Формирование научных основ перехода к экологически безопасным энергетическим комплексам с кислородным сжиганием топлива и интегрированными системами аккумулирования энергии и создание методических основ цифровых способов конструирования перспективного оборудования на базе расчетно-экспериментальных исследований физико-механических процессов

Возрастание антропогенных нагрузок на окружающую среду в последние десятилетия поставило под угрозу возможность дальнейшего устойчивого развития человечества. Энергетический сектор оказывает существенное влияние на рост антропогенного воздействия. Стремление снизить выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов в окружающую среду привело к качественному изменению характера глобальных и локальных энергетических систем. Переход к экологически безопасной ресурсосберегающей энергетике, обеспечивающей устойчивое развитие, требует формирования научных основ создания перспективных экологически безопасных энергетических комплексов, обладающих высокой топливной экономичностью, в том числе за счет возможности накопления энергии. Магистральным направлением исследования в развитии энергоустановок является увеличение начальных параметров термодинамического цикла и совершенствование его конфигурации. Новым этапом развития паросиловых энергоблоков является переход к ультрасверхкритическим параметрам (давление 35-36 МПа, температура 720-760°С), а в парогазовых установках – повышение температуры газа перед турбиной до 1700°С, что обеспечит повышение топливной экономичности до 50% и 64% соответственно. Особое внимание мировым сообществом уделяется уровню выбросов парниковых газов. В связи с этим активное развитие получили исследования в области разработки технологий улавливания основного продукта сгорания углеводородных топлив – диоксида углерода. Одним из основных направлений исследований является разработка технологий кислородного сжигания углеводородных топлив, что позволяет существенно увеличить концентрацию СО2 в уходящих газах, снизив тем самым затраты на его сепарацию, и повысить эффективность производства электроэнергии и тепла. Применение цифровых методов проектирования позволило существенно сократить сроки создания новых наукоемких изделий за счет высокой скорости поиска оптимальных конструктивно-технологических решений на основе математического моделирования и суперкомпьютерных вычислений. При этом стоит отметить чрезвычайную важность корректности использования программных средств и интегрированных в них математических моделей для проектирования энергетического оборудования. Сложность физико-механических процессов не позволяет обеспечить универсальность математического аппарата для моделирования процессов, протекающих в различных условиях, в том числе режимных. Особенную остро это проявляется при моделировании процессов в перспективном наукоемком оборудовании, опыт проектирования которого еще недостаточен, а математические модели, описывающие протекание процессов, не существуют или не верифицированы. Создание экологически безопасных энергоустановок и новых методов их проектирования на основе цифровых технологий, обеспечивающих сокращение времени внедрения, является актуальной задачей для энергетики и энергетического машиностроения, что и определяет цель настоящего проекта.