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

Отчет 204 с., 1 кн., 99 рис., 30 табл., 78 источн., 1 прил. 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; – прототип стационарной, либо мобильной системы мониторинга энергоустановок малой мощности; – сподуменовая руда Кольского и Завитинского месторождений, являющаяся источником остро востребованных в современном мире соединений лития; – технология эффективной переработки сподумена, позволяющая извлекать не менее 95% целевого металла, а также включающая в себя методы переработки алюмосиликатных отходов извлечения лития из сподумена. 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; – создание научных основ комплексного подхода экономически оправданной, ресурсосберегающей технологии переработки сподумена, заключающегося в максимальном извлечении лития с одной стороны и в полной (безотходной) утилизации алюмосиликатной составляющей сподумена с получением высококачественных продуктов, востребованных в строительной, металлургической и др. отраслях промышленности и отвечающих предъявляемым к ним требованиям ГОСТ и ТУ; – создание научно-технического задела для масштабирования процесса для реализации непрерывного процесса с сохранением однородности и качества продукта. Методами и методологиями проведения работы являются: – экспериментальные исследования элементов и материалов микроГТУ; – методы оптимизации элементов установок малой энергетики; – методы системной интеграции при построении прототипов автоматизированных систем, отвечающих требованиям действующих мировых стандартов, масштабируемости, мобильности и возможностям цифровой интеграции в существующие системы; – инновационные подходы для построения архитектуры прототипов автоматизированных систем и методик измерения и обработки сигналов; – математическом моделировании для расчета и проектирование химических реакторов непрерывного действия – на стадии синтеза карбоната лития использованы методы твердофазного и гетерофазного спекания – метод высокотемпературного спекания с карбонатом натрия был использован для деструкции кристаллической структуры сподумена; – метод каталитической кристаллизации был использован в разработке технологии получения стеклокристаллических материалов из отходов переработки сподуменового сырья. Область применения: – электро- и теплоэнергетика Российской Федерации; – накопители электроэнергии; – жидкосолевые ядерные установки; – производство алюминия; – системы автономного энергетического снабжения. В данном отчете приведены результаты выполнения третьего этапа НИР согласно плану-графику. За отчетный период было выполнено и отражено в настоящем отчете: – получены результаты исследований прочностных свойств материалов (с учетом аддитивных технологий); – разработана методика проведения экспериментальных исследований, направленных на верификацию математической модели газовой турбины малой мощности; – получены результаты экспериментальных исследований макетов теплообменных аппаратов для «экологически чистой» энергетической установки; – разработан прототип тиражируемой стационарного и мобильного диагностического комплекса энергоустановки малой мощности; – продолжены работы по исследованию закономерностей получения стеклокристаллических материалов из отходов производства фторида лития; – установлены основные кристаллические фазы в синтезируемом ситалле; – апробирован новый метод 100%-й переработки сподумена позволяющий извлекать из него индивидуальные компоненты. Определены оптимальные температурные режимы и состав шихты. Результаты данной работы будут использованы при выполнении работ по теме «Энергоэффективное и экологически безопасное использование традиционных и возобновляемых источников энергии, накопителей энергии и водородных технологий в перспективных энергокомплексах» при реализации следующих задач: – анализ возможных путей увеличения КПД рекуперативного цикла микрогазотурбинных энергоустановках в результате повышения температуры рабочего тела путём внедрения современных термобарьерных покрытий и организации охлаждения турбинных лопаток с учётом возможностей аддитивного производства; – обоснование перспективных сфер применения в энергетике и промышленности экологически чистых газотурбинных электростанций с кислородным сжиганием топлива и внутрицикловым выводом углекислого газа в жидкой фазе, включая энерготехнологические комплексы, ориентированные на совместное производство электроэнергии, тепловой энергии, конденсационной технической воды и промышленной продукции с утилизацией выводимого из цикла углекислого газа; – анализ и обоснование схем эффективных энергокомплексов на базе тепловых машин с возможной интеграцией возобновляемых источников энергии, химических источников тока и водородных технологий.