Холодный ум, твердая рука, острый глаз

В 2020 году генерирующее оборудование GE было установлено на одной из крупнейших ГЭС Китая

Ричард Чжэн, генеральный директор GE Hydro China, с замиранием сердца следил за тем, как гигантский подъемный кран опускает один из самых больших в мире роторов генератора к кажущемумся крохотным отверстию в нижней части плотины ГЭС «Удундэ». На его проектирование и производство у Ричарда и его команды ушло несколько лет. Теперь это стальное колесо массой 1900 тонн нужно было поместить внутрь кольца с зазором всего в 40 миллиметров — диаметр примерно 50-центовой монеты. Одно неверное движение оператора крана и катастрофа неизбежна: повредится сам ротор, кран и даже, возможно, целиком бетонный монолит — тело новой плотины. У команды Ричарда нет права на ошибку.

Идеально точно опустить многотонное изделие — было не единственной проблемой, с которой столкнулись специалисты при возведении ГЭС «Удундэ». Расположенная среди скал строительная площадка исключала возможность безопасной доставки рабочего колеса в собранном виде. В результате в горе пришлось выдолбить пещеру размером с пятиэтажный дом — шириной 50 и высотой 20 метров. Пещеру превратили в подземную фабрику с собственными системами вентиляции и электроснабжения, а штату гидростроителей численностью 30 человек пришлось провести в ней целый год, чтобы закончить первое рабочее колесо. Объем работ был огромный, поэтому трудиться приходилось и во время китайского Нового года, и на протяжении всей пандемии COVID-19 — естественно, с соблюдением всех необходимых правил безопасности.

«Габариты некоторых конструкций в «Удундэ» — как будто созданы для Книги рекордов Гиннеса. Это стало для нас серьезной проблемой. Например, нужно было решить, каким образом проводить измерения на объектах таких размеров с максимальной точностью и быстротой? Заставлять людей бегать вверх и вниз по строительным лесам было бы негуманно: диаметр одного только колеса турбины составляет около 9 метров, а ротора – почти 18 метров, – рассказывает Ричард. – Но наши специалисты из GE нашли выход из этой ситуации: они разместили на компонентах датчики и разработали нестандартные лазерные инструменты для проведения измерений. Это потребовалось для того, чтобы обеспечить жесткие допуски – в некоторых случаях менее миллиметра на деталях длиной в несколько десятков метров».

Гидроэлектростанция «Удундэ» станет четвертой по величине в Китае и седьмой по величине в мире — в ее строительстве было задействовано около 16 тыс. рабочих. На станции установят 12 гидроагрегатов мощностью по 850 МВт каждый. После завершения строительства мощность станции составит 10,2 ГВт, а годовая выработка электроэнергии — 38,91 млрд кВт⋅ч, что делает ГЭС одним из важнейших инженерных проектов в рамках осуществления общенациональной программы Китая по передаче электроэнергии с запада на восток. Ввод ГЭС в эксплуатацию планируется к июлю 2021 года.

Председатель КНР Си Цзиньпин, принявший участие в торжественном пуске первой очереди ГЭС в июне 2020 года, призвал строителей гидроэлектростанции «Удундэ» уделить особое внимание экологическим характеристикам станции и продолжить ее сооружение с соблюдением высочайших стандартов качества. Новая ГЭС должна стать новым шедевром инженерной мысли и долгие годы служить на благо народа.

Компания GE начала производство турбин для китайской корпорации «Три ущелья» (China Three Gorges Corporation (CTG)), являющейся владельцем ГЭС «Удундэ», еще в 1993 году. С каждым новым проектом CTG старались расширить технические границы возможного, ставя перед инженерами GE новые — и все более трудно выполнимые задачи. Проектирование гидротурбин — задача не из легких, ведь каждая из них уникальна и изготавливается в соответствии с гидрологическими характерситиками реки и пожеланиями конкретного заказчика.

Взять, к примеру, потребность в более прочной стали, чем той, которая использовалась в конструкции турбин раньше. Через каждую турбину под давлением, в 17 раз превышающим атмосферное, проходит огромный объём воды и для проточной части, направляющей такой мощный поток к рабочем колесу, да и для самого рабочего колеса требовался материал очень большой толщины. Поэтому на месте была разработана более прочная сталь: новый металл был настолько прочным, что для выполнения сварки, необходимой для обеспечения идеальной совместимости компонентов, рабочим приходилось смягчать его, нагревая до 120 градусов Цельсия, что значительно затрудняло задачу соблюдения размеров в жестких допусках. Было проведено более сотни испытаний прочности сварочных швов новой стали, прежде чем рабочие смогли перейти к ее практическому применению.

В основе гидротурбин для ГЭС «Удундэ» лежит конструкция изобретателя Джеймса Фрэнсиса, созданная им, когда он работал на текстильной фабрике в Массачусетсе в середине XIX века. Конечно, о том, что по его чертежам в будущем будут строить такие шедевры инженерной мысли, Фрэнсис и мечтать не мог. По словам Дэвида Ховарда, менеджера по продажам GE Renewable Energy во Франции, турбины, изготовленные для ГЭС «Удундэ», работают с максимальным КПД около 96 %, а генераторы – почти 99 %.

Плотина «Удундэ» высотой 270 метров входит в число крупнейших в Китае. Она находится на реке Цзиньша — верхнем притоке великой Янцзы, на горной границе между провинциями Юньнань и Сычуань. Строительство плотины заняло пять лет и обошлось в 17 миллиардов долларов. GE произведет для «Удундэ» 6 из 12 гидроагрегатов мощностью по 850 МВт. По словам Ховарда, всего один такой агрегат способен обеспечить электроэнергией 1,8 миллионов типовых китайских домов. «Чтобы создать такую машину, нужно иметь глубокие познания в гидравлике, механике, электротехнике и производственных алгоритмах, – говорит Ховард. – Для нас это очень масштабный и важный проект».

Кульминационным моментом всего строительства стала установка гигантского ротора. Для этого потребовался кран, способный поднять объект, вес которого аналогичен весу 30 синих китов. Опытный оператор подъемного крана мастерски справился с поставленной задачей. Содействие ему оказала группа рабочих, направлявших движение механизма по заданной траектории на отведенное ему место и помогавших передвигать его со скоростью около 3,4 метра в минуту. Когда в июне началась серия испытаний генератора, Ричард Чжэн поразился тому, насколько тихо работала гигантская машина.

ГЭС «Удундэ» — не последний масштабный проект для GE. Впереди у компании — новые вызовы и новые технически сложные и интересные проекты.