Автореферат (Разработка научно-методологических основ создания перспективных высокотемпературных энергетических комплексов), страница 10

Предложена новая методология проектирования научно-обоснованных технических решений, базирующаяся на комплексном применении расчетных и экспериментальных методовисследований с использованием аддитивных технологий для изготовления физических моделей, обеспечивающая сокращение сроков создания высокотемпературных энергетическихкомплексов.

На основе предложенной методологии разработана усовершенствованная методика проектирования теплонапряженных охлаждаемых деталей высокотемпературных турбин, базирующаяся на опережающей верификации математических моделей по объектам-демонстраторам, изготавливаемым по SLM-технологии.3. Разработаны математические модели:- обеспечивающие прогнозную оценку металлоемкости и стоимости изготовления новогооборудования перспективных высокотемпературных энергетических комплексов на раннихстадиях их создания;- отсека паровой турбины с охлаждаемой проточной частью, позволяющая определять необходимое количество охлаждающего агента в зависимости от его параметров, параметровосновного потока и рабочей температуры применяемых конструкционных материалов.4.

Создан испытательный комплекс и разработаны программы и методики, обеспечивающие экспериментальное исследование аэродинамических, гидравлических и тепловых процессов на физических моделях разработанных новых технических решений с целью подтверждения работоспособности и эффективности.5. Разработаны научно-обоснованные предложения по формированию структуры и выбору параметров тепловых схем перспективных высокотемпературных энергетических комплексов на органическом, ядерном и водородном топливах на основе оптимизационных исследований. С использованием приемов и методов функционально-стоимостного анализасформирован конструктивный облик основного оборудования и предложены компоновочныерешения, применение которых обеспечивает достижение максимального уровня эффективности при минимальных затратах:- для энергоблоков с ультрасверхритическими параметрами пара с одним промежуточнымперегревом максимальная эффективность нетто равная 48,5 % обеспечивается при установке36девяти регенеративных подогревателей и температуре питательной воды порядка 330-340 °С,давлении промежуточного перегрева на уровне 7 МПа.

На основе проведенных исследованийи с применением разработанных технических решений сформирован конструктивный обликосновного оборудования и энергоблока в целом;- для угольно-гибридных энергетических комплексов получены новые результаты по влиянию водородного перегрева пара на термодинамическую эффективность и структуру тепловых схем. Показано, что при перегреве пара свыше 900 °С требуется установка промежуточного охладителя пара для снижения температуры перед цилиндром низкого давления. Выявлены особенности функционирования энергетических комплексов с водородным перегревомпара.

Предложена конструкция водородного-кислородного пароперегревателя;- предложено применение гибридного принципа для повышения мощности и экономичности паротурбинных энергоблоков АЭС за счет организации внешнего по отношению к ядерной паропроизводящей установке перегрева пара. Исследованы варианты реализации тепловых схем энергоблоков с перегревом пара за счет органического топлива до температуры600 °С. Проведенные исследования позволили определить оптимальные параметры и структуру тепловых схем блоков с внешним перегревом, мощность которых при использовании органического топлива достигает 2000 МВт при КПД использования органического топлива49,8 %. На основе проведенных исследований и с применением научно-обоснованных технических решений разработан конструктивный облик внешнего пароперегревателя на углеводородном топливе и паровой турбины большой мощности.6.

Исследовано влияние научно-технических решений на финансово-экономические и инвестиционные показатели высокотемпературных энергетических комплексов:- на основе разработанных моделей оценки стоимости нового оборудования определенастоимость энергоблока УСКП, которая составила 69,36 млрд. руб. в ценах 2017 г. Проведенаоценка влияния новых технических решений на стоимость высокотемпературных энергетических комплексов. Установлено, что применение разработанных технических решений обеспечивает сокращение стоимости создания до 58,79 млрд. руб., что сопоставимо со стоимостьюэнергоблока сверхкритических параметров аналогичной мощности. Показано, что достигнутое сокращение стоимости приводит к уменьшению срока окупаемости инвестиций в созданиеэнергетического комплекса с 27 до 10 лет;- показано, что стоимость 1 кВт установленной мощности гибридной АЭС мощностью2000 МВт с перегревом пара до 620 °С составила 65,5 тыс.

руб./кВт, что на 84,7 % ниже, чему АЭС с двумя энергоблоками мощностью 1000 МВт каждый, и на 19 % больше, чем стоимостьугольной ТЭС со сверхкритическими параметрами аналогичной мощности. При этом КПД использования углеводородного топлива на гибридной АЭС приближается к 50 %.ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИНаучные статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для опубликования основных научных результатов:1) Рогалев А.Н.

Способы повышения конкурентоспособности высокотемпературных энергетических комплексов / Новое в российской электроэнергетике. – 2018. – № 2. – С. 6-212) Зарянкин А.Е., Рогалев А.Н., Сойко Г.В. Возможные пути перехода к высокотемпературным паротурбинным установкам / Естественные и технические науки. – 2013. – № 5. –С. 228-233.3) Седлов А.С., Рогалев Н.Д., Комаров И.И., Гаранин И.В., Рогалев А.Н. Высокотемпературные технологии производства электроэнергии на паротурбинных установках угольныхэлектростанций / Новое в российской электроэнергетике. – 2016. – № 9.

– С. 6-22,4) Зарянкин А.Е., Рогалев Н.Д., Лысков М.Г., Рогалев А.Н. Турбоустановка АЭС с внешним пароперегревателем / Вестник Московского энергетического института. – 2011. – № 4. –С. 12-18.375) Седлов А.С., Зарянкин А.Е., Рогалев А.Н., Григорьев Е.Ю., Гаранин И.В., Осипов С.К.Перспективы применения двухъярусных проточных частей в цилиндрах низкого давлениямощных паровых турбин / Вестник Ивановского государственного энергетического университета. – 2016. – № 2. – С. 14-20.6) Седлов А.С., Зарянкин А.Е., Рогалев А.Н., Григорьев Е.Ю., Гаранин И.В., Осипов С.К.Технические решения создания новых двухъярусных ступеней для цилиндров низкого давления с повышенной пропускной способностью / Вестник Ивановского государственного энергетического университета.

– 2016. – № 3. – С. 27-34.7) Зарянкин А.Е., Григорьев Е.Ю., Рогалев А.Н., Гаранин И.В. Исследование и аэродинамическое совершенствование выхлопного патрубка цилиндра низкого давления паровой турбины / Вестник Ивановского государственного энергетического университета. – 2017. – № 2. –С. 18-26.8) Зарянкин А.Е., Рогалев А.Н., Падашмоганло Т., Гаранин И.В., Черкасов М.А., Григорьев Е.Ю.

Окружная неравномерность параметров потока в конических диффузорах и способее гашения / Вестник Ивановского государственного энергетического университета. – 2015. –№ 6. – С. 6-15.9) Зарянкин А.Е., Рогалев Н.Д., Рогалев А.Н., Гаранин И.В., Осипов С.К., Григорьев Е.Ю.Регулирующие клапаны и решетки для первых ступеней турбин с ультрасверхкритическимипараметрами пара / Теплоэнергетика. – 2016. – № 6. – С. 44-52.10) Комаров И.И., Рогалев Н.Д., Рогалев А.Н., Злывко О.В., Львов И.В. Влияние начальных параметров пара на финансово-экономические показатели высокотемпературных паротурбинных энергоблоков / Новое в российской электроэнергетике.

– 2016. – № 9. – С. 23-40.11) Зарянкин А.Е., Арианов С.В., Рогалев А.Н. Особенности течения пара в регулирующихклапанах паровых турбин при сверхкритических перепадах давления / Вестник Московскогоэнергетического института. – 2009. – № 2. – С. 5-10.12) Зарянкин А.Е., Рогалев А.Н., Носкова М.А. Сравнительный анализ соплового и дроссельного парораспределения в энергетических паровых турбинах / Естественные и технические науки. – 2013.

– № 5. – С. 220-227.13) Зарянкин А.Е., Зарянкин В.А., Серегин В.А., Григорьев Е.Ю., Рогалев А.Н. Разгруженные дроссельно-регулирующие клапаны нового поколения для паровых турбин / Вестник Ивановского государственного энергетического университета. – 2014. – № 6. – С. 11-17.14) Зарянкин А.Е., Зройчиков Н.А., Рогалев Н.Д., Рогалев А.Н., Митрохова О.М. Влияниетипа парораспределения на экономичность цилиндров высокого давления энергетических турбин / Вестник Московского энергетического института. – 2015.

– № 5. – С. 9-16.15) Рогалев А.Н., Шевченко М.И. Применение аддитивных лазерных технологий при проектировании охлаждаемых лопаток газовых турбин / Вестник Ивановского государственногоэнергетического университета. – 2016. – № 3. – С. 34-39.16) Петрова Т.И., Рогалев А.Н., Селиванов Е.А. Выбор конструкционных материалов иводно-химического режима для тепловых электростанций ультрасверхкритических параметров / Новое в российской электроэнергетике. – 2016. – № 6. – С.

44-52.Научные статьи в изданиях, входящих в международные базы цитирования Scopusи Web of Science:17) Zaryankin A., Rogalev N., Kurdiukova G., Rogalev A., Lisin E., Strielkowski W. Nuclearpower plants with super-powerful high-temperature steam turbine / Contemporary Engineering Sciences.

– 2014. – № 7. – pp. 457-468.18) Rogalev N., Golodnitskiy A., Tumanovskiy A., Rogalev A. A survey of state-of-the-art development of coal-fired steam turbine power plant based on advanced ultrasupercritical steam technology / Contemporary Engineering Sciences. – 2014. – № 7. – pp. 1807-1825.19) Zaryankin A., Rogalev N., Rogalev A., Garanin I., Strielkowski W. Summary of approachesfor improving throughput of low-pressure cylinders in steam turbines using two-tier stages / Contemporary Engineering Sciences. – 2014.

– № 7. – pp. 1827-1837.3820) Lisin E., Rogalev A., Strielkowski W., Komarov I. Economic outlook for coal-fired powerplant technology in Russia from the standpoint of sustainable development / Sustainability. – 2015. –№ 7. – pp. 11378-11400.21) Zaryankin A., Rogalev A., Rogalev N., Garanin I., Osipov S. Multi-tier steam turbines.