Разработка научно-технических основ создания технологического оборудования для экологически чистых автономных систем энергоснабжения, работающего на органическом топливе

Отчет 193 с., 82 рис., 16 табл., 62 источн. МИКРОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ, ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, УЛАВЛИВАНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА, АВТОНОМНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ, РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА, ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ, ЭКОЛОГИЯ, ДИОКСИД УГЛЕРОДА, МОНИТОРИНГ, ДИАГНОСТИКА, ФТОРИД ЛИТИЯ Объектами исследования являются: – энергетические технологии эффективного производства электроэнергии и тепла из природного газа без выбросов диоксида углерода в атмосферу; – оригинальные схемные решения энергетических установок для производства электроэнергии, тепла и холода из природного газа без выбросов диоксида углерода в атмосферу; – автономные энергокомплексы на основе микротурбинных установок; – методы проектирования микротурбинных установок и автономных энергокомплексов на их основе; – прототипы АСНИ и методики испытаний и диагностики процессов в энергоустановках малой мощности; – эффективные технологии переработки сподумена с получением фторида и карбоната лития как основных продуктов, а также стеклокристаллических материалов из отходов переработки сподумена; – инженерно-технические задачи проектирования, изготовления, монтажа и экспериментальной апробации реакторов периодического и непрерывного действия. Цели работы: – создание научно-технического задела для разработки и освоения опытно-промышленного производства новых импортозамещающих, конкурентоспособных ГТУ малой мощности для современных систем автономного энергообеспечения. Разработка методик проектирования высокоэффективных микротурбинных установок для автономного обеспечения электрической и тепловой энергией объектов различного назначения (малые населенные пункты, сельскохозяйственные предприятия, объекты военного назначения) доставка к которым энергии из централизованных сетей нецелесообразны. Поиск схемных решений и оптимизация параметров ГТУ с учетом новых технологических возможностей. Разработка и верификация методик расчета рабочих процессов, протекающих в микротурбинных установках. – разработка схем и способов максимально полного улавливания углекислого газа и их интеграция в процесс разработки микротурбинных установок. – выбор технологической концепции переработки отечественного литиевого минерального сырья с получением карбоната и фторида лития. Разработка и лабораторная проверка ключевых элементов технологии переработки отечественного литиевого минерального сырья с получением карбоната и фторида лития. Методами и методологиями проведения работы являются: – математическое моделирование объектов исследования; – методы оптимизации элементов установок малой энергетики; – инновационные подходы для построения архитектуры прототипов АСНИ и методик для испытаний макетов компонентов и диагностики процессов; – методы системной интеграции при построении прототипов АСНИ, отвечающих требованиям действующих мировых стандартов, масштабируемости, мобильности и возможностям цифровой интеграции в существующие системы; – математическом моделировании для расчета и проектирование химических реакторов непрерывного действия; – на стадии синтеза карбоната лития использованы методы твердофазного и гетерофазного спекания; – метод ликвационной плавки лег в основу технологии одностадийного синтеза фторида лития в реакторе непрерывного действия; – методы водного выщелачивания и декантантерного центрифугирования будут использованы для выделения нерастворимых в воде солей лития из раствора; – метод каталитической кристаллизации будет использован в разработке технологии получения стеклокристаллических материалов из отходов переработки сподуменового сырья. Область применения: – электро- и теплоэнергетика Российской Федерации; – накопители электроэнергии; – системы автономного энергетического снабжения. В данном отчете приведены результаты выполнения второго этапа НИР согласно плану-графику. За отчетный период было выполнено и отражено в настоящем отчете: – разработана математическая модель газовой турбины малой мощности, совмещающая в себе модели отдельных её компонентов с учетом переходных процессов и разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный стенд для проведения исследований, направленных на верификацию математической модели газовой турбины малой мощности; – разработаны методики проведения экспериментальных исследований макетов теплообменных аппаратов для «экологически чистой» энергетической установки и разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный стенд для проведения исследований макетов теплообменных аппаратов, обеспечивающих работу энергетической установки с максимально полным улавливанием и выводом из цикла углекислого газа в форме удобной для утилизации и/или полезного использования; – разработаны инвазивные и неинвазивные методики термо- и тензометрирования, вибродиагностики, измерения быстропеременных параметров (давление, ток и напряжение), а также оценки параметров качества генерации; – отработаны параметры ликвационной плавки литиевых руд и концентратов, определена оптимальная температура плавления литиевого концентрата с солевыми добавками, определены состав и расходы растворов для выщелачивания сплавов, определен выход и извлечение карбоната и фторида лития, их состав и свойств. Результаты данной работы будут использованы при выполнении следующего этапа на котором будут: проведены исследования прочностных свойств материалов, предназначенных для обеспечения экспериментальных исследований газовых турбин малой мощности и полученных с использованием цифровых технологий; разработаны методики проведения экспериментальных исследований, направленных на верификацию математической модели газовой турбины малой мощности; проведены экспериментальные исследования макетов теплообменных аппаратов для «экологически чистой» энергетической установки; разработаны принципы интеграции систем автоматического управления ГТУ малой мощности в интеллектуальные системы автономного энергоснабжения потребителей; разработан прототип тиражируемой стационарной, либо мобильной системы мониторинга (диагностического комплекса) энергоустановки малой мощности; разработана архитектура программного обеспечения прототипа, осуществляющего измерение, запись, обработку, представление и документирование результатов, а также обладающего возможностями интеграции в цифровые сети на базе современных интерфейсов и протоколов обмен данными; изучены параметры низкотемпературного синтеза карбоната лития из β-сподумена и органических солей натрия; экспериментально апробированы технологии ликвационной плавки сподумен-солевых систем и разработка метода выделения фтористого лития; разработаны методы утилизации алюмосиликатных «хвостов» переработки с получением высококачественных стеклокристаллических материалов, востребованных в строительной промышленности.