Научно-исследовательская цифровая платформа «Низкотемпературные энергетические установки»

Работа выполняется в рамках реализации Программы развития передовой инженерной школы федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» на 2022-2030 годы в целях достижения результатов федерального проекта "Передовые инженерные школы" в соответствии Соглашением №075-15-2022-1144 от 07.07.2022 о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидий и Дополнительным соглашением №075-15-2022-1144/2 от 23.02.2023. Актуальность темы исследования. Требования по повышению эффективности энергетических установок (ЭУ) из года в год возрастают. Одним из способов повышения их эффективности является выбор и обоснование оптимальных параметров рабочего процесса энергетических установок. На сегодняшний день низкопотенциальная энергия криогенных продуктов используется не в полном объеме, то есть не рассматривается вопрос утилизации части ранее затраченной энергии на ожижение газа. Однако энергозатраты при производстве 1 тонны сжиженного природгного газа (СПГ) составляет около 850 кВт•ч, при этом СПГ при нормальном давлении испаряется и нагревается от -162°C до 25°C и содержит около 830 кДж/кг низкопотенциальной энергии (НЭ), которая, в случае наличия верхнего источника теплоты, может быть использована для получения энергии. Актуальность также обуславливается всё более широким распространением криогенных жидкостей (в том числе СПГ) и общей тенденцией энергосбережения. Большинство энергетических установок, использующих СПГ как топливо, безвозвратно теряют его низкопотенциальную энергию. Поэтому, учитывая существенный низкотемпературный потенциал СПГ, актуальным становится его использование. Существует множество способов утилизации низкотемпературной энергии (НЭ) СПГ, например, для: разделения воздуха, производства электроэнергии, опреснения морской воды, получения углекислого газа и др. Получение электроэнергии является наиболее распространенной областью использования НЭ СПГ. Технология использования НЭ при производстве энергии изучается, совершенствуются и реализуются, в основном для снижения нижнего уровня температуры в циклах. Разработка и исследование низкопотенциальных энергетических установок (НЭУ) является относительно новым направлением энергосбережения и энергетики в целом, поэтому появляется необходимость получения объективной, систематизированной и точной информации, касающейся всех аспектов данной технологии. В настоящее время в мире уже используются энергетические установки по утилизации низкопотенциальной энергии СПГ. Наиболее развитая инфраструктура в данной области создана в Японии. Но, несмотря на широкое применение низкопотенциальных энергетических установок, основные исследования и научные публикации описывают отдельные проблемы повышения энергоэффективности энергетических установок. Для формирования научной концепции разработки таких систем необходимы обобщения, уточнения, дополнения результатов ранее выполненных работ, а также привнесение новых данных с перспективой их практического применения. Все это обусловливает актуальность темы исследования. Научная значимость проекта. Программно-аналитический комплекс определения характеристик низкотемпературных энергетических установок позволит эффективно использовать низкопотенциальную энергию криогенных веществ и решать задачи энергосбережения в энергетике, в нефтегазовой отрасли и транспорта, а также в аэрокосмической технике. Основными ожидаемыми результатами проекта являются разработка и создание программно-аналитического комплекса определения характеристик низкотемпературных энергетических установок (НЭУ). Результаты проекта будут представлены в виде алгоритмов проведения расчетных исследований, математических моделей НЭУ, численных моделей рабочих процессов НЭУ и их составляющих, а также программных модулей. Предлагаемый проект полностью соответствует мировому уровню исследований, при этом ожидается, что будут получены следующие результаты: 1) в практическом плане: возможность реализации идеи получения энергии без затрат традиционных энергоносителей за счет использования ранее затраченной энергии на сжижение газов, а также природных и вторичных источников тепла; создание объективной, систематизированной и точной методики оценки, расчета и проектирования низкотемпературных энергетических установок. 2) в теоретическом плане: создание библиотеки низкотемпературных энергопроизводящих установок, включая поля характеристики по эффективности, обеспечивающей объективный выбор схемы и состава энергоустановки на предпроектном этапе. 3) в прикладном аспекте: разработка математических моделей НЭУ, численных моделей рабочих процессов НЭУ и их составляющих, программных модулей. Все это позволит разработать и создать единую методику и программно-аналитический комплекс определения характеристик низкотемпературных энергетических установок.