Основы развития и функционирования энергетических систем в рыночных условиях, включая проблемы энергоэффективнос-ти экономики и глобализации энергетики, энергобезопасность, энергоресурсо-сбережение и комплексное использование природных топлив |
Разработана технология комплексного энергохимического использования природного газа с получением электроэнергии и синтетического жидкого топлива на базе парогазовых установок (ПГУ), позволяющая снизить стоимость производства электроэнергии на перспективных ПГУ.
Разработаны научные основы новой технологии использования водорода в каталитических процессах гидрооблагораживания моторных топлив (процессы деароматизации, гидростабилизации, гидроизомеризации) для улучшения экологических и служебных характеристик энергоустановок. Разработан метод получения высокоэффективных и экономичных катализаторов для этих процессов. Осуществлена верификация бифункциональности разрабатываемых катализаторов, позволяющая минимизировать число стадий процессов гидрооблагораживания. Разрабатываемая технология должна обеспечить качество моторных топлив на уровне Евро-4. Выполнены фундаментальные исследования, математическое моделирование и оптимизация процесса в новом (автоматизированном) химическом реакторе для экзотермических процессов; проведена разработка на этой основе системы управления синтезом моторных топлив.
Выполнен цикл теоретических и экспериментальных исследований в обоснование комплексной технологии совместной переработки древесных отходов и природного газа (в общем случае любого органического сырья, газообразных и жидких углеводородов) с целью получения энергетического водорода и чистых углеродных материалов для широкого промышленного использования. Разрабатываемая технология является двухстадийной. На первой стадии осуществляется термическая деструкция древесины с получением активированного угля, на второй – термическое разложение природного газа в пористой углеродной матрице, получаемой на первой стадии процесса. Углерод, образующийся при пиролизе природного газа, заполняет поры исходной углеродной матрицы, превращая ее в монолит, состоящий из углерода древесины и углерода природного газа. Общее содержание углерода в получаемом продукте – 97-99%.
Применительно к задаче повышения эффективности теплоснабжения показана перспективность использования тепловых аккумуляторов с фазовым превращением рабочего вещества (типа парафинов). На основании проведенных экспериментов предложена методика расчета таких аккумуляторов.
На основании анализа парка отопительных котлов на угле рекомендовано:
сжигание угля в топках с псевдоожиженным слоем,
реализация автотермического пиролиза с применением катализаторов,
обеспечение отопительных котлов термоуглем и брикетированным углем. (ОИВТ РАН)
Исследовано влияние изменения КПД блоков ВВЭР на рыночную цену электроэнергии, темпы роста и изменение со временем рыночной доли АЭС. Показано, что методология ИНПРО (МАГАТЭ) завышает стоимость ядерной электроэнергии примерно вдвое. Определена экономическая эффективность модульного гелиевого реактора в условиях энергетического рынка. Разработана общая динамическая балансовая модель стихийного рынка, с помощью которой исследовано поведение энергосистем в критических ситуациях. (ИБРАЭ РАН)
Разработана технология анализа каскадно развивающихся аварийных процессов в электроэнергетических системах, основанная на классификации событий и состояний в системе и определении взаимосвязей между ними. Выделена группа событий, ухудшающих состояния системы, цикл которых может привести к необратимому опасному развитию аварии. (ИСЭМ СО РАН)
|
Физико-технические и экологические проблемы энергетики, тепломассообмен, теплофизические и электрофизические свойства веществ, низкотемпературная плазма и технологии на ее основе |
Разработан новый способ определения термодинамической активности (энергии Гиббса) в многокомпонентных жидкометаллических теплоносителях на основе модифицированного варианта эффузионного метода. Метод развит для теплоносителей, интенсивно реагирующих с кислородом (системы щелочных металлов, имеющие наиболее близкую перспективу применения в качестве теплоносителей энергетических установок с реакторами на быстрых нейтронах) и для интервала давлений между кнудсеновским (свободномолекулярным) и гидродинамическим режимами истечения. Показано, что уравнение Герца-Кнудсена, описывающее свободно-молекулярное истечение, является частным случаем общего выражения, полученного для эффузионного процесса.
Основные исследования были посвящены изучению закономерностей теплообмена при охлаждении высокофорсированных поверхностей теплообмена. Они касались охлаждения Токамака, аппаратов силовой электроники, мощных компьютеров, атомных реакторов, охлаждаемых теплоносителем сверхкритических параметров, и газовых турбин. Обнаружены принципиально новые бимодальные распределения капель по размерам при распыле перегретой жидкости, вводимой в компрессор газовой турбины. Экспериментально подтверждена возможность физического касания жидкостью, недогретой до температуры насыщения, сильно перегретой поверхности.
Выполнены экспериментальные исследования особенностей теплообмена и механизма возникновения открытого ранее в работах ОИВТ РАН нового эффекта полевых ловушек при кипении диэлектрических жидкостей на неоднородных и микроструктурированных поверхностях при воздействии внешних электрических полей, в результате которых установлены условия возникновения эффекта полевых ловушек и экспериментально обоснована возможность увеличения коэффициентов теплоотдачи при кипении в 3-6 раз с его использованием.
Проведены эксперименты по формированию плазменно-пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока при температуре нейтрального газа в диапазоне 4.2-300 К. Охлаждение разряда при неизменных разрядном токе и плотности нейтрального газа приводит к значительному (примерно на порядок) уменьшению межчастичного расстояния в структурах и изменению динамики пылевых частиц в ней.
Выполнены исследования по управлению структурой потока и воспламенением углеводородного топлива с помощью поверхностного дугового разряда в каверне и за уступом сверхзвукового канала.
В настоящее время нанопорошки используются для поджига и управления горением углеводородного топлива в высокоскоростном воздушном потоке в ГПВРД. Экспериментально показано, что полнота стимулированного горения (СГ) обедненных Al-воздушных смесей может достигать 90-100%, что существенно выше полноты сгорания таких же смесей в обычных условиях без плазменного стимулирования.
Завершен цикл расчетно-теоретических исследований нелинейного поведения нейтрально устойчивых и неустойчивых (в соответствии с полученными в линейном приближении критериями) плоских ударных волн. Проведен параметрический анализ эволюции ударной волны на S-образном
(в p-u координатах) фрагменте ударной адиабаты с неоднозначным представлением ударноволнового разрыва, включающем участок с L>1+2M (один из критериев неустойчивости ударной волны в средах с произвольным уравнением состояния). Показано, что решения с неустойчивой ударной волной не реализуются. Исследована зависимость возникающей распадной конфигурации от параметров ударной волны (положения на ударной адиабате), формы и интенсивности ее возмущения.
В многомерных расчетах обнаружено формирование «ячеистой» структуры ударной волны, обусловленной «переключением» локальных параметров ударной волны между допустимыми видами распадных конфигураций.
Проведены экспериментальные исследования экстремальных состояний, образующихся в нанослоях вещества под действием мощных фемтосекундных лазерных импульсов. При воздействии фемтосекундных лазерных импульсов умеренной интенсивности 1013 ÷ 1014 Вт/см2 на металлические мишени (алюминий, золото, никель) исследована структура абляционного факела, динамика движения откольного слоя, измерены пороги абляции и испарения поверхностного слоя мишеней, характеризующие структуру факела.
На Международной космической станции выполнены экспериментальные исследования нового состояния пылевой плазмы – электрореологической (ЭР) плазмы, формирующейся в условиях микрогравитации с помощью установки «ПК-3 Плюс». Получены данные о структурном фазовом переходе от изотропной пылевой плазмы к цепочечным структурам, т. е. к ЭР плазме. Выполнены эксперименты по исследованию динамики этого фазового перехода. Проведено исследование процесса кристаллизации и изменения упорядоченности в структуре заряженных пылевых частиц при варьировании давления плазмообразующего газа, напряжения высокочастотного генератора (концентрации электронов и ионов). Эксперимент выполнялся для частиц диаметром 1,55 мкм в аргоне в условиях микрогравитации. Впервые наблюдался фазовый переход от плазменного кристалла к плазменной жидкости в большой изотропной 3-мерной плазменно-пылевой системе.
Проведено исследование термодинамических многоступенчатых циклов газотурбинных установок на продуктах газификации угля. Предложены новые конфигурации трехступенчатых схем ГТУ с впрыском воды в тракты окислителя перед выходным теплообменником-регенератором. Показано, что, оптимизируя значения расходов в трактах окислителя, можно достичь не только высоких значений КПД – за счет эффективной регенерации тепла уходящих газов, но и практически исключить образование окислов азота в камере сгорания последней ступени – за счет снижения коэффициента избытка окислителя в последней ступени ГТУ при вытеснении воздуха парами воды. (ОИВТ РАН)
Разработан и реализован комплекс физических моделей, детально описывающих протекание аварийных процессов на реакторных установках АЭС и на этой базе создан сквозной интегральный код СОКРАТ/В2 для анализа тяжелых запроектных аварий на АЭС с реакторными установками типа ВВЭР. Работа проводилась с участием организаций Росатома (СПб АЭП, АЭП, ЭНИЦ, ФЭИ), федеральных научных центров (ВНИИЭФ, РНЦ КИ). Расчетный код представлен к аттестации в Ростехнадзоре и используется проектными и конструкторскими организациями Атомэнергопрома для обоснования безопасности по проектам АЭС-2006 в России и за рубежом.
Завершен первый этап комплекса работ по разработке расчетного кода СОКРАТ/В3 для анализа радиологических последствий и риска для окружающей среды и населения при проектных и запроектных авариях на АЭС. Новая версия кода СОКРАТ/В3 позволяет сквозным образом моделировать накопление, выход продуктов деления и конструкционных материалов в форме аэрозолей под защитную оболочку АЭС из реакторной установки и далее в окружающую среду.
В настоящее время версия кода проходит стадию всесторонней верификации и передана в опытную эксплуатацию в организации Росатома.
Совместно со специалистами Росатома, Ростехнадзора и ИГП РАН разработан проект концепции и проект федерального закона «Об обращении с радиоактивными отходами». Разработка законопроекта обусловлена необходимостью создания и законодательного закрепления условий и механизмов, направленных на прекращение дальнейшей генерации проблем в области обращения с радиоактивными отходами в Российской Федерации, а также необходимостью своевременного решения проблем, накопленных РАО. Концепция федерального закона «Об обращении с радиоактивными отходами» и техническое задание на разработку данного законопроекта утверждены пунктом 8 протокола заседания Комиссии Правительства РФ по законопроектной деятельности
14 апреля 2008 года № 12. В течение второй половины 2008 года законопроект согласован с большинством заинтересованных ведомств, в том числе Минюстом России. Планом законопроектной деятельности Правительства Российской Федерации предусмотрено представление законопроекта в Федеральное собрание в первой половине 2009 года.
Завершено выполнение международного проекта по усовершенствованию системы радиационного мониторинга и аварийного реагирования в Мурманской области. Основной целью работы являлось кардинальное совершенствование системы контроля радиационной обстановки и аварийного реагирования при авариях на радиационно-опасных объектах, связанных с утилизацией АПЛ, обращении с ОЯТ и РАО. Созданы региональный кризисный центр в г. Мурманске и кризисный центр ФГУП «СевРАО», объектовые системы радиационного контроля на ФГУП «СРЗ «Нерпа» и ПВХ РО «Сайда», усовершенствованы АСКРО филиала № 2 ФГУП «СевРАО» (п. Гремиха) и Мурманская территориальная АСКРО, создана система оперативно-экспертной поддержки аварийных центров Мурманской области техническим кризисным центром ИБРАЭ РАН. Созданная система получила высокую оценку миссии МАГАТЭ. Эксперты МАГАТЭ отметили: «Проект сыграл выдающуюся роль в повышении уровня аварийной готовности в Мурманской области. Новая система может служить моделью для других аналогичных проектов». (ИБРАЭ РАН)
С целью исследования механизмов ионизационных процессов, протекающих в неполярных жидкостях, изучено влияние на эти процессы примеси воды, что позволило установить основные закономерности образования гидратированных кластерных ионов в данных системах. Показано, что количество молекул воды в ионных кластерах зависит от концентрации воды, растворенной в данной жидкости. Измерены константы скорости процессов, определяющих концентрацию гидратированных кластерных ионов в неполярной жидкости. Полученные результаты важны для анализа электрических свойств жидких диэлектриков, имеющих контакт с водой или влажным воздухом, которые находят широкое применение в технических устройствах, включая высоковольтные системы. Понимание физико-химических процессов с участием заряженных частиц, происходящих в реально используемых жидких диэлектриках, обеспечивает возможность улучшения параметров электротехнических изделий. (ИНЭПХФ РАН)
Обнаружен эффект разделения компонентов воздуха (азота и кислорода) в ламинарном пограничном слое на проницаемой пластине при вдуве инертных газов в воздух и водородо-воздушные смеси. Относительное увеличение объемной концентрации кислорода вблизи проницаемой поверхности может достигать 25%. Эффект разделения может оказывать существенное влияние на состав и характеристики химически реагирующих газовых потоков. (ИТ СО РАН)
Разработан способ преобразования энергии градиентов солености с использованием полупроницаемых осмотических мембран. Выполнен анализ конструкций и схем размещения гидроосмотических энергетических установок. (ИПМТ ДВО РАН)
Получены данные по воздействию импульсного электромагнитного излучения на конден-сированные материалы. Установлено, что облучение расплава чугуна (масс. %: 3,7 С; 1,0 Si; 0,5 Mn; 0,1 P и S) наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) до 25 мин способствует увеличению плотности расплава, температуры начала кристаллизации аустенита и снижению температур эвтектического превращения. Максимальные значения теплопроводности, коррозионной стойкости, плотности и твердости чугуна наблюдаются при облучении расплава НЭМИ в течение
10 мин. При продолжительности облучения более 15 мин включения графита в чугуне измельчаются. (ИМ ХНЦ ДВО РАН)
|
