Высшая школа атомной и тепловой энергетики
- Комплексная оптимизация работы ТЭЦ в условиях достижения технологического суверенитета РФ и концепции Индустрии 4.0
Мы исследуем пути оптимизации работы тепловых электрических станций с точки зрения повышения их маржинального дохода.
Наш подход заключается в создании математической модели станций и ее калибровке на основании данных АСУ ТП. Таким образом мы получаем цифровой испытательный полигон, на котором мы можем проанализировать различные решения по оптимизации режимов работы станции, порядке загрузки генерирующего оборудования, возможном объеме реконструкции и изменения тепловой схемы ТЭЦ. Таким образом, даже путем перераспределения нагрузки между оборудованием, без дополнительных капиталовложений, возможно получить значительное увеличение маржинального дохода ТЭЦ и повысить эффективность работы всей станции. Зачастую в ходе работ мы создаем программный код, позволяющий обрабатывать данные приборов АСУ ТП станции и производить мониторинг текущего состояния ТЭЦ, а также выполнять оптимизационные расчеты.
Отдельным блоком наших исследований является использование установок утилизации низкопотенциальной теплоты, а также водородогенерирующих и мусороперерабатывающих технологий в контуре ТЭЦ. Таким образом, ТЭЦ из объекта производства тепловой и электрической энергии может превратиться в мультифункциональное предприятие, способное, помимо своего основного назначения, генерировать водород и перерабатывать твердые коммунальные отходы.
- Научно-образовательный центр «Теплофизика в энергетике»
Коллектив научной группы занимается изучением процессов тепломассообмена, разработкой и внедрением новых методов и средств измерения, повышением эффективности и экологичности энергетических установок.
В исследованиях применяются современные измерительные приборы и уникальные разработки исследователей СПбПУ. В лаборатории НОЦ ТЭ разработана и совершенствуется методика измерения тепловых потоков на основе термоэлектрических эффектов – градиентная теплометрия. Методика активно используется как в лабораторном эксперименте, так и в промышленности: в промышленных котлах, в каналах охлаждения хранилища делящихся материалов; при мониторинге состояния биполярных транзисторов с изолированным затвором; в определении теплофизических параметров Li-Ion батарей и т.п.
Результаты исследований позволяют расширить знания о процессах тепломассообмена и использовать информацию при оптимизации работы, модернизации и создании нового эффективного энергетического оборудования.
- Современные проблемы котлостроения
Рассматриваются вопросы проектирования высокоэкономичных, надежных и экологически безопасных котельных установок для обеспечения устойчивого развития энергетики. Исследуются процессы производства пара высоких параметров для энергетического потребления при сжигании органического топлива в энергетических паровых котлах.
Центр компетенций «Перспективные атомные технологии в направлении устойчивого развития и декарбонизации энергетики»
Центр компетенций «Перспективные атомные технологии» занимается разработкой передовых решений для устойчивого развития и декарбонизации энергетики, включая ядерное опреснение, производство водорода, применение искусственного интеллекта и численных методов для моделирования реакторов нового поколения. Центр фокусируется на моделировании и оптимизации систем производства водорода, разработке ядерных гибридных систем, повышении эффективности атомных когенерационных установок, проектировании микрореакторов, применении искусственного интеллекта и интеграции атомных электростанций с возобновляемыми источниками энергии.
Высшая школа энергетического машиностроения
- Лаборатория гидромашиностроения
Лаборатория гидромашиностроения занимается разработкой, исследованием и совершенствованием гидравлических машин и насосного оборудования для энергетики, промышленности, нефтегазовой отрасли, судостроения и гидроэнергетики. Основные направления научной деятельности включают проектирование и оптимизацию проточных частей насосов и гидротурбин, разработку высокоэффективных насосных агрегатов, исследование кавитационных и гидродинамических процессов, модернизацию подшипниковых узлов и разработку специализированного оборудования. В рамках научных проектов применяются методы численного моделирования, CFD-расчёты, 3D-сканирование и реинжиниринг, а также экспериментальные исследования на испытательных стендах, позволяющие проверять расчётные характеристики, оценивать надёжность и подтверждать работоспособность разработанных конструкций. Особое внимание уделяется созданию и испытанию опытных образцов, совершенствованию методик проектирования и внедрению научных разработок в промышленное производство.
- Проектирование компрессоров, компрессорных агрегатов, установок и станций
Основные направления работы являются разработка и проектирование осевых и центробежных компрессоров, объемных компрессоров и компрессорного оборудования.
Всего по нашим проектам реализовано более 50 проектов центробежных компрессоров с единичной мощностью до 25 МВт (испытана модель нагнетателя 32 МВт с КПД 90%), по ним изготовлено более 500 центробежных компрессоров с общей мощностью 5,5 млн. кВт. Было выполнено более 25 проектов центробежных компрессоров турбодетандерных агрегатов в интересах АО «Турбохолод», по которым изготовлено более 120 агрегатов ТДА.
В рамках федеральной программы по созданию перспективного вертолетного газотурбинного двигателя были выполнены работы по проектированию высоконапорных сверхзвуковых осевых и центробежных ступеней в интересах ОАО «Климов». Для заказчика составлена общая методология и компьютерные программы газодинамического проектирования осевых и центробежных компрессоров.
- Экспериментальные и численные исследования аэродинамики проточных частей паровых и газовых турбин
Научная группа занимается экспериментальными и численными исследованиями аэродинамических характеристик элементов проточных частей стационарных паровых и газовых турбин с целью их усовершенствования. Основная задача исследований – повышение эффективности тепловых стационарных турбин и, параллельно с этим, совершенствование расчетно-экспериментальных методов разработки турбин. Особенность исследований состоит в широком применении 3D потоков рабочей среды с использованием автоматизации сбора и обработки информации. Наличие воздуходувных средств большой мощности позволяет выполнять научные исследования в широком диапазоне критериев аэродинамического подобия.
- Перспективные рабочие процессы и конструкции двигателей внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания является основной энергетической установкой для транспорта. На долю транспорта в современном обществе приходится около 20% мирового потребления энергии, причем 90-95% энергии, используемой транспортом, обеспечивается топливом на основе углеводородного сырья. Поэтому к ДВС предъявляются высокие эксплуатационные, экономические и экологические требования. Технико-экономические показатели ДВС обуславливаются совершенством реализуемого рабочего процесса.
Целью научной группы является совершенствование рабочих процессов на основе исследования физико-химических, газодинамических, тепло- и массообменных процессов в двигателях внутреннего сгорания. Большое внимание уделяется вопросам конвертирования двигателей на природный газ и другие альтернативные топлива для решения проблемы сокращения вредных выбросов, в том числе парниковых газов.
Научная группа входит в Высшую школу Энергетического машиностроения Института Энергетики СПбПУ.
- Современная химмотология углеводородных топлив и смазочных масел для ДВС
Проведение научных и экспертных исследований в области создания современных углеводородных топлив (автомобильных бензинов, дизельных топлив) повышенного качества. Разработка методов брендирования топлив и управления его качеством с помощью оптимизации состава и применения высокоэффективных многофункциональных присадок с учетом принципа импортозамещения. Оптимизация состава смазочных моторных масел, проведение их длительных ресурсных моторно-стендовых испытаний в интересах отечественных производителей смазочных материалов. Разработка оригинальных методик тестирования качества ГСМ. Оптимизация состава и технологий использования различного рода трибосоставов для решения задач повышения эксплуатационного качества и ресурса поршневых ДВС.
- Прочность, надежность и диагностика турбинных двигателей и установок
Мы исследуем прочность, надежность и диагностику турбинных двигателей и установок. Наша цель состоит в том, чтобы турбинные энергетические установки были еще более надежными - на уровне лучших образцом мировых производителей. Решение вопросов диагностики позволит не только повысить надежность турбинных энергетических установок, но и улучшить их экономические, эксплуатационные и экологические показатели.
Мы рассматриваем такие вопросы, как прочность, надежность и диагностику паротурбинных, газотурбинных установок, а также авиационных газотурбинных двигателей. Тесное сотрудничество с местными партнерами играет ключевую роль в разработке решений, соответствующих цели. Наши исследования основаны как на численных расчетах в современных программных продуктах, так и на использовании элементов современного измерительного и диагностического оборудования.
- Малорасходные турбины для энергетики, авиации и транспорта
Научный коллектив научной группы активно участвует в разработке и создании автономных турбинных установок (АТУ), мощностью от нескольких киловатт до нескольких мегаватт. В основу этих установок входят как традиционные малорасходные турбинные ступени, так и конструкции ЛПИ. Основная особенность таких турбин заключается в возможности срабатывать большие теплоперепады энтальпий при сверхзвуковых скоростях течения рабочего тела. Такие турбины имеют уникальные массогабаритные показатели, как правило, такие представляют из себя по конструкции“blisk” и достигают частот вращения до 200000 об/мин. И могут выполняться с применением аддитивных технологий. При создании турбоустановок применяются современные программные комплексы. Натурные и модельные испытания проводятся с применением мощной экспериментальной базы Института энергетики.
Высшая школа электроэнергетических систем
Разработка теории и программных средств имитационного моделирования процессов в электроэнергетических системах произвольной конфигурации.
Изучение системных свойств и исследование работоспособности и качества функционирования электроэнергетических систем в различных режимах и при разнообразных внешних воздействиях: системы электродвижения, регулируемый привод, преобразовательные устройства различного назначения, электромагнитные и электромеханические процессы в электроэнергетических системах.
Повышение эффективности, качества и надёжности функционирования систем электроснабжения промышленных предприятий на основе комплексного анализа режимов работы распределительных электрических сетей и разработки технических мероприятий по оптимизации электропотребления.
Разработка и внедрение технологий высокочастотной (ВЧ) плазмы атмосферного и повышенного давления на базе высокочастотного безэлектродного плазмотрона индукционного типа (ВЧИ-плазмотрона). Принцип его работы аналогичен индукционному нагреву металла: проводящая среда — ионизованный газ (плазма) — нагревается в переменном высокочастотном электромагнитном поле, а индуцируемый в плазме кольцевой ток позволяет генерировать чистую плазму, не загрязнённую материалами электродов. Ключевые преимущества технологии — большой объём генерации плазмы, химическая чистота, длительное время нахождения материала в плазменной струе, большой срок службы плазмотрона, работа в различных (в том числе агрессивных) газах, при давлении ниже и выше 1 атм и мощности от 1 до 1000 кВт. Технология применяется в спектральном анализе, очистке и сфероидизации мелкодисперсных порошков, обработке поверхностей, получении нанопорошков и плазмохимических процессах.
Проект развивает идеи основателя научной школы высокочастотных плазменных технологий — д.т.н., профессора СПбПУ С. В. Дресвина (1933–2021).
Подробнее
Разработка, исследование и испытания электрических и электронных аппаратов для систем электроснабжения и электроэнергетики. В рамках проекта проводятся комплексные испытания электрических и электронных аппаратов; ведётся разработка устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП); создаются и исследуются высоковольтные газонаполненные и вакуумные выключатели, а также автоматические выключатели низкого напряжения; разрабатываются полупроводниковые электрические аппараты на базе силовой полупроводниковой техники; решаются задачи молниезащиты воздушных линий электропередач.
Разработка, исследование и обслуживание электромеханического и преобразовательного оборудования, применяемого в промышленности и электроэнергетике. В рамках проекта ведутся работы по электроприводу — проектированию, настройке и оптимизации электроприводных систем различного назначения; по техническому обслуживанию и ремонту электрооборудования, включая диагностику, устранение неисправностей и восстановление работоспособности устройств; по силовой преобразовательной технике — разработке и исследованию преобразователей (выпрямителей, инверторов, частотных преобразователей и др.) для управления электроприводами и технологическими установками; по математическому моделированию тепловых и электродинамических процессов в электрооборудовании, позволяющему прогнозировать его поведение, оценивать надёжность и оптимизировать конструкцию.
Проектирование, моделирование и оптимизация электрических машин, электромагнитных устройств и электроприводных систем. В рамках проекта ведутся работы по проектированию электрических машин различных типов и электромагнитных устройств; по мультифизическому моделированию электромагнитных, тепловых и механических процессов в электромеханических преобразователях энергии; по разработке методик быстрого моделирования и оптимизации электромагнитных устройств; по моделированию электропривода и анализу динамических процессов в системах; по применению технологий машинного обучения и искусственного интеллекта для построения моделей пониженного порядка.
Высшая школа высоковольтной энергетики
Научно-инжиниринговый центр перспективных систем электрической изоляции (НИЦПСЭИ)
- Высоковольтные импульсные технологии
Научная группа входит в состав ВШВЭ ИЭ и сохранят преемственность интересов в области мощной электрофизики и техники высоких напряжений. В зоне интересов группы исследования поведения материалов и элементов энергетики, в том числе и электроэнергетики, в условиях высокоинтенсивных импульсных воздействий, направленные на выявление предельных параметров и возможности управления их характеристиками
- Бумажно-пропитанная изоляция
Научная группа занимается углубленным теоретическим и экспериментальным изучением структурных особенностей и свойств компонентов высоковольтной бумажно-пропитанной изоляции, расширяющим представления о факторах, обеспечивающих прочность, долговечность, энергоэффективность и надежность перспективных видов изоляции на основе целлюлозы и, как следствие, энергетических объектов с данным видом изоляции. Ведутся работы, направленные на создание перспективных материалов путем модификации традиционных диэлектриков природными нано-био-полимерами и неорганическими нанонаполнителями с целью повышения их эксплуатационных характеристик в условиях длительного воздействия повышенной температуры. Проводится разработка достоверных критериев и методов диагностирования предельного состояния электроизоляционной бумаги, а также способов повышения эффективности мониторинга диэлектрических жидкостей для их своевременной замены в системе изоляции, что направлено на увеличение срока эксплуатации силовых трансформаторов и предотвращение техногенных катастроф. Изучается эффективность внедрения оптических методов оценки состояния изоляции в диагностику работоспособности электротехнического оборудования без его отключения.
Силовые кабели
Научная группа работает над комплексом задач, направленных на повышение надежности и эффективности кабельных сетей. В фокусе их исследований - разработка новых конструкций кабелей для питания установок электроцентробежного насоса (УЭЦН), создание кабельных муфт нового поколения, модернизация концевых и соединительных муфт среднего и высокого класса напряжения, а также изучение процессов деградации кабельной изоляции. Для повышения пропускной способности кабельных линий группа разрабатывает конструкции с принудительным внутренним охлаждением, а также методики определения места повреждения кабелей, проложенных в трубах. Важно отметить разработку методик определения длительно-допустимой и аварийно-допустимой токовой нагрузки, а также проведение испытаний изоляции кабельных линий для обеспечения их безопасной и долговечной эксплуатации.
Физика диэлектриков
Научная группа «Физика диэлектриков» занимается изучением электрофизических, механических и электретных свойств широкого спектра полиимидных материалов, отличающихся своей надмолекулярной структурой. При этом используется ряд методов
исследования полимерных диэлектриков, таких как термоактивационная и диэлектрическая спектроскопии, ДМА, создание электретного состояния в электрических полях и газовых разрядах. Особое внимание уделяется изучению нестационарных процессов электропереноса и их анализу на основе современных физических моделей с применением компьютерного моделирования. Целью исследований является расширение области применения полиимидного материала и внедрение его в электротехническую промышленность, подготовка рекомендаций для производителей материала.
Особый интерес представляет получение нетканых полотен, предназначенных для работы в фильтрующих элементах, печатных платах, устройствах и приборах, требующих применения изоляционных материалов с пониженной относительной диэлектрической проницаемостью.
Химия диэлектриков
Группа занимается фундаментальными и прикладными исследованиями как в области теоретической, так и экспериментальной химии, руководствуясь современными потребностями. Мы разрабатываем совершенно новые математические методы и применяем их для решения реальных задач в области молекулярной физики, дизайна новых материалов, электротехники, выходящих за рамки химии. Мы проводим моделирование и химический синтез функциональных материалов, физико-химические эксперименты в области нанохимии и наноматериалов, исследования в области электрохимии и устройств хранения энергии.
Системы изоляции электрических машин
Научная группа специализируется на исследовании теплофизических, физико-механических и электрофизических свойств материалов и систем изоляции электрических машин.
В лаборатории проводятся комплексные испытания компонентов и систем электрической изоляции, имитирующие технологические и эксплуатационные нагрузки. К ним относят воздействие электрических разрядов, высоких температур, циклов нагрева‑охлаждения, повышенных механических нагрузок, вибраций и др.
Кроме того, в рамках настоящего направления группа ведёт поисковые НИР по разработке компонентов и систем электрической изоляции с улучшенными электро- и теплофизическими характеристиками. В проводимых исследованиях группа опирается не только на сертифицированные и выработанные за многолетний период методики, но и на применение современного ПО для моделирования многофакторных воздействий и процессов.
Исследование, диагностика и повышение надёжности воздушных и кабельных линий электропередачи, а также высоковольтного оборудования. Ведутся работы по воздушным и кабельным линиям электропередачи; по устройствам ёмкостного и индуктивного отбора мощности и устройствам индикации; по разработке методов диагностики высоковольтного оборудования; по молниезащите и защите от перенапряжений.
Исследование сильных магнитных полей, прикладной сверхпроводимости, накопителей энергии и физики быстропротекающих процессов, а также разработке методов мультифизического моделирования и оптимизации. Ведутся работы по созданию и исследованию сильных магнитных полей; по механике деформируемого твёрдого тела; по физике и механике быстропротекающих процессов; по прикладной сверхпроводимости; по разработке накопителей энергии; по проблемам управляемого термоядерного синтеза; по мультифизическому моделированию и оптимизации сложных технических систем.
Исследование электроимпульсных технологий, физики и механики быстропротекающих процессов, а также электрофизики сильных электрических полей и газового/вакуумного разряда. Ведутся работы по электроимпульсным технологиям, включая электроимпульсное дробление пород и обработку материалов; по изучению физики и механики быстропротекающих процессов; по фундаментальным основам сильных электрических полей и газового/вакуумного разряда; по исследованию сверхсильных магнитных полей; по механике деформируемого твёрдого тела; по динамике разрушения и электрического пробоя, включая деградацию диэлектриков и физику пробоя.
Разработка, испытания и диагностика устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) для электроэнергетических систем. Ведутся работы по разработке методов и средств РЗА; по испытаниям устройств и комплексов РЗА; по моделированию аварийных режимов работы электроэнергетических систем (ЭЭС) и систем управления; по разработке адаптивных методов диагностики электрооборудования на основе алгоритмов динамической идентификации параметров; по созданию автоматизированных экспертно-аналитических систем контроля систем управления электроэнергетического оборудования.
Применение современных методов искусственного интеллекта и вычислительных подходов для оптимизации электротехнических устройств и систем, а также исследованию возобновляемых источников энергии, задач электромагнитной совместимости и обратных (в том числе жёстких) задач теоретической электротехники. Разрабатываются и применяются методы ИИ для оптимизации конструкций и режимов работы электротехнических устройств и систем; исследуются и совершенствуются технологии возобновляемых источников энергии; решаются задачи электромагнитной совместимости, включая анализ помех, их источников и способов снижения; исследуются обратные и жёсткие задачи теоретической электротехники, связанные с идентификацией параметров, восстановлением характеристик и оптимизацией режимов.