О конференции

Потребности человечества в дешевой и доступной электроэнергии постоянно увеличиваются. Это касается как наземной энергетики, так и энергообеспечения подвижных объектов. Постоянно увеличиваются требования по экономической эффективности силовых и энергетических систем (СЭС) и ужесточаются экологические требования. Дальнейшее совершенствование всей системы и её отдельных элементов, невозможно без применения принципиально новых технологических и технических решений. Применение подобных систем на подвижных объектах требует увеличения их удельной (кВт/кг) и объемной (кВт/м3) мощности. Одним из принципиальных решений является применение сверхпроводниковых устройств в составе СЭС.

В работе конференции примут участие ведущие ученые, готовые поделиться опытом, направленным на реализацию синергетического подхода к современным силовым и энергетическим установкам с учетом свойств сверхпроводниковых материалов, современных электрических и конструкционных материалов, к рациональному синтезу СЭС исходя из условий их применения и требований потребителя.

В настоящее время в мире основными направлениями практического применения сверхпроводниковых устройств являются силовые установки самолетов и морских судов, кабельные линии, ветроэнергетические установки. В частности, в АО «ОДК» ведутся работы по поиску рационального облика гибридных силовых установок (ГСУ) для самолетов местных воздушных линий (Байкал, L410), а также для вертолетов. Проекты крупных самолетов с ГСУ находятся в стадии научных исследований в контуре предприятий ПАО «ОАК»; большой интерес к ним предъявляют зарубежные компании, такие как AIRBUS, BOEING, EMBRAER. Об этом свидетельствует наличие таких проектов, как ASuMED (создание ВТСП электродвигателя с удельной мощностью 20 кВт/кг), FUTPRINT, IMOTHEP и других. В МАИ, совместно с АО «НИИЭФА», ведется проработка проекта ГСУ для морских судов. Мощность таких установок может достигать 40 МВт, что делает очень актуальным применение ВТСП технологий в ее составе. Создание ветроэнергетической установки на основе ВТСП генератора и других устройств может быть востребовано таким компаниями, как ГК «Росатом», «Роснано», АО «РЖД». В программе стратегического развития ПАО «Россети» отмечена перспективность применения сверхпроводниковых технологий в электроэнергетике.

По сравнению с традиционными электрическими машинами при создании сверхпроводниковых машин необходимо определить детальное распределение магнитного поля не только в воздушном зазоре, но и в области ВТСП обмоток, проводить подробный анализ теплового состояния обмоток, оценивать стабильность их сверхпроводящего состояния под действием внешних теплопритоков, центробежных и пандеромоторных сил, а также вибраций. При этом необходимо учитывать не только действующие и средние значений рабочих величин, но и их пиковые значения (в первую очередь критических параметров сверхпроводников: температуры, тока и магнитной индукции в области катушек), т.к. даже мгновенное превышение критического значения может привести к переходу сверхпроводника в нормальное состояние. Однако до сих пор нет общепринятых зависимостей и законов, позволяющих прогнозировать рабочие параметры катушек из ВТСП при их работе в составе устройств. Это связано с тем, что реальные условия эксплуатации оказываются отличными от лабораторных. Например, при исследовании в лабораторных условиях часто не учитываются скачкообразные всплески величины магнитной индукции в области катушек, вибрации, режимы охлаждения и другие параметры.

Помимо электромагнитных исследований необходимо проводить исследования современных методов интенсификации режимов теплообмена и повышения критических тепловых потоков при кипении и испарении при криогенных температурах в различных гидродинамических режимах течения хладагента применительно к разработке систем охлаждения элементов силовых и энергетических систем на основе ВТСП устройств.

Критические параметры современных сверхпроводниковых материалов имеют нелинейную зависимость от температуры, внешнего магнитного поля, механических напряжений, рода тока и т.д. Важными представляются результаты экспериментальных исследований теплофизических свойств конструкционных и функциональных материалов, а также экологически чистых хладагентов, предлагаемых для использования в силовых и энергетических установках на основе ВТСП устройств. Это означает, что для применения в устройствах и системах на их основе данные материалы должны быть глубоко изучены, выявлены зависимости, на основании которых будут построены устройства, входящие в перспективные СЭС.

В состав силовых и энергетических систем помимо сверхпроводниковых устройств должны также входить первичные источники энергии, накопители энергии, системы криогенного охлаждения и преобразовательная техника.

Необходимо развивать фундаментальные основы создания компактных, автономных и эффективных систем криогенного обеспечения (СКО) с существенно повышенным ресурсом работы и высокой хладопроизводительностью при рабочей температуре 20-77К, необходимых для функционирования сверхпроводящих сильноточных устройств. Основными проблемами СКО являются их большая масса и габаритные размеры, а также низкий КПД. Необходимо развитие модульных, мощных, компактных, автономных и эффективных систем криообеспечения с увеличенным кратно ресурсом непрерывной работы.

Важным фактором, влияющим на ресурс и КПД СКО является использовании в их составе турбомашин с высокой частотой вращения. Современная высокоскоростная турбомашина представляет собой совокупность энергонапряженных узлов, работоспособность которых во многом зависит от технологичности всей конструкции, от тепловых режимов и эксплуатационных нагрузок, от статических и динамических характеристик опор. Решение проблем создания надежных опор с высоким ресурсом и большой частотой вращения возможно при использовании лепестковых газодинамических подшипников (ЛГП).

Обмен опытом на конференции позволит участникам развить научно-технический задел, который включает в себя модели, методы и технологии многокритериального проектирования, в том числе с использованием CAD/CAE систем; математические и аналитические модели расчета параметров, оценки поврежденности, надежности, долговечности элементов конструкций, верифицированные по результатам испытаний; комплексные технико-экономические подходы к проектированию энергосистем и их элементов с учетом особенностей этапов их жизненного цикла.