Диссертация (Разработка научно-методологических основ создания перспективных высокотемпературных энергетических комплексов), страница 3

В работе исследованы технологии производства электрической энергии на высокотемпературных паротурбинных установках, в том числе гибридного принципа действия. Разработаны новые научно-технические решения, обеспечивающие возможность практической реализации предлагаемых технологий. Разработаны методы и моделиоценки стоимости нового оборудования и высокотемпературных энергетических комплексов.Полученные автором результаты исследований тепловых схем энергетических комплексовс повышенными параметрами пара, а также разработанные рекомендации по проектированиюсхем использовались при выполнении научно-исследовательских работ в ФГБОУ ВО «НИУ«МЭИ», которые затрагивали вопросы исследования высокотемпературных энергоустановок, втом числе гибридных с водородным перегревом пара.

Материалы диссертации использовались10при проведении занятий со студентами и аспирантами по направлению подготовки «Теплоэнергетика» ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».На защиту выносятся следующие результаты:Совокупность научно-обоснованных технических решений, обеспечивающих снижениестоимости высокотемпературных энергетических комплексов:- новая компоновка пылеугольного котельного агрегата с горизонтально расположеннойтопочной камерой;- конструктивная схема цилиндра низкого давления с двухъярусной проточной частью повышенной пропускной способности;- способ реализации перегрева пара свыше температуры 540-600 °С в водороднокислородных пароперегревателях, установленных в непосредственной близости от паровойтурбины;- схема перспективного высокотемпературного энергетического комплекса с охлаждаемойпаровой турбиной.Результаты исследования тепловых схем перспективных высокотемпературных энергетических комплексов на органическом, водородном и ядерном топливах посредством математического моделирования, в том числе энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара,гибридных угольно-водородных ТЭС и гибридных АЭС.Новая методология проектирования научно-обоснованных технических решений, базирующаяся на комплексном применении расчетных и экспериментальных методов исследований сизготовлением моделей по аддитивной технологии.Методика проектирования теплонапряженных охлаждаемых деталей высокотемпературныхэнергоустановок на основе опережающей верификации математических моделей.Математическая модель отсека паровой турбины с охлаждаемой проточной частью.Совокупность моделей прогнозной оценки стоимости оборудования перспективных высокотемпературных энергетических комплексов.Результаты исследования влияния новых научно-технических решений на финансовые иинвестиционные показатели перспективных высокотемпературных энергетических комплексов.Достоверность.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обусловленаприменением современных методов решения теплотехнических задач, методов математического моделирования и оптимизации с использованием хорошо зарекомендовавших себя в мировой практике проведения исследований программных комплексов. Значительная часть полученных результатов подтверждена результатами экспериментальных исследований.Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных конференциях: Power System Engineering, Thermody-11namics and Fluid Flow (Пльзень, Чехия, 2007, 2011, 2016); Computational Methods in Applied Science and Engineering (Венеция, Италия, 2008); Compressor and Turbine Flow Systems, Theory andApplications Areas (Лодзь, Польша, 2008, 2011); Turbomachinery Fluid Dynamics and Thermodynamics (Грац, Австрия, 2009; Стокгольм, Швеция, 2017); Research and Development in Power Engineering (Варшава, Польша, 2009); Проблемы газодинамики и тепломассобмена в энергетических технологиях (Москва, Россия, 2011); Energy Production and Management in the 21-st Century(Екатеринбург, Россия 2014); Инновационная экономика и промышленная политика региона(Санкт-Петербург, Россия, 2014); Energy and Sustainability (Медельин, Колумбия, 2015); УгольЭКО (Москва, Россия, 2016); Современные проблемы теплофизики и энергетики (Москва, Россия, 2017).Личный вклад автора.

Автору принадлежат постановка проблемы и задач исследования,разработка и обоснование всех положений, определяющих научную новизну и практическуюзначимость, постановка экспериментов, анализ и обобщение результатов, формулировка выводов и рекомендаций. Автор принимал непосредственное участие в создании экспериментальных установок и проведении расчетно-экспериментальных исследований предлагаемых научнотехнических решений.Публикации.

По теме диссертации опубликовано 58 научных работ, в том числе 16 статейв периодических изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для опубликованияосновных результатов диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора икандидата наук, 13 статей – в журналах, входящих в международные базы цитирования Scopusи Web of Science, 16 докладов в сборниках трудов международных конференций, 6 патентов.Объем и структура работы. Материалы диссертации изложены на 366 страницах основного текста, включающего 257 рисунков и 64 таблицы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 320 источников.12ГЛАВА 1 АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ1.1 Тенденции развития мировой и российской энергетикиСоциально-экономическое развитие любого государства неразрывно связано с увеличениемпотребляемого количества энергии.

Традиционно развитие энергетики как во всем мире, так и вРоссии базируется на добыче и использовании ископаемых видов топлива, основными из которых в настоящее время являются уголь, нефть и природный газ. При этом стоит отметить, чтосуществующая тенденция увеличения потребления углеводородных топлив и их превалирование над другими источниками энергии продолжает сохраняться (рисунок 1.1) [1]. Рост потребления углеводородов для удовлетворения потребностей человечества в энергии приводит к непрерывному их исчерпанию, загрязнению окружающей среды и необратимым изменениям климата, что в перспективе представляет проблему, которая заключается не только в замедлениитемпов экономического роста, но и угрожает устойчивому развитию человечества.Рисунок 1.1 – Структура производства энергии в мире по видам топливаПорядка 40 % первичной энергии преобразуется в электрическую энергию, структура производства которой по видам первичных источников представлена на рисунке 1.2 [1, 2].13а) изменение с 1974 по 2014 гг.б) на 2014 г.Рисунок 1.2 – Структура производства электрической энергии в мире по видам первичныхэнергоресурсовВ силу большой доли использования углеводородов для производства электрической энергии (рисунок 1.2 б) электрогенерирующие предприятия оказывают существенное влияние назагрязнение окружающей среды и выбросы парниковых газов.

Особое внимание мировым сообществом уделяется уровню выбросов парниковых газов, которые могут привести к глобальным изменения климата, что подтверждается многочисленными наблюдениями, результатамиисследований и анализом взаимосвязей между сжиганием органического топлива, изменениемклимата и воздействием на окружающую среду [2]. Серьезные необратимые последствия, имеющие глобальный характер для всей планеты, стали основной причиной подписания более чем180 странами мира Рамочной конвенции ООН об изменении климата, вступившей в силу в 1994г.

и преследующей цель стабилизации концентрации парниковых газов на безопасном уровне[3, 4]. Диоксид углерода является основным парниковым газом, на концентрацию в атмосферекоторого человек оказывает определяющее воздействие.Снижение или по крайней мере сохранение концентрации диоксида углерода на определенном уровне является длительным процессом, требующим значительных инвестицией в модернизацию и обновление промышленного сектора большинства стран [5]. Сценарии стабилизации концентрации углекислого газа, разработанные Межправительственной группой экспертов по изменению климата и представленные на рисунке 1.3 [6], свидетельствуют о трудностидостижениях показателей 350 и 450 ppm в указанных временных диапазонах, поскольку тенденция роста концентрации в атмосфере на сегодняшний день сохранилась.

Сценарий 550 ppmпредполагает, что начиная с 2030 г. суммарные антропогенные выбросы углекислого газа будутинтенсивно сокращаться, что при условии сохранении экономического роста невозможно безразвития экологически чистых технологий производства энергии.14а) прогнозы изменения концентраций CO2в атмосфере на период до 2300 г.б) величина суммарных антропогенных выбросов CO2 в атмосферу на период до 2300 г.Рисунок 1.3 – Сценарии стабилизации концентрации углекислого газа на уровне 350-750 ppmИменно экологические проблемы и проблемы обеспечения энергетической безопасностиинициировали активное развитие технологий генерации на основе возобновляемых источниковэнергии (ВИЭ), глобальной энергетической сети, концепций водородной энергетики и ряда других [7, 8, 9].При этом стоит отметить, что несмотря большие усилия, направленные на развитие нетрадиционных технологий производства электрической энергии, в том числе на основе ВИЭ, основу мировой электроэнергетической отрасли составляют энергоустановки, использующие ископаемое топливо, и их количество продолжает неуклонно расти [1].