Термодинамические исследования циклов экологически безопасных энергетических комплексов, классификация и теоретические исследования тепломеханических процессов в перспективных энергоустановках

Непрерывный рост энергопотребления сопровождается увеличением антропогенных нагрузок на окружающую среду и снижением запасов органического топлива. Сохранение указанной тенденции на ближайшие десятилетия создаст угрозу устойчивому развитию человечества. Обеспечить устойчивое развитие можно за счет полномасштабного внедрения экологически безопасных энергетических комплексов, обладающих высокой топливной экономичностью, низкими выбросами вредных веществ и маневренностью. Целью проекта является формирование научных основ перехода к экологически безопасным высокотемпературным энергетическим комплексам, в т.ч. с кислородным сжиганием топлива, и интегрированными системами аккумулирования энергии и создание методических основ применения цифровых способов конструирования перспективного оборудования на базе расчетно-экспериментальных исследований физико-механических процессов. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить комплекс научно-исследовательских работ, включающий в себя: 1) проведение структурно-параметрической оптимизации тепловых схем энергетических установок как традиционного цикла с повышенными начальными параметрами рабочей среды, так и энергетических комплексов с нулевыми выбросами вредных веществ в атмосферу, а также разработку методологии построения траектории устойчивого развития электроэнергетики в среднесрочной и долгосрочной перспективе; 2) выявление основных факторов, влияющих на точность математического моделирования, формирование алгоритма разработки рекомендаций по применению методов численного моделирования, а также разработку базы данных для хранения результатов экспериментальных исследований физических процессов, протекающих в каналах энергетического оборудования; 3) формирование рекомендаций по выбору настроек расчетной сетки и решателя, а также исследование границ применимости полуэмпирических моделей турбулентности с широкой областью использования, включая задачи по моделированию течений в ответственных деталях и частях основного энергетического оборудования; 4) формирование рекомендаций по применению аддитивных технологий для производства охлаждаемых лопаточных аппаратов высокотемпературных отсеков газовых и паровых турбин, а также разработку новых эффективных систем интенсификации теплообмена, обеспечивающих минимальный расход хладагента; 5) разработку моделей гидрогазодинамических и тепломассообменных процессов в элементах энергетического оборудования с учетом циклов работы интегрированных систем аккумулирования энергии; 6) синтез результатов термодинамических исследований, включающих методологию построения траектории устойчивого развития электроэнергетики, с методологией цифрового проектирования перспективного энергетического оборудования. Объектом исследования являются высокотемпературные энергетические установки, используемые для производства электроэнергии и тепла на природном газе и угле, включая паротурбинные энергоблоки на суперсверхкритические и ультрасверхкритические параметры пара, перегрев рабочей среды которых осуществляется в энергетических котлах и выносных кислородно-топливных камерах сгорания, парогазовые установки с паровой конверсией природного газа и газификацией угля, кислородно-топливные газотурбинные установки с углекислотным рабочим телом. Методология проведения исследований включает в себя структурно-параметрическую оптимизацию на основе вариантных расчетов, методы экономико-математического и функционально-стоимостного анализа, методы конечно-элементного анализа, экспериментальные методы исследований. Результаты выполнения проекта сформируют научный задел, который может быть использован энергомашиностроительными предприятиями при конструировании нового энергетического оборудования, инжиниринговыми компаниями, работающими в энергетическом секторе, ИТ-компаниями, занимающимися разработкой программного обеспечения в области вычислительной гидрогазодинамики, а также генерирующими компаниями на этапе выбора перспективной технологии производства электроэнергии.Коды тематических рубрик: