„Лабораторија за топлотне турбомашине бави се примењеном науком. Научни допринос може се постићи само ако се то што смислите примени, на пример нова метода или софтвер… Осмислили смо нови метод за прорачун и оптимизацију топлотних шемa парних и гасних турбопостројења и моделе за симулацију рада свих компонената парног турбопостројења… Данас наш метод и софтвер више светских произвођача сматрају најбољим и примењују га код развоја својих најосетљивијих технологија од којих им зависи конкурентност, положај на тржишту и, у крајњој линији, опстанак. На пример, компаније Honeywell (Phoenix, САД), MAN Turbo (Немачка) своје гасне турбине прорачунавају применом нашег система“, наводи проф. др Милан Петровић у ауторском тексту за научнопопуларни часопис „Галaксија Нова“.
Проф. Петровић у „Ханивелу“
Пре сто година на Универзитету у Београду почела су предавања o топлотним турбомашинама, у које спадају парне турбине, гасне турбине и турбокомпресори. Парне и гасне турбине служе да унутрашњу топлотну енергију паре или гаса на високој температури и висoком притиску кроз термодинамички процес експанзије трансформишу у механички рад, при чему опадају притисак и температура. У генератору се то може трансформисати у електричну енергију или се искористити за покретње неке друге радне машине. Код компресора се обратно у процесу компресије механички рад трансформише у унутрашњу енергију гасовитих флуида при чему притисак и температура расту. Топлотне турбомашине су заузеле доминантну улогу у енергетици и ваздушном саобраћају.
Парне турбине у данашњем облику су патентиране 1883. године у време индустријске револуције и великих проналазака. Тада су се стекла два битна фактора: постојала је велика потреба за механичким погоном машина у индустрији, а сакупила су се неопходна знања из различитих области науке да се такви проналасци омогуће.
Данас се у свету око 70% електричне енергије произведе у термоелектранама са парним и гасним турбинама. Од велике важности је и примена у комуналној и индустријској енергетици где се парне и гасне турбине примењују за комбиновану производњу електричне и топлотне енергије с веома високим степенима корисности. Авионски мотори, сем код спортских и пољопривредних летелица где се и даље примењују клипни мотори, јесу гасне турбине. Мања али значајна примена је и у водном и друмском саобраћају код погона бродова и турбопуњења аутомобила. Гасне турбине се у одређеним ситуацијама примењују и у железничком саобраћају за погон локомотива. С порастом примене обновљивих извора енергије топлотне турбомашине су нашле примену као кључне машине код коришћења енергије ветра, концентрисане соларне енергије, биомасе, геотермалне енергије. Дакле, у свим областима, осим фотонапонских панела и коришћења механичке енергије река и мора.
Београд је увео електрично јавно осветљење крајем 19. века, међу првим европским градовима. Тада је на Дорћолу изграђена прва термоелектана у Србији која је као погонске машине имала парне машине. Предмет „Парне турбине” уведен је у наставу на Универзитета у Београду 1920. године, одмах после Првог светског рата.
Парне турбине у данашњем облику су патентиране 1883. године у време индустријске револуције и великих проналазака. Тада су се стекла два битна фактора: постојала је велика потреба за механичким погоном машина у индустрији, а сакупила су се неопходна знања из различитих области науке да се такви проналасци омогуће. Исте године су патентиране два принципа рада, акциони (Gustav de Laval, Шведска) и рекациони (Charlеs Parsons, Велика Британија), који се и данас користе. Парне турбине су одмах показале велике предности у односу на парне машине. Већ крајем 19. и почетком 20. парне турбине ушле у широку примену у енергетици, саобраћају и индустрији.
Први успешни патенти гасних турбина датирају у годинама пред Први светски рат. Значајнију примену су нашле тек пред Други светски рат када је 1937. године у Швајцарској пуштена у погон прва термоелектрана, а 1939. је у Немачкој полетео први авион с гасном турбином. Са експанзијом термоенергетике и ваздухопловства после Другог светског рата дошло је и до великог развоја топлотних турбомашина.
Треба имати у виду да је Београд увео електрично јавно осветљење крајем 19. века, међу првим европским градовима. Тада је на Дорћолу изграђена прва термоелектана у Србији која је као погонске машине имала парне машине. Предмет „Парне турбине” уведен је у наставу на Универзитета у Београду 1920. године, одмах после Првог светског рата. За професора је постављен Григорије Пио Уљски који је као емигрант стигао из Русије.
Пио Уљски је до Октобарске револуције био професор на Универзитету у Санкт Петерсбургу. Када је стигао у Београд Пио Уљски је био у зрелим годинама, с великим научним радом у области термодинамике и парних турбина и значајним инжењерским искуством у развоју парних турбина за потребе руске ратне морнарице. Ми смо као држава и народ имали срећу да је доласком научника светског гласа за професора једна нова дисциплина уведена одмах на веома високом, светском нивоу. Пио Уљски је био професор до смрти 1935. године оставивши неизбрисив траг у развоју науке и енергетике у Србији. Објавио је књигу о парним турбинама, која се дуго у преводу на руски језик користила као уџбеник и у Русији.
Универзитет у Београду спада међу европске универзитете с најдужом традицијом у овој области. Пре неколикао година је ЕТХ Цирих славио 125 година од увођења предмета из области топлотних турбомашина у наставу, а још дужу традицију има Универзитет у Хановеру. Ради обележавања овог ретког јубилеја за септембар 2020. био је планиран научни скуп на који смо позвали професоре из најначајнијих института и директоре развоја највећих компанија у свету. Нажалост, због пандeмије морали смо да га откажемо, надамо се да ће следеће године ораганизација скупа бити могућа.
У послератном периоду посебан траг оставили су наши професори Младен Поповић и Драгутин Стојановић који су основали Катедру за термоенергетику на Машинском факултету. Проф. Стојановић је почетком педесетих провео осамнаест месеци на усвршавању на Универзитету Карлсруе у Немачкој и у компанији „Браун Бовери” у Швајцарској. Он је увео нови, модеран приступ у настави и истраживању у области топлотних турбомашина. Посебно место у историји термоенергетике заузима академик проф. Димитрије Савић, члан САНУ. Он је постао професор термоенергетике на Машинском факултету, после успешне привредне каријере (један од оснивача и директора Електропривреде Србије, затим и „Енергопројекта”). При крају прошлог века професори топлотних турбомашина били су Новица Васиљевић и Никола Ћук.
Развој науке о топлотним турбомашинама на МФ је у претходних 100 година био лимитиран недостатком домаћих фирми које се баве развојем топлотних турбомашина и немогућношћу изградње неопходних експерименталних постројења због веома великих инвестиција у инсталације и мерну опрему. Због тога се катедра углавном усмеравала на истраживања теоријског типа и истраживачко развојне пројекте са електропривредним предузећима и фирмама са индустријском и комуналном енергетиком. Велики удар је наша област доживела деведесетих година када су управо ова предузећа доспела у најтежи положај.
Ми смо за пет година прешли пут од идеје до испитане гасне турбине с веома добрим пeрформансама која је ушла у серијску производњу у тада моћној „Првој петолетки” из Трстеника.
Дипломирао сам 1983. као последњи дипломац проф. Стојановића, уз коменторство проф. Ћука. У то време је Машински факултет потписао уговор о развоју малих гасних турбина за турбопуњење мотора за потребе домаће индустрије. Формиран је истраживачки тим под руководством проф. Радивоја Трифуновића са Катедре за моторе. На предлог мојих ментора укључен сам у овај тим као члан задужен за аеродинамички дизајн. Тако сам као веома млад инжењер добио прилику, која се ретко коме у области укаже, да развијам модела за аеродинамичке прорачуне радијалних гасних турбина и радијалних компресора, учествујем у равоју и дизајну лопатица, ротора, спроводних апарата, у избору материјала и освајању произвдње, изради експериметалних постројења, испитивању и оптимисању нове турбомашине из области највише технологије чији је број обртаја око 100.000 у минуту. Ми смо за пет година прешли пут од идеје до испитане гасне турбине с веома добрим пeрформансама која је ушла у серијску производњу у тада моћној „Првој петолетки” из Трстеника.
Са значајним истраживачим искуством и великим личним самопoузадњем 1988. године отишао сам у Институт за топлотне турбомашине на Универзитету у Хановеру код проф. Валтера Риса, на сам извор знања у овој области. Тамо сам радио до 1995. године када сам после одбрањене дисертације одлучио да се вратим у Београд.
Институт је референтно место у развоју врхунске технологије за индустрију, образовање инжењера и стварање истраживачких, развојних и руководећих стручњака за индустрију у области топлотних турбомашина. Шездесетих година руководилац је био проф. Бамерт, несумљиви светски ауторитет у овој обасти. Он је од државе добио задатак и буџет да изгради и опреми установу по свом нахођењу без икаквих ограничења. Институт и данас представаља једну од водећих светских истраживачких институција у области турбомашина. Институт располаже изванредним експерименталним могућностима и рачунарским капацитетима, стручњацима, нагомиланим знањем и традицијом.
У то време нумеричка и компјутерска механика флуида (CFD) била је у великом замаху, а њене примене у области топлотних турбомашина у почетној фази. Радио сам на развоју нових метода за аеродинамички прорачун турбина базиран на CFD. Године 1995. сам одбранио докторску дисертацију и објавио кљигу о аеродинамичким прорачунима топлотних турбомашина код једног од најважнијих светских издавача техничке литературе. Институт је 1994. потписао додатни уговор за учешће у развоју нове гасне турбине за једну водећу светску фирму базиран на том методу. И после повратка у Београд све до 1998. на позив свог ментора проф. Риса, одлазио сам у Институт у току лета и зиме у паузама између семестара да учествујем у пројекту или да будем супервизор млађих сарадника. Заслугом дотичног професора Машински факултет је 2002. добио донацију у рачунарској опреми вредну тадашњих 200.000 марака.
Лабораторија за топлотне турбомашине бави се примењеном науком. Научни допринос може се постићи само ако се то што смислите примени, на пример нова метода или софтвер. Прва битна чињеница јесте да у земљи, а ни у региону, нема произвођача топлотних турбомашина. Друга, у Србији и региону постоји значајан термоенергетски сектор у електропривредним предузећима и у великима процесним, хемијским, прехрабеним, пројектантским, извођачким и истраживачкеим компанијама, за које, уосталом, школујемо инжењере. Трећа, сматрам да је експериментални рад неопходан. Без мерења и испитивања тешко се разумеју феномени, а без експерименталне потврде не може се оствартити веродостојан разултат који ће неко хтети или смети да примени.
Осмислили смо нови метод за прорачун и оптимизацију топлотних шемa парних и гасних турбопостројења и моделе за симулацију рада свих компонената парног турбопостројења.
Данас на Машинском факултету у Београду имамо мерни систем за аквизицију мерних резултата са више од 200 канала, више од 300 најпрецизнијих инструмената, системе за еталонирање мерила притиска и температуре. Израдили смо софтвере за вођење испитивања и аутоматску обраду података. Испитивања топлотних турбомашина су веома комплексна и захтевају уградњу, зависно од сложености процеса, између 100 и 200 инструмената. Ми смо већ 10 година акредитована лабораторија. Осмислили смо нови метод за прорачун и оптимизацију топлотних шемa парних и гасних турбопостројења и моделе за симулацију рада свих компонената парног турбопостројења. У претходних 20 година смо израдили велики број развојноистраживачких пројеката и техничких решења за Електропривреду Србије у склопу напора за повећање снаге, степена корисности блокова и подизања поузданости рада. С колегама из Лабораторије за котлове израдили смо контролне прорачуне свих главних постројења за нову ТЕ Костолац Б3, а успешну сарађујемо с домаћим компанијама МСК Кикинда, Петрохемија Панчево, раније Азотара, Енергопројектом… У току су значајни истраживачкоразвојни пројекти са електропривредама Црне Горе и Републике Српске.
Учествовали смо у развоју нове гасне турбине SGT8000H (Siemens) и редизајну гасне турбине SGT4000F, уз захтев наручиоца да се прорачуни струјања спроведу методом и софтвером Универзитета у Београду. Када се појавила на тржишту, SGT8000H била је гасна турбина са највећом снагом и најбољим степеном корисности.
Данас наш систем више светских произвођача сматрају најбољим и примењују га код развоја својих најосетљивијих технологија од којих им зависи конкурентност, положај на тржишту и, у крајњој линији, опстанак. На пример, компаније Honeywell (Phoenix, САД), MAN Turbo (Немачка) своје гасне турбине прорачунавају применом нашег система. С компанијом Mitsubishi (Јапан), после трогодишњег тестирања, треба да потпишемо уговор о истраживачкоразвојном пројекту и примени софтвера. За друге водеће светске компаније General Electric (САД), Alstom (Швајцарска) и Siemens (Немачка) изводили смо аеродинамичке дизајне турбина и компресора. Учествовали смо у развоју нове гасне турбине SGT8000H (Siemens) и редизaјну гасне турбине SGT4000F, уз захтев наручиоца да се прорачуни струјања спроведу методом и софтвером Универзитета у Београду. Када се појавила на тржишту, SGT8000H била је гасна турбина са највећом снагом и најбољим степеном корисности.
Од посебног значаја је пројекат FLEXTURBINE на развоју нове генерације термоелектрана базирних на флексибилним турбинама за будуће тржиште електричне енергије, који су у ЕУ покренули свих седам произвођача топлотних турбомашина. Договор је био да се изабере 14 универзитета. Универзитет у Београду је ушао као једини универзитет који није из земље неких од седам произвођача опреме. За то смо осмислили нови метод за симулацију транзијентног понашања топлотних турбомашина који треба да омогући бржи и сигурнији старт и боље радне карактеристике термоелектрана на парцијалним режимима рада.
Енергетика се у минулих тридесетак година развија у условима либерализације тржишта електричне енергије, што је условило оштру конкуренцију међу електропривредним компанијама. Због тога је развој топлотних турбомашина, а поготооу гасних, изузетно интезиван. Већ су осмишљене термолектране с нултом емисијом штетних материја које су, наравно, знатно скупље за градњу и експлатацију. У сваком случају топлотне турбомашине ће још дуго играти главну улогу у овој области, поготово гасне турбине које су компатибилне са обновљивим изворима, пре свега због могућег коришћења водоника као једног од главних енергената будућности. Нове технологије које су довеле до индустријске револуције 4.0 омогућују нам додатне услове за развој. Наша Лабораторија, рецимо, развија дигитлни модел термоелектране (digital twin), а такав систем већ је инсталисан у једној термоелектрани у иностранству.