Отзыв оппонента 2 (Разработка научно-методологических основ создания перспективных высокотемпературных энергетических комплексов)

В диссертационный совет Д 212,157.14 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА доктора технических наук, профессора Мильмана Олега Ошеревнча на диссертационную работу Рогалева Андрея Николаевича на тему: «Разработка научно-методологических основ создания перспективных высокотемпературных энергетических комплексов», представленную на соискание ученой степени доктора технических наук по специальностям 05.14.01 — Энергетические системы и комплексы н 05.04.12 — Турбомашины и комбинированные турбоустановки Актуальность темы исследования Эффективность электроэнергетической отрасли является основой конкурентоспособности экономик промышленно развитых стран. В связи с этим страны-лидеры промьппленного производства уделяют большое внимание вопросам повышения эффективности использования первичных энергоресурсов.

Несмотря на активные усилия в развитии альтернативных источников энергии в целях снижения негативного воздействия на окружаюшую среду и повышения уровня энергетической безопасности производство электроэнергии на базе нетрадиционных генерирующих установок по-прежнему доминирует по объемам производства по сравнению с нетрадиционными технологиями. Преследуя цель повышения энергетической эффективности производства электроэнергии, энергомашиностроительные корпорации ведут непрерывную работу по совершенствованию основного и вспомогательного оборудования, однако магистральным направлением повышения эффективности всегда оставалось увеличение начальных параметров термодинамического цикла.

Наибольших успехов в этом направлении достигли в развитии технологий комбинированной выработки электрической энергии, применяемых в газовой генерации. На сегодняшний день лучшие образцы парогазовых установок с начальной температурой газа на входе в газовую турбину порядка 1600 'С обеспечивают КПД выработки электроэнергии на уровне 60-61 "о.

Стоит отметить, что порядка 40 ',4 выработки электроэнергии осуществляется именно угольными электростанциями, подавляющее большинство которых работает по паротурбинному циклу Ренкина, параметры которого, по сравнению с парогазовым циклом, остаются относительно невысокими. Попытки создания комбинированных энергоустановок на угольном топливе оказались нс столь удачными — созданные парогазовые энергоблоки с внутрицикловой газификацией угля показали относительно невысокий уровень тепловой экономичности (порядка 44 '.4) при существенном усложнении конструкции и высокой удельной стоимости установленной мошности, которая достигает 4000-5000 $ за 1 кВт.

Особое внимание развитию паротурбинных технологий с повышенными параметрами пара уделяется в странах, обладающими большими запасами угольного топлива, такими как США и Китай, и странами, использующими дорогое привозное топливо, ярким представителем которых является Япония. Уже освоены и получили широкое распространение энергоблоки с суперсверхкритическими параметрами пара (ССКП, 30 МПа / 600/620'С), обеспечивающие КПД производства электрической энергии порядка 43-45 ",4. Следующим шагом в повышении начальных параметров пара является переход к ультрасверхкритнческим параметрам (УСКП, 35МПа / 700/720-760'С), который обеспечит преодоление рубежа тепловой эффективности в 50;4.

Россия занимает второе место в мире по запасам угля, а более 20 ';о выработки электроэнергии в РФ приходится на угольные электростанции. Таким образом, развитие технологий угольной генерации является актуальной задачей как для мировой, так и для отечественной энергетики.

Повышение экономичности угольной генерации является одной из задач„обозначенных энергетической стратегией России на период до 2030 г. Содержание работы Диссертационная работа изложена на 366 страницах, состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. В первой главе автором проведен краткий анализ текушего состояния и перспектив развития мировой электроэнергетический отрасли. Следует отметить, что обзор литературы выполнен грамотно„профессионально и в этом плане представляют самостоятельный интерес.

Показано, что несмотря на активную работу в сфере разработки н создания альтернативных возобновляемых источников энергии их доля в общей выработке незначительна, а основой мировой энергетики являются энергоустановки, работающие на углеводородном и ядерном топливе. В связи с этим большое внимание уделяется развитию технологий производства электрической энергии на паротурбинных электростанциях, использующих уголь в качестве основного топлива, поскольку именно уголь является самым распространенным видом энергоносителя, запасов которого при текущем уровне энергопотребления хватить еще на несколько сотен лет.

Энергетическое оборудование практически достигло предела своего совершенства и главным инструментом повышения тепловой экономичности является увеличение начальных параметров пара. Перспективным, не освоенным на текущий момент уровнем начальных параметров паротурбинных электростанций является ультрасверхкритический уровень параметров (УСКП). Проведенный анализ проблемы создания энергоустановок с указанными параметрами показал, что одной из главных проблем технической реализуемости является обеспечение возможности длительной работы конструктивных элементов оборудования в зонах высоких температур и давлений. Поэтому большое внимание при проведении исследований в области создания энергоблоков УСКП занимают работы, связанные с созданием новых жаропрочных материалов, а также технологий изготовления высокотемпературных элементов нового оборудования, в частности паропроводов, запорной и регулирующей арматуры, роторов высокого и среднего давления и ряда других.

Соискатель отмечает, что наряду с технической реализуемостью важное место занимает экономическая целесообразность создания энергоблоков УСКП, поскольку применение дорогостоящих жаропрочных материалов приводит к существенному увеличению величины капитальных вложений, которое может превысить эффект от повышения тепловой экономичность энергоблока и сделать его неконкурентоспособным по сравнению с существующими технологиями генерации. Проведен анализ опыта охлаждения паровых турбин сверхкритических параметров, полученного при реализации мероприятий по продлению ресурса.

Одной из наиболее сложных задач является снижение металлоемкости высокотемпературных поверхностей нагрева, для решения которой автором рассмотрены альтернативные способы реализации перегрева нара, такие как водородно-кислородные и газово-кислородные камеры сгорания, которые являются более компактными и обеспечивают возможность достижения более высоких температур рабочего тела. На примере охлаждаемых лопаток газотурбинных установок показаны недостатки существующих подходов к проектированию, базирующихся на применении исключительно расчетных методов и математических моделей, заключающиеся в существенном расхождении получаемых результатов с результатами последующих испытаний, что приводит к необходимости экспериментальной доводки изделия и, как следствие, к увеличению продолжительности сроков проектирования и к повышению стоимости изделий.

Основываясь на результатах анализа, автор делает вывод, что конкурентоспособность новых образцов техники может быть повышена не только за счет применения новых технических решений, но и за счет усовершенствования методов проектирования с целью сокрашения его сроков и повышения качества принимаемых конструктивно-технологических решений. Проблема повышения параметров на паротурбинных энергоблоках существует не только в тепловой, но и в атомной генерации.

Автором проведен анализ возможных спо- собов реализации повышения начальной температуры пара на АЭС как за счет использования перспективных энергетических ректоров, так и за счет внешнего по отношеникт к реакторной установке перегрева. Соискатель отмечает, что решающую роль при внедрении новых технологий и технических решений играет стоимость их сооружения. В связи с этим методология проектирования новых решений должна предусматривать наличие блока функционально- стоимостного анализа, устанавливающего взаимосвязь уровня функционального совершенства и стоимости новых технологий.

В заключительной части первой главы соискателем проанализированы методы оценки стоимости оборудования энергетического машиностроения и их применимость для решения задач прогнозирования стоимости перспективного оборудования. В целом постановка задачи и цель исследования выполнены, четко и обоснованно объединены все разделы диссертации. Вторая глава диссертации посвящена оптимизационным исследованиям тепловых схем угольных паротурбинных энергоблоков с повышенными начальными параметрами пара, гибридных угольно-водородных энергетических комплексов, а также гибридных атомных элекзростанций с внешним огневым перегревом пара, направленным на разработку рекомендаций по формированию структуры и выбору параметров тепловых схем энергетических комплексов, обеспечивающих максимальный уровень тепловой экономичности. В ходе проведения исследования определены зависимости изменения тепловой экономичности угольного энергоблока от начальных параметров пара и параметров промперегрева в диапазоне температур 600-720 'С и давлений 24-35 МПа.

Эта часть исследования сделана детально и представляет самостоятельный интерес. На основе полученных данных определены требования к энергетическому оборудованию и проведена конструктинная проработка с применением традиционных для энергомашиностроения регнений.