1000 МВт будут работать в энергосистемах.
Первая в Советском Союзе электрическая машина со сверхпроводниками была
спроектирована в Институте электромеханики в Ленинграде еще в 1962…1963 гг. Это
была машина постоянного тока с обычным ("теплым") якорем и сверхпроводниковой
обмоткой возбуждения. Мощность ее составляла всего несколько ватт.
С тех пор коллектив института (сейчас — ВНИИэлектромаш) работает над созданием
сверхпроводящих турбогенераторов для энергетики. За истекшие годы удалось
построить опытные конструкции мощностью 0,018 и 1 МВт, а затем и 20 МВт…
Каковы же особенности этого детища ВНИИэлектромаша?
Сверхпроводящая обмотка возбуждения находится в гелиевой ванне. Жидкий гелий
поступает во вращающийся ротор по трубе, расположенной в центре полого вала.
Испарившийся газ направляется обратно в конденсационную установку через зазор
между этой трубой и внутренней стенкой вала.
В конструкции трубопровода для гелия, как и в самом роторе, есть вакуумные
полости, создающие хорошую теплоизоляцию. Вращающий момент от первичного
двигателя подается к обмотке возбуждения через "тепловые мосты" — конструкцию,
достаточно прочную механически, но плохо передающую тепло.
В итоге конструкция ротора представляет собой вращающийся криостат со
сверхпроводящей обмоткой возбуждения.
Статор сверхпроводящего турбогенератора, как и в традиционном варианте, имеет
трехфазную обмотку, в которой магнитным полем ротора возбуждается
электродвижущая сила. Исследования показали, что применять сверхпроводящую
обмотку в статоре нецелесообразно, так как на переменном токе в сверхпроводниках
возникают немалые потери. Но в конструкции статора с "обычной" обмоткой есть
свои особенности.
Обмотку оказалось возможным в принципе разместить в воздушном зазоре между
статором и ротором и крепить по-новому, с помощью эпоксидных смол и
конструктивных элементов из стеклопластика. Такая схема позволила разместить
больше медных проводников в статоре.
Оригинальна и система охлаждения статора: тепло отводится фреоном, который
одновременно выполняет и функцию изолятора. В перспективе это отведенное тепло
можно будет использовать для практических целей с помощью теплового насоса.
В моторе турбогенератора мощностью 20 МВт был применен медный провод
прямоугольного сечения 2,5 х 3,5 мм. В него впрессовано 3600 жил из ниобий-
титана. Такой провод способен пропускать ток до 2200 А.
Испытания нового генератора подтвердили расчетные данные. Он оказался вдвое
легче традиционных машин той же мощности, а его КПД выше на 1 %. Сейчас этот
генератор работает в системе "Ленэнерго" в качестве синхронного компенсатора и
вырабатывает реактивную мощность.
Но основной итог работы — колоссальный опыт, накопленный в процессе создания
турбогенератора. Опираясь на него, ленинградское электромашиностроительное
объединение "Электросила" приступило к созданию турбогенератора мощностью уже
300 МВт, который будет установлен на одной из строящихся в нашей стране
электростанций.
Сверхпроводящая обмотка возбуждения ротора изготовлена из ниобий-титанового
провода. Устройство его необычно — тончайшие ниобий-титановые проводники
запрессованы в медную матрицу. Сделано это для того, чтобы предотвратить переход
обмотки из сверхпроводящего состояния в нормальное в результате воздействия
флуктуаций магнитного потока или других причин. Если же это все-таки произойдет,
ток потечет по медной матрице, тепло рассеется, сверхпроводящее состояние
восстановится.
Технология изготовления собственно ротора потребовала внедрения принципиально
новых технических решений. Если ротор обычной машины делают из цельной поковки
магнитопроводящей стали, то в данном случае он должен состоять из нескольких
вставленных один в другой цилиндров, изготовленных из стали немагнитной. Между
стенками одних цилиндров находится жидкий гелий, между стенками других создан
вакуум. Стенки цилиндров, естественно, должны обладать высокой механической
прочностью, быть вакуумно-плотными.
Масса нового турбогенератора, так же как масса его предшественника, почти в 2
раза меньше массы обычного той же мощности, а КПД увеличен еще на 0,5…0,7 %.
Турбогенератор "живет" около 30 лет и большую часть времени находился в работе,