Передовая инженерная школа «Цифровой инжиниринг»: Цифровой инжиниринг водородных технологий (этап 2022 г.).

Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью решения больших (фронтирных) инженерных задач по разработке и ускорению масштабирования технологий получения и использования водорода, в том числе за счет проведения глубокого и полного цифрового инжиниринга, в интересах высокотехнологичных энергетических отраслей промышленности и обеспечения импортозамещения, технологического суверенитета и национальной безопасности в условиях мобилизационной экономики. В решении таких задач заинтересованы лидеры российского энергетического комплекса: Госкорпорация «Росатом» (г. Москва), ПАО «Газпром нефть» (г. С.-Петербург), ПАО «Татнефть» (г. Альметьевск), НК «Роснефть» (г. Москва), ПАО «Лукойл» (г. Москва), АО «Силовые машины» (г. С.-Петербург), ПАО «Северсталь» (г. Череповец). Также эти предприятия заинтересованы в специалистах, способных осуществлять инжиниринг водородных энергетических систем. Водород – признанный наиболее перспективный энергоноситель самого широкого спектра использования: от питания бытовых приборов до обеспечения крупных энергосистем. Это единственный источник энергии, не создающий экологических последствий, один из наиболее эффективных химических аккумуляторов энергии. В рамках проекта, в первую очередь, предусмотрена разработка именно низкоуглеродного способа получения водорода с использованием оригинальной технологической схемы сочетания возможностей АС и промышленного химического синтеза, позволяющей наиболее квалифицированно использовать все имеющиеся ресурсы энергии, включая трудноутилизируемые с максимальным коэффициентом передачи всех видов энергии. Получение водорода другими способами не позволяет достичь сравнимых результатов по суммарному углеродному следу. Решение фронтирной задачи по созданию и построению водородной энергетики РФ позволит осуществить полномасштабное и глобальное лидерство российских энергетических компаний на водородном рынке, а также стать передовой страной в области энергоперехода и расширить спектр экспортируемой продукции. Технологическое совмещение ВТГР с химико-технологическим комплексом получения водорода обеспечит прорывные недостижимые ранее показатели и преимущества энергетической продукции, обеспечит лидирующие позиции как машиностроительной продукции, так и поставляемым энергоресурсам. Идеология построения цифровых двойников позволит разработать кратчайшую траекторию достижения требуемых технических параметров всех компонентов основного и вспомогательного оборудования с бесшовной технологией постановки агрегатов и аппаратов в производство. В проекте впервые в мировой практике будет реализована химико-технологическая система использования тепловых ресурсов нового высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (ВТГР) для производства водорода по оригинальной технологической схеме на отечественных катализаторах. Разработка ведется на основе технологии цифрового двойника с целью масштабирования решений и оптимизации всего жизненного цикла компонентов и технических решений, включая не только производство и эксплуатацию, но и дальнейшее техническое развитие. В рамках проекта будут восстановлены технологические компетенции по разработке и проектированию передовых химических технологий, практически полностью утраченные в РФ за последние десятилетия. Проект можно разделить на несколько этапов: Этап 1. Разработка технологического оборудования существующих методов получения водорода пилотного масштаба с использованием отечественных материалов, в том числе катализаторов, что позволит исследовать проблемные зоны процессов и сформировать отечественную базу знаний. Реализация экспериментальных установок перспективных технологий. Этап 2. Подбор и обоснование наиболее эффективных параметров и сопутствующих материалов для исследуемого процесса получения водорода. Создание элементов отечественной базы знаний. Этап 3. На основе сформированной базы знаний создание уникальных цифровых мультидисциплинарных моделей процессов получения водорода, что позволит повысить скорость проведения тестовых испытаний, обнаружить наиболее стрессовые технологические места и пр. Создание базовой версии отечественного программного комплекса для решения технологических задач водородной энергетики. Этап 4. Имплементация инновационных отечественных промышленных технологий получения водорода в машиностроительные проекты индустриальных партнёров. Полученные результаты способствуют импортоопережению в части отечественных технологий водородной энергетики. Так, на глобальном уровне, большинство методов получения и использования водорода находится на научно-исследовательской стадии. Прорыв в этой области позволит стать мировым лидером и диверсифицировать продуктовую экспортную линейку РФ. Совместно с индустриальным партнером будет выполнено поэтапное масштабирование установок получения водорода с полным спектром инжиниринговых задач, включая создание и обеспечение синергии математических моделей: гидродинамических, тепловых, термодинамических, диффузионных, прочностных, вибрационных и прочих процессов в рамках водородных энергетики, а также создание уникальных новых материалов для применения в нестандартных и зачастую агрессивных технологических условиях получения и использования водорода. Результатами проекта должны стать: 1. Энергоэффективная инновационная технология получения водорода с использованием отечественного оборудования и катализаторов; 2. Компетенции в цифровом инжиниринге технологий получения водорода и родственных процессах: математическое и компьютерное моделирование сложного оборудования, конструирование оборудования; оптимизация технологических процессов, моделирование каталитических процессов; 3. Компетенции в проектировании технологических процессов получения водорода и родственных процессов и основного технологического оборудования; 4. Технологическая независимость от иностранных лицензиаров и национальная безопасность РФ в области водородных технологий.