Сведения об образовательной организации
Сведения о доходах, об имуществе и обязательствах имущественного характера руководителя и членов его семьи

Лаборатории

Лаборатории:

1. «Умные наноматериалы для повышения энергоэффективности»

2. «Изучение процессов в гибридной энергетической установке топливный элемент - газовая турбина»

 

Лаборатория «Умные наноматериалы для повышения энергоэффективности»

 

 

 

 

 

Год создания 2021 г.

 

Руководитель лаборатории: Ахметова Ирина Гареевна д.т.н., доцент

 

Сотрудники:

 

 

1. Ахметова Ирина Гареевна

Руководитель работы

2. Умберто Беррарди

Заведующий НИЛ

3. Ваньков Юрий Витальевич

Ведущий научный сотрудник

4. Зарипова Дания Анасовна

Ведущий научный сотрудник

5. Мухаметова Лилия Рафаэльевна

Старший научный сотрудник

6. Гапоненко Сергей Олегович

Старший научный сотрудник

7. Соловьева Ольга Викторовна

Старший научный сотрудник

8. Федюхин Александр Валерьевич

Старший научный сотрудник

9. Синицын Антон Александрович

Старший научный сотрудник

10. Афанасьева Ольга Валерьевна

Старший научный сотрудник

11. Соловьев Сергей Анатольевич

Старший научный сотрудник

12. Измайлова Евгения Вячеславовна

Старший научный сотрудник

13. Газизов Фарит Насибуллович

Младший научный сотрудник

14. Зиганшин Шамиль Гаязович

Младший научный сотрудник

15. Базукова Эльвира Раисовна

Младший научный сотрудник

16. Гарнышова Елена Владимировна

Инженер-исследователь

17. Пономарев Роман Андреевич

Инженер-исследователь

18. Шакурова Розалина Зуфаровна

Инженер-исследователь

19. Фаздалова Аделя Равилевна

Инженер-исследователь

20. Федотова Анастасия Олеговна

Инженер-исследователь

 

Актуальность

Актуальной задачей является разработка мероприятий в рамках национальной политики по снижению выбросов парниковых газов при обеспечении устойчивого экономического развития страны. Национальная политика согласно Парижскому соглашению должна предусматривать сокращение выбросов в масштабе всей страны к 2030 году до 70% относительно уровня 1990 года. В этом случае дальнейшее развитие теплоэнергетических систем населенных пунктов Российской Федерации должно проходить с учетом технических, социально-экономических и экологических факторов.

Известно, что любая теплоэнергетическая система укрупненно состоит из трех звеньев: генерация, транспортировка и потребление. При этом стратегия повышения эффективности и экологичности всей рассматриваемой системы должна базироваться на снижении потребления тепловой энергии конечным потребителем (по принципу «меньше потребляешь – меньше генерируешь»), а также снижении потерь при производстве и передаче тепловой энергии.

Одно из направлений исследования - разработка конструкционных материалов с улучшенными теплоизолирующими и теплоаккумулирующими свойствами. В частности, перспективным направлением является разработка новых энергосберегающих материалов с возможностью аккумулирования энергии, к которым можно отнести материалы с фазовым переходом. Применение современных конструкционных материалов для ограждающих конструкций зданий и сооружений открывают широкие возможности для повышения энергоэффективности благодаря появлению новых решений в области материаловедения и нанотехнологий.

Новые материалы, в том числе нанотехнологии, являются инновационными неизведанными вариантами для ограждающих конструкций зданий и сооружений с высокими эксплуатационными характеристиками.

Материалы с фазовым переходом помимо соответствия основным теплоизоляционным и теплоаккумулирующим характеристикам должны отвечать ряду требований, влияющих на их использование в строительстве: температура фазового перехода, сохранение теплофизических свойств материалов в течение длительной эксплуатации, пассивность по отношению к конструкционным материалам, удовлетворение санитарных и экологических норм в ходе эксплуатации и последующей утилизации.

Второе направление исследования – разработка теплоизоляционных материалов с высокими теплоизолирующими свойствами. Будут разработаны и исследованы новые гранулы аэрогеля, которые будут использоваться в качестве теплоизоляционных материалов, поскольку эти суперизоляционные материалы обладают чрезвычайно низкой теплопроводностью (ниже 0,015 Вт/мК). Аэрогели могут гарантировать заданное термическое сопротивление при сниженной толщине материала относительно других материалов.

После обширных лабораторных испытаний, а также исследований материалов в закрытых помещениях, материалы будут внедряться и тестироваться в полевых условиях. Будет изучаться влияние климатических факторов и оцениваться их состояние в полевых условиях. Инновационный характер этого исследования, которое включает в себя различные новые нанотехнологии, требует изучения их эффективности в различных климатических сценариях (например, при высоких летних температурах,  продолжительной жаре, при низких температурах в зимний период, при более сильном воздействии ультрафиолета и резких изменениях температуры).

 

Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное

В КГЭУ открыты несколько лабораторий совместно с ведущими организациями в сфере теплоэнергетики.

Совместно с компанией Данфосс (Дания) в 2015 г. на территории Казанского государственного энергетического университета открылся научно-технический центр. Это один из крупнейших НТЦ России, который выделяется среди прочих своей многопрофильностью: здесь специалисты смогут познакомиться с работой силовой электроники, новейшего теплового и холодильного оборудования. Одна из ключевых задач Центра – подготовка высококвалифицированных технических специалистов по энергоэффективности, а также развитие научно-технической базы, которая способствует повышению энергоэффективности. Лабораторные стенды и курсы доступны как студентам вуза, так и практикующим инженерам.

Совместно с компаниями Viessmann (Германия) и Wilo (Германия) в 2020 году на территории Казанского государственного энергетического университета были открыты две лаборатории:

– в лаборатории Wilo представлены смарт-насосы и насосы предыдущих поколений; такими гидравлическими машинами оборудованы индивидуальные тепловые пункты Казани, таким образом, студенты проходят обучение на новых образцах техники;

- в лаборатории Viessmann представлено оборудование, позволяющее имитировать процесс работы теплового насоса и солнечного коллектора; благодаря установкам студенты смогут определить, сколько тепла может взять солнечный коллектор от солнца, и проводить разные эксперименты.

В рамках проведения исследования будут разработаны новые капсулы мМФП с различными порошкообразными металлами и соединениями графена для увеличения скорости и плотности АТЭ. Этот подход укрепит текущее сотрудничество группы д-ра Берарди с проф. Кимом (Университет Йонсей, Южная Корея [Yonsei University, S. Korea]), также будут учитываться экспертные мнения проф. Richman и Touchie (Райерсон и Университет Торонто, Канада).

Синтез нового АД аэрогеля будет проводиться совместно с химической лабораторией Райерсона (Канада) в сотрудничестве с проф. Койвисто. Полученные новые гранулы аэрогеля будут смешаны с традиционными пористыми изоляционными материалами, например пенополиуретановыми пенами и покрытиями. Термические и механические свойства новых продуктов будут сначала изучаться в Лаборатории. Затем, в сотрудничестве с проф. Заррином [Dr. Zarrin] (Райерсон), исследование будет сосредоточено на анализе структуры аэрогеля. Затем усиленные аэрогелями системы будут изучаться в контексте их наружного применения, будет тестироваться долговременность их гигрофобности и связанные с этим проблемы выдерживания различных погодных условий.

 

Лаборатория «Изучение процессов в гибридной энергетической установке топливный элемент - газовая турбина»

 

 

 

 

 

 

 

 

Год создания 2022 г.

 

Руководитель лаборатории: Филимонова Антонина Андреевна д.т.н., доцент

 

Сотрудники:

 

ФИО

Должность

1. Чичиров Андрей Александрович

Заведующий кафедрой «Химия и водородная энергетика»

 

2. Чичирова Наталья Дмитриевна

Заведующий кафедрой «Атомные и тепловые электрические станции»

3. Печенкин Александр Вадимович

Аспирант кафедры «Атомные и тепловые электрические станции»

4. Бабиков Олег Евгеньевич

Аспирант кафедры «Атомные и тепловые электрические станции»

5. Власов Сергей Михайлович

Доцент кафедры «Атомные и тепловые электрические станции»

6. Власова Алена Юрьевна

Доцент кафедры «Атомные и тепловые электрические станции»

7. Ляпин Александр Игоревич

Доцент кафедры «Атомные и тепловые электрические станции»

8. Минибаев Азамат Ильшатович

Старший преподаватель кафедры

«Атомные и тепловые электрические станции»

9. Майоров Егор Сергеевич

Студент кафедры «Атомные и тепловые электрические станции»

10. Камалиева Рузина Фарсиловна

Студент кафедры «Атомные и тепловые электрические станции»

11. Ахметзянова Айгуль Тагировна

Аспирант кафедры «Атомные и тепловые электрические станции»

12. Базин Дмитрий Александрович

Аспирант кафедры «Атомные и тепловые электрические станции»

 

Актуальность

Энергетические технологии на основе твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) – это одно из перспективных направлений развития малой энергетики, обеспечивающее высокую эффективность и экологичность. Работая при высокой температуре (600-1000 °С), твердооксидный топливный элемент не нуждается в катализаторах из благородных металлов и, таким образом, является более доступным. Высокие температуры облегчают прямой реформинг углеводородов в ТОТЭ, что допускает гибкий выбор топлива. Высокотемпературное отходящее тепло может быть эффективно рекуперировано для приведения в действие интегрированного газотурбинного электрогенератора. Объединение двух различных систем повышает эффективность (К.П.Д.) в сравнении с автономными микротурбинами текущего поколения от 25-30 % до значений, близких к 60-65 %. За счет высокого давления и температуры рекуперированного нагретого технологического воздуха, подаваемого компрессором от газовой урбины на топливный элемент, происходит увеличение его выходной мощности, снижение различных электрохимических потерь. В первую очередь улучшение электрохимической кинетики, приводит к повышению эффективности процесса (рабочий ток, напряжение элемента, выходная мощность и эффективность логарифмически возрастают с давлением). Тем не менее, топливный элемент не является аналогом камеры сгорания, поэтому соединение микротурбины с топливным элементом представляется довольно сложной задачей, связанной с дополнительными ограничениями в проектировании и конструктивными особенностями, возникающими при объединении электрохимической и механической систем. Численное моделирование работы ТОТЭ – наиболее эффективный в настоящее время инструмент для понимания мультифизических явлений, происходящие в топливной ячейке, помогающий изучить производительность ТОТЭ, быстро, эффективно и с минимальными затратами спроектировать различные его компоненты. После представления численного решения для модели ТОТЭ возможен переход к разработке экспериментальных установок для проверки предлагаемых конструкций и технологий.

Идея использования гибридной системы наиболее актуальна для индустриально-энергетических комплексов – тепловая электрическая станция-нефтехимическое предприятие. На нефтеперерабатывающих заводах или химических предприятиях с водородным производством одним из отходов являются водородсодержащие газы, которые можно использовать в качестве топливной смеси в гибридной установке. В республике Татарстан действует несколько установок по производству водорода в процессах нефтепереработки (АО «ТАНЕКО», АО «ТАИФ-НК») и производства химических продуктов (ПАО «Нижнекамскнефтехим», ПАО «Казаньоргсинтез», АО «Аммоний», АО «Нэфис Косметикс»). Основными областями применения водорода в республике являются очистка моторных топлив, процессы гидрирования (гидрогенизация) углеводородов и использование в системах охлаждения электротурбогенераторов ТЭЦ. На всех этих предприятиях образуются водородсодержащие газообразные отходы. Объемное содержание водорода в газообразных отходах достигает 63%. На данный момент водородсодержащие отходы дожигаются в факелах, либо подмешиваются к природному газу в малом количестве (2-10%) и сжигаются в газовых турбинах. Актуальным представляется использовать эту органическую водородсодержащую газовую смесь для выработки электроэнергии в гибридной энергоустановке с топливным элементом. Наиболее важной проблемой, на решение которой направлен проект, является создание цифровых моделей электрохимических и тепломассообменных процессов в гибридной энергоустановке топливный элемент-газовая турбина с последующей разработкой на основе расчетов по цифровой модели технологий и установок экологичной и высокоэффективной утилизации водородосодержащих отходов предприятий нефтепереработки и химкомбинатов, содержащих углеводороды, оксиды углерода и водород, т.е. топливную смесь, пригодную для электрохимических превращений в топливном элементе с предварительным реформингом с получением электроэнергии с КПД более 60%. Решение обозначенных проблем обладает фундаментальной научной значимостью и мировой научной новизной.

 

Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное

- ООО «Нижнекамская ТЭЦ» - индустриальный партнер – письмо о сотрудничестве № 010-06/1651 от 30.06.2022.

- «Консорциум водородных технологий» Национальный исследовательский Томский политехнический университет - письмо о сотрудничестве №8-с/2021 от 24.06.2021.

- «Консорциум водородная энергетика» Национальный исследовательский институт «МЭИ» - протокол от 29 октября 2021 г. № 09/21.