Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технических решений и оборудования для
судовых гибридных электроэнергетических установок на
твердополимерных топливных элементах и аккумуляторах

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0168
Организация
СПбГМТУ
Руководитель работ
Шаманов Николай Павлович
Продолжительность работ
2009 - 2011, 29 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Внебюджетные средства
2,4 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
25.06.2009 - 30.09.2009
Проведены патентные исследования по техническим решениям и оборудованию для судовых гибридных электроэнергетических установок на твердополимерных топливных элементах и аккумуляторах. Исследования проводились в соответствии с заданием по принципиальным конструктивным схемам энергетических установок с ЭХГ, аккумулятором и контуром циркуляции реагентов с использованием струйных устройств. Цель исследования – выявление, отбор действующих патентов научно- технической информации в соответствии с заданием. По предметам поиска были определены соответствующие классификационные рубрики по 9-ой редакции МПК (международная патентная классификация). Поиск в соответствии с заданием проведен по международной электронной патентной базе по ведущим странам – России, США, Великобритании, Франции, Германии, Японии, Канаде. Глубина поиска – 15 лет, что соответствует реальному сроку действия охранных документов. Поиск патентных документов проводился по классам, соответствующим регламенту. Основные классы МПК, определенные для проведения поиска:
Н01М 8/12 - ЭХГ, состоящие из первичного, вторичного топливного элементов;
Н01М 8/14 - Электрохимические генераторы тока или напряжения;
Н01М 8/16 - Конструктивные комбинации ЭХГ различных типов;
F04 F5/54 – Установки со струйными насосами.
Выбранные индексы МПК охватывают все возможные аспекты технических решений исследуемого объекта согласно заданию на выполнение патентных исследований.
Разработаны принципиальные схемы гибридной установки с ЭХГ и аккумулятором, обеспечивающие запуск при низких температурах и маневрирование при минимальных затратах топлива, разработаны эскизные проекты контуров циркуляции кислорода и водорода. Рассматривались два типа принципиальной схемы гибридной установки-параллельная схема и последовательная.Для обоих типов схемы проведена оценка характеристик гребных двигателей и основных узлов силовой управляющей электроники.
Разработана техническая документация на макеты струйных аппаратов, влагоотделителей, систем управления рабочими потоками реагентов. Разработана система автоматизированного сбора и обработки экспериментальной информации, позволяющая получать графическое представление результатов экспериментов в реальном масштабе времени.Закуплены недостающие измерительные приборы для испытательного стенда-расходомеры и датчики давления и проведена их проверочная тарировка в рабочем диапазоне изменения параметров газообразных сред.
Развернуть
2
01.10.2009 - 15.12.2009
За период с 1 0ктября 2009 г по 15 декабря 2009 г выполнены следующие работы:
1.Разработаны алгоритмы расчетов статических характеристик топливных элементов и электрохимических батарей со струйными средствами циркуляции в точечном приближении
2. Разработаны алгоритмы расчета динамических характеристик судовых гибридных электрохимических установок со струйными средствами циркуляции в точечном приближении.
3. Разработана техническая документация на стенды для испытаний струйных аппаратов и систем управления
4. Разработан техпроцесс и оснастка для изготовления струйных аппаратов (за счет внебюджетных средств)
В качестве исходного варианта использовался алгоритм расчета для программы статических и динамических расчетов топливных элементов, разработанной и зарегистрированной СПбГМТУ (свидетельство о регистрации № 2008615532,10.11.08 г)
В разрабатываемом алгоритме использовались также идеи, заложенные в методику оценки статических характеристик струйных аппаратов системы рециркуляции ЭХГ и использовавшиеся при разработке программы расчетов геометрических и статических характеристик струйных аппаратов, зарегистрированной СПбГМТУ (свидетельство о регистрации № 20096152185,11.03.09 г)
Поскольку алгоритмы содержат достаточно большое число экспериментально определяемых величин, расчеты будут выполняться параллельно с натурными экспериментами на стенде, оснащенном современным измерительной аппаратурой и автоматизированной системой сбора и обработки экспериментальной информации. Предполагается использование полученной информации как по прямому назначению для внесения корректив в геометрические характеристики проточной части струйных аппаратов, полученные расчетными путем, так и для расчетов статических и динамических характеристик гибридной установки и корректировки вычислительных программ, разрабатываемых исполнителями работы в системах Dеlphi5 и Dеlphi2005 .
Полученные результаты используются в учебном процессе
В настоящее время в СПбГМТУ начата подготовка кадров по специальности 180103 «Судовые энергетические установки», специализация 140207 «Судовые анаэробные энергетические установки».
Заключены долгосрочные соглашения с ГУП ЦНИИ СЭТ, являющимся головным по судовой водородной энергетике, об использовании результатов НИР, выполняемых СПбГМТУ в соответствии с настоящим контрактом, в ОКР и опытном производстве электрохимических установок для нужд судостроения и энергетики
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.06.2010
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию про-дукции
2.1. Электрохимические генераторы представляют собой довольно сложные с точки зрения расчетов источники тока, в которых одновременно протекают электрохимические, газодинамические и тепловые процессы, со-провождающиеся трехмерным массовым переносом газообразных и жидких сред. В топливных элементах характерные поперечные размеры(толщины) несоизмеримо малы по сравнению с продольными. Это приводит к трудно-стям при замерах поперечных распределений температур потоков и концен-траций газов.
Поэтому для ЭХГ генераторов важны расчетные оценки основных тер-модинамических и газодинамических параметров потоков в анодном и ка-тодном каналах и в каналах биполярных пластин. От правильности этих оце-нок зависит точность расчета таких интегральных параметров как напряже-ние и суммарный ток, а, значит, и мощность ЭХГ. Поэтому разработка под-робных алгоритмов расчетов как стационарных, так и нестационарных про-цессов в ЭХГ совершенно необходима. Алгоритмы разработаны в точечном приближении, что является первым этапом разработки более сложных алго-ритмов и одновременно позволяет получить необходимые исходные данные для дальнейших уточнений.
При построении алгоритмов расчетов авторы работы ориентировались на современные мощные компьютеры и использовали все доступные отече-ственные и зарубежные результаты экспериментальных работ, а также ре-зультаты собственных экспериментов.
2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими миро-вой уровень.
В качестве исходного варианта использовался алгоритм расчета для программы статических и динамических расчетов топливных элементов, разработанной и зарегистрированной СПбГМТУ (свидетельство о регистра-ции № 2008615532,10.11.08 г)
В разрабатываемом алгоритме использовались также идеи, заложенные в методику оценки статических характеристик струйных аппаратов системы рециркуляции ЭХГ и использовавшиеся при разработке программы расче-тов геометрических и статических характеристик струйных аппаратов, заре-гистрированной СПбГМТУ (свидетельство о регистрации № 20096152185,11.03.09 г)

2.3. Особенности исследования, разработки и метода проведения ра-боты на отчетном этапе.
Поскольку алгоритмы содержат достаточно большое число экспери-ментально определяемых величин, расчеты выполнялись параллельно с на-турными экспериментами на стенде, оснащенном современным измеритель-ной аппаратурой и автоматизированной системой сбора и обработки экспе-риментальной информации. Предполагается использование полученной ин-формации как по прямому назначению для внесения корректив в геометриче-ские характеристики проточной части струйных аппаратов, полученные рас-четными путем, так и для расчетов статических и динамических характери-стик гибридной установки и корректировки вычислительных программ, раз-рабатываемых исполнителями работы в системах Dеlphi5, Dеlphi2005 и Dеlphi2010.

2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчет-ном этапе.
Оформляется заявка на программу расчета статических и динамиче-ских характеристик батареи со струйной системой циркуляции и запланиро-вано, окончание запланировано на 3 этапе контракта.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе иннова-ционная продукция).
Полученные результаты будут использованы предприятиями судострои-тельной промышленности при создании воздухонезависимых установок для надводных кораблей, подводных лодок и подводных аппаратов, а также при создании систем подводной связи в качестве источников энергии.
Планируется использование гибридных установок с ЭХГ в качестве резерв-ных при аварийных ситуациях в электросетях, а также в качестве автоном-ных установок там, где нецелесообразно использование централизованного электроснабжения.
Все эти результаты будут также использованы при подготовке инженерных и научных кадров для судостроения как в СПбГМТУ, так и в других вузах, имеющих судостроительные специальности.

3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
В настоящее время на базе полученных результатов в СПбГМТУ начата под-готовка кадров по специальности 180103 «Судовые энергетические уста-новки», специализация 140207 «Судовые анаэробные энергетические уста-новки».
Заключены долгосрочные соглашения с ГУП ЦНИИ СЭТ, являющимся головным по судовой водородной энергетике, об использовании результатов НИР, выполняемых СПбГМТУ в соответствии с настоящим контрактом, в ОКР и опытном производстве электрохимических установок для нужд судо-строения и энергетики

3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закреп-ление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Проводимые работы являются органической составляющей большого комплекса исследований по судовой энергетике и их успешное выполнение позволит существенно увеличить масштаб применения таких установок для надводных и подводных кораблей, судов, а также подводных аппаратов. Не-обходимо отметить, что в настоящее время наша страна проигрывает веду-щим странам, особенно Германии, в соревновании за рынки сбыта морской техники, в частности, подводных лодок. Германия производит подводные лодки не только для нужд собственного флота, но и продает их Корее, Ита-лии, Греции, Турции и другим странам.
Развернуть
4
01.07.2010 - 15.12.2010
1. Расчетные исследования
массогабаритных характеристик
оборудования с помощью разработанных
программ.
2. Расчетные исследования
энергетических характеристик
оборудования судовых гибридных
установок во всем диапазоне нагрузок от
10 % до полной.
3.Расчетные исследования
экологических характеристик
оборудования и установки в целом с
учетом особенностей жизненного цикла.
4. Расчетные исследования
экономических характеристик судовой
гибридной энергоустановки со
струйными средствами циркуляции.
Развернуть
5
01.01.2011 - 30.06.2011
1. Монтаж стендов для испытания
отдельного оборудования и систем
контура циркуляции.
2. Изготовление опытных образцов
струйных аппаратов и их монтаж на
испытательных стендах.
3. Проведение дополнительных
патентных исследований.
4. Проведение наладочных
испытаний опытных образцов по ПМ
предварительных испытаний.
5. Корректировка конструкторской
документации по результатам
изготовления и предварительных
испытаний опытных образцов с
присвоением КД и ТД литеры "О" и
доработка опытных образцов.
6. Изготовление опытных образцов
струйных аппаратов, влагоотделителеи и
систем управления с учетом результатов
предварительных испытаний.
Развернуть
6
01.07.2011 - 01.11.2011
1. Проведение приемочных
испытаний опытных образцов струйных
аппаратов системы циркуляции.
2. Корректировка конструкторской
документации по результатам
приемочных испытаний опытных
образцов продукции с присвоением
литеры «О!».
3. Разработка опытно-промышленных
технологий производства отечественных
материалов для струйных аппаратов на
основе новых рецептур.
4. Начало эксплуатации опытных
образцов системы циркуляции; технико-
экономическая оценка результатов
выполнения НИР; разработка программы
внедрения результатов НИР в
образовательный процесс.
7. Проведение пуско-наладочных
работ (ПНР) на опытно-промышленном
производстве по изготовлению струйных
аппаратов и влагоотделителей.
8. Модернизация учебно-
методических комплексов дисциплин
специализации "Судовые энергетические
установки с электрохимическими
генераторами" специальности 180103
"Судовые энергетические установки".
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2011 - 2012, 12 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Организация
ОАО "ВТИ"
профинансировано
Тема
Разработка и создание опытно-промышленного производства энергетических установок на топливных элементах (твердополимерных и твёрдооксидных) для автономной резервной и аварийной энергетики
Продолжительность работ
2007 - 2009, 26 мес.
Бюджетные средства
240 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка технологий, создание энергоустановок модульного типа на основе твердополимерных топливных элементов, включая инфраструктуру
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
70 млн
Количество заявок
2
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области создания энергоэффективных компактных источников тока мощностью не менее 50 Вт на основе твердополимерных топливных элементов.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 15 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка и создание сверхпроводниковых устройств, предназначенных для повышения устойчивости и надежности энергетических систем и электроэнергетического оборудования.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
11 млн
Количество заявок
3
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области создания гибридных силовых установок для транспортных систем.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 19 мес.
Бюджетные средства
42 млн
Количество заявок
18