Национальный проект «Наука и университеты»

XXI век — время прорывных технологий и невероятных инноваций, создавать которые — профессия завтрашнего дня! Наука стала сферой, где талантливая молодежь может найти себя и успешно развиваться.

Сегодня Россия взяла курс на инновационный прорыв. Национальный проект «Наука и университеты» реализуется согласно указам Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г. № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» и от 21 июля 2020 г. № 474 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года». Его ключевая задача — воспитание и поддержка нового поколения ученых, способных совершать великие открытия.

В рамках нацпроекта «Наука и университеты» выделяются значительные средства на поддержку ученых и создание научных центров с первоклассными условиями для исследовательской работы. Кроме этого, проводится работа по строительству и модернизации научно-исследовательского флота, совершенствованию цифровой инфраструктуры, а также созданию комфортных условий для школьников, студентов, научных работников и педагогов.

Проекты КГЭУ в рамках национального проекта "Наука и университеты".

Лаборатории:

1. «Умные наноматериалы для повышения энергоэффективности»

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

Президент России Владимир Путин объявил о проведении с 2022 по 2031 год Десятилетия науки и технологий.

Его основные цели - привлечение молодежи в сферу науки и технологий, вовлечение исследователей и разработчиков в решение важных задач для страны и общества и рост знания людей о достижениях Российской науки.

Десятилетие науки и технологий в России включает в себя комплекс инициатив, проектов и мероприятий. Все они направлены на усиление роли науки и технологий в решении важнейших задач развития общества и страны.

Более подробная информация об инициативах, мероприятиях и проектах Десятилетия науки и технологий – на сайте наука.рф

Оператор проведения Десятилетия науки и технологий – АНО «Национальные приоритеты».

Буклет НП _Наука и университеты_ 2021.pdf

Национальный проект «Наука и университеты» включает в себя 4 федеральных проекта:

- Развитие человеческого капитала в интересах регионов, отраслей и сектора исследований и разработок;

- Развитие масштабных научных и научно-технологических проектов по приоритетным исследовательским направлениям;

- Развитие интеграционных процессов в сфере науки, высшего образования и индустрии;

- Развитие инфраструктуры для научных исследований и подготовки кадров.

Лаборатория «Умные наноматериалы для повышения энергоэффективности»

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

Сотрудники:

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:

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.