Эксπир
Регистрация / Вход

Исследование процессов, разработка ключевых новых элементов водородных турбоустановок, разработка модельной водородной паротурбинной энергоустановки мощностью до 5,0 МВт и технического задания на проектирование водородной высокотемпературной энергоустановки мощностью до 20,0 МВт

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6121
Организация
АО КБХА
Руководитель работ
Пригожин Виктор Иванович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
18 млн
Внебюджетные средства
4,5 млн

Разработка технологий высокотемпературных водородных энергетических систем, разработка, создание и испытания экологически чистых водородных парогенерирующих агрегатов тепловой мощностью 100 кВт и 20 МВт, разработка модельной водородной высокотемпературной турбоустановки мощностью до 5 МВт, выполнение термодинамических и схемных исследований и разработка технического задания на проектирование и создание опытно-промышленной водородной парогазовой энергоустановки мощностью до 20 МВт.

Соисполнители

Организация
ФГБОУ ВО "ВГТУ"

Этапы проекта

1
17.08.2007 - 31.10.2007
1. Сформулированы направления решения задач, поставленных в ТЗ НИР, и проведена их сравнительная оценка. Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме.
2. Осуществлен выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач. Определена номенклатура технической документации на макеты (модели, экспериментальные образцы) в соответствии с ГОСТ 2.102-68 и разработана документация.
3. Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96, выпущен отчет №3413.
4. Разработана программа-методика исследования конструкционных материалов в среде высокотемпературного пара, выпущена программа №116-517-2007.
5. Разработана конструкторская документация: на водородо - кислородную модельную паротурбинную установку мощностью до 5,0 МВт с регулируемой нагрузкой - 9.29.4027.000.00, на раму раскрепления энергоустановки на огневом стенде 9.29.2133.000.00, разработана принципиальная схема 29.21.005.238СЗ привязки энергоустановки к системам топливообеспечения стенда.
6. Разработана программа-методика проведения исследований ПМ 129.4-347-07 модельной водородной паротурбинной энергоустановки.
7. По результатам проведенных работ выпущен промежуточный отчет № ТО 129.4-3133-07.
8. Проведена оценка объемов измерений и управлений и аварийной защиты энергоустановки и стенда. По результатам оценки выпущены руководства по эксплуатации: 29.21.005.031 РЭ - Система подачи сжатых газов к энергоустановке (подача газообразных водорода и кислорода и технологических газов) и 29.21.005.050 РЭ - Система подачи воды к энергоустановке (подача воды для балластировки продуктов сгорания с целью получения высокотемпературного пара и для загрузки насосов ТНА). Работы выполнены на сумму 1 575 000 (один миллион пятьсот семьдесят пять тысяч) рублей за счет внебюджетных средств.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
1. В настоящем научно-техническом (промежуточном) отчете отражена целесообразность создания модельной энергоустановки в ОАО КБХА для проведения исследований, представлен расчет ориентировочной экономической эффективности от внедрения новой продукции с ожидаемыми показателями НИР на основе научного прогнозирования на время разработки, освоения и срока морального старения выпускаемой продукции. При проведении работы был сделан обзор социально-экономических проблем энергетики, подтверждена актуальность исследований и создания турбоводородной теплоэнергетической установки, названы основные положения теории эффективности новой техники. Предложены условия сопоставимости вариантов инвестирования и методика расчета капитальных вложений при внедрении новой установки, в том числе методика расчета себестоимости энергетической продукции при внедрении новой установки, методические основы расчета затрат на создание новой техники (затраты НИР и ОКР) и расчёт топливной составляющей в себестоимости электроэнергии, вырабатываемой турбоводородной энергетической установкой.
2. Изготовленная материальная часть подготовлена к монтажу на огневом стенде с целью исследования процессов получения высокотемпературного водяного пара в качестве рабочего тела турбопривода водородной энергоустановки. Фотография модельной водородной паротурбинной энергоустановки мощностью до 5,0 МВт с регулируемой нагрузкой 9.29.4027.000.00
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
При анализе технической системы энергоустановки и ее математическом моделировании была представлена сложная система как некоторая структура, состоящая из отдельных, более простых элементов и выявлены взаимосвязи между этими элементами. Это позволило упростить процесс разработки математической модели, проводить параллельно разработку моделей отдельных элементов с последующим их объединением в общую модель.
В ходе работ определена структура математической модели работы, состоящая из парогенератора с камерой сгорания, блока турбонасосного агрегата ТНА, блока подачи компонентов топлива, блока подачи воды. Каждый выделенный элемент структуры позволяет полностью определить выходные параметры по заданным параметрам на входе. При этом основная часть элементов является типовым элементам, что существенно упрощает разработку динамической модели установки. Таким образом, выявлены основные параметры взаимосвязи между составными элементами, разработана предварительная математическая модель работы установки и выбрана оптимальная схема энергоустановки.
Сложность математического моделирования запуска, выключения и переходных процессов установки связана с тем, что этим режимам свойственен ряд специфических физических процессов. К ним относятся: процессы заполнения трубопроводов и смесительных головок камеры сгорания, кинетики воспламенения и выгорания компонентов топлива, получения парогаза на выходе из камеры испарения, гидроудары в трубопроводах, кавитационные явления в насосах, и ряд других.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. На 4 этапе Госконтракта были выполнены следующие работы:
1) Проведены огневые испытания разработанной модельной па-ротурбинной энергоустановки мощностью до 5,0 МВт общей длительностью 111 с и огневые модельные испытания основного узла энергоустановки - па-рогенератора, общей длительностью 677 с, доказавшие обоснованность вы-бора конструктивной схемы. В ходе испытаний получены параметры энерго-установки соответствующие требованиям технического задания.
2) Скорректирована конструкторская и технологическая докумен-тация на модельную водородную паротурбинную энергоустановку мощно-стью до 5,0 МВт, использовавшаяся для подготовки проведения огневых ис-пытаний паротурбинной энергоустановки мощностью до 5,0 МВт.
3) Разработана математическая модель паротурбинной энергоус-тановки мощностью до 5,0 МВт, которая показывает, что при заданных ис-ходных данных на входе в установку, на выходе из нее получается перегре-тый пар с требуемыми параметрами. Огневые испытания энергоустановки, проведенные в ОАО КБХА, показали удовлетворительное совпадение полу-ченных параметров с результатами расчетов. Это доказывает, что разрабо-танная математическая модель хорошо описывает процессы работы паротур-бинной энергоустановки мощностью до 5,0 МВт и может использоваться для анализа работы изделия при проектировании опытно-промышленной энерго-установки мощностью до 20 МВт с целью сокращения объема доводочных испытаний.
4) Проведены патентные исследования и исследована патентная чистота и патентоспособность технических работ, позволяющие сделать вы-воды, что наиболее развитые страны мира интенсивно занимаются развитием водородной энергетики, включая такую отрасль, как водородные паротур-бинные энергетические установки. В результате проведенных патентных ис-следований подтвержден высокий, соответствующий мировому, уровень раз-рабатываемых в ОАО КБХА технических решений и объекта исследований в целом, и определены основные тенденции развития данного вид техники, вы-явлены патентоспособные технические решения.
5) Разработаны перспективные эффективные схемы высокотем-пературных водородных энергетических систем для автономной и стацио-нарной энергетики, позволившие оценить варианты промышленного внедре-ния опытно-промышленной водородной паротурбинной энергоустановки мощностью до 20 МВт.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Разработка технологий высокотемпературных водородных энергетических систем многоцелевого назначения
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
36 млн
Количество заявок
2
Тема
«Разработка опытной универсальной модульной экологически чистой водородной паротурбинной энергоустановки с механическим приводом на валу мощностью до 5 МВт»
Продолжительность работ
2011 - 2013, 31 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка научно-технических основ технологии водородных минипароперегревателей и создание модельного образца тепловой мощностью до 150 кВт.
Продолжительность работ
2009, 5 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка перспективных водородных паротурбинных и парогазовых энергоустановок
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
22 млн
Количество заявок
2
Тема
Создание модульной энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии мощностью до 10 кВт(э) с системой водородного аккумулирования энергии.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
270 млн
Количество заявок
3