать их, нужны многочисленные инженеры, техники, лаборанты…

10.2007 К скупке патентов отношусь положительно

Фонд Содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере - один из первых учрежденных государством фондов, созданный с целью продвижения на рынок разработок инженеров, ученых. Отделения Фонда работают во всех регионах страны. На вопросы редакции отвечает Николай Николаевич Ермилов, директор  ЗАО ИЛИП - официальный представительства Фонда  в Северо-Западном регионе.

2.2008 Если нужно, значит, «нано»!

Константин Гурдин, «Аргументы недели»Государственную поддержку нанотехнологий можно сравнить с советским атомным проектом. Снова все силы и средства брошены на одну – ключевую – область исследований. Объем финансирования наноиндустрии в 9 раз превышает сумму, которую Россия выделяет на поддержку фундаментальной науки. При этом, как и в случае с атомной бомбой, государство рассчитывает на быструю отдачу. Но эта ставка, скорее всего, не сыграет. В действительности «плодами нанотехнологий» смогут насладиться разве что наши внуки.