textarchive.ru

Главная > Документ


Проекты

Российской академии наук
для участия

в реализации направлений технологического прорыва

МОСКВА 2009

Содержание

Направление I
«Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе разработка новых видов топлива» 4

Направление II
«Медицинские технологии, диагностическое оборудование и лекарственные средства» 88

Направление III
«Стратегические информационные технологии, включая создание суперкомпьютеров и разработку программного обеспечения» 177

Направление IV
«Космические технологии» 316

Направление V
«Ядерные технологии» 342

Направление VI
«Материалы» 426

Проекты

Российской академии наук
для участия

в реализации направлений технологического прорыва

Направление I
«Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе разработка новых видов топлива»

Конкретная задача в области энергоэффективности экономики России поставлена в Указе Президента РФ от 04.06.2008 г. №889 “О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики” – к 2020 г. энергоемкость ВВП должна быть снижена на 40% по сравнению с уровнем 2007 г. Решение этой ответственной задачи может быть обеспечено только путем реализации инновационных проектов по всем звеньям технологической цепочки получения электрической и тепловой энергии, их передачи и потребления. Российская академия наук на протяжении многих лет ведет интенсивные теоретические и экспериментальные исследования по всему фронту современной энергетики, осуществляя широкую творческую кооперацию с отраслевой и вузовской наукой. В результате этих исследований получены многочисленные результаты мирового класса по многим разделам современной энергетики и энергоэффективности. Ряд наиболее продвинутых разработок приведен ниже.

Эти исследования соответствуют Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008- 2012 гг. (утверждена распоряжением Правительства РФ от 27 .02.2008 г. №233-р).

Представленные здесь научно-технические проекты, сформированные на прорывное президентское направление “Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе разработка новых видов топлива” соответствуют разделам академической программы: “Основы развития и функционирования энергетических систем в рыночных условиях, включая проблемы энергоэффективности экономики и глобализации энергетики, энергобезопасность, энергоресурсосбережение и комплексное использование природных топлив”; “Физико-технические и экологические проблемы энергетики, тепломассообмен, теплофизические и электрофизические свойства веществ, низкотемпературная плазма и технологии на ее основе”; “Фундаментальные проблемы современной электротехники, импульсной и возобновляемой энергетики”; “Атомная, термоядерная, водородная и космическая энергетика”.

Предлагаемые проекты разделены на 4 категории. К первой категории

“Технологии, приоритетные для возможной реализации” отнесены проекты: «Развитие мощной парогазовой энергетики», «Развитие электроэнергетической системы России с использованием принципов активно-адаптивной сети, включая интеллектную технологию координированного оперативного и противоаварийного управления электроэнергетическими системами», «Разработка научных основ и промышленная реализация процессов глубокой, комплексной и безотходной конверсии тяжелых нефтяных остатков с применением наноразмерных катализаторов с целью обеспечения глубины переработки нефти не менее 92-95% масс, извлечения ценных металлов».

В трех других категориях сосредоточены соответственно: технологии, готовые к практическому применению; технологии, требующие дополнительных исследований; технологии на перспективу.

Учитывая вышеизложенное, Российская академия наук предлагает осуществить предполагаемые проекты, позволяющие решить сложный комплекс научно-технических вопросов современных энерготехнологий, и осуществить решающий прорыв в энергетике, создав надежную базу для динамичного развития всех сопряженных отраслей экономики России.

Приоритетные технологии, готовые к промышленной реализации

Проект I.1. «Развитие мощной парогазовой энергетики»

В проблеме повышения энергоэффективности страны самым крупным должна стать замена в электростанциях, работающих на газе, паротурбинных установок на парогазовые.

Капитальная линия применения газовых турбин – крупные электростанции. Наша электроэнергетика, использующая газ, очень устарела не только технически, но главное морально – работает (практически 98%) только на паровых турбинах (ПТ). Их средний коэффициент полезного действия не превышает 32–34%. В то же время использование парогазовыхустановок (ПГУ) поднимает КПД как минимум до 52–56% и в последние 15 лет широко распространяется во всех развитых странах.

Замена ПТ на ПГУ на электростанциях страны позволяет либо на 30–40% съэкономить использование газа, либо увеличить электрическую мощность. Этот резерв мощности в России сегодня более 60 ГВт.

Очевидно, что быстрое (15–20 лет) решение этой проблемы может на основе имеющихся станций обеспечить значительный прирост энергопроизводства.

Эта задача была сформулирована РАН более 50 лет назад, все время активно пропагандировалась и только в последние 7 лет в стране удалось реализовать 5 мощных ПГУ. Однако, в области больших ГТУ у нас только одна отечественная ГТУ-110 и одна лицензионная (Сименс) ГТУ-160. Надо срочно создавать мощную отечественную ГТУ на 350 МВт силами авиа и энергогазотурбинистов. Знания и кадры еще пока есть и это действительноможет быть одной из самых эффективных инноваций, позволяющих сохранить и развивать очень сложные области науки и техники – интеллект страны. Широкое использование покупного зарубежного оборудования грозит потерей энергобезопасности страны. Организацию такой работы должно взять на себя Государство, это мировая практика, частнику не выгодна длительная окупаемость.

Совершенствование электротеплоснабжения газовыми турбинами надежно обеспечит наше развитие на 25–30 лет и более с учетом развития атомной энергетики.

Для создания новой мощной ГТУ РАН проведена подготовительная работа с ведущими газотурбинистами страны и направлено конкретное предложение в Министерство энергетики РФ и Министерство промышленности и торговли РФ.

Так как новые ПГУ устанавливаются на имеющихся территориях ТЭС, то дополнительная мощность при сохранении объема газа по существу беззатратна. Это дает возможность окупаемости оборудования за 2–3 года и обеспечивает на 10–15 лет нужный прирост мощности электростанций страны.

Исполнители проекта:

ОИВТ РАН, ВТИ, ЦИАМ, ЛМЗ, ЦКТИ, Салют, Пермские моторы, ВИАМ.

Потенциал проекта в сфере энергосбережения и экологии – экономия до 40% газа или такой же прирост выработки электроэнергии в стране.

Затраты на начало реализации проекта (до выхода на окупаемость)

- бюджетные средства на создание опытного образца мощной ГТУ – 2 млрд. руб. (2010 –2012 гг.).

Проект I.2. «Развитие электроэнергетической системы России с использованием принципов активно-адаптивной сети, включая интеллектную технологию координированного оперативного и противоаварийного управления электроэнергетическими системами»

1.Развитие электроэнергетической системы России с использованием принципов активно-адаптивной сети.

1.1. Народнохозяйственная проблема.

Сегодня электроэнергетика России имеет крайне низкие показатели надёжности и эффективности электроснабжения потребителей, а угрозы дефицита генерирующих мощностей и пропускной способности электрических сетей лишь временно смягчёны экономическим кризисом. В то же время, современная наука и новые технологические достижения дают возможность создать условия для прорыва электроэнергетики России на качественно новый уровень, обеспечивая экономное использование энергоресурсов по всей технологической цепочке: производство – передача – распределение потребление. Принципиально новое качество электроэнергетики достигается за счет включения в электроэнергетическую систему активных элементов, изменяющих свои характеристики под воздействием внешнего управления. Данное воздействие осуществляется адаптивными системами управления, которые реагируют на текущее состояние энергосистемы: электропотребление, погодно-климатические условия, распределение потоков электроэнергии по электрическим сетям и другие параметры, оптимизируя состояние системы в нормальном режиме, а также предотвращая аварийные ситуации или локализуя их (в случае возникновения). Основные активные элементы распределяются по электрическим сетям и на границе взаимодействия сетей и потребителей. По этой причине подход к развитию энергосистемы, использующий указанные принципы, назван электроэнергетической системой с активно-адаптивной сетью. Многие типы активных устройств, как в России, так и за рубежом уже созданы и опробованы, но их широкое применение сдерживается из-за отсутствия идеологии системного применения. За рубежом проводятся широкие исследования развития подобных направлений, но общий системный подход только нащупывается, а отдельные направления работ объединяются под общим названием Smart grid («умные сети»). Для российской электроэнергетики предлагается применить системный подход, создавая прообраз новой электроэнергетической системы России – электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью (ЭСААС).

Основные качества предлагаемой энергосистемы:

  • Обеспечение свободного доступа к услугам инфраструктуры любым источникам электрической энергии. Для возобновляемых и нетрадиционных источников энергии необходимо создать специальные интерфейсы, позволяющие упрощенное подключение к сетям на условиях их параллельной работы в составе энергосистемы.

  • Привлечение к управлению режимом работы энергосистемы (кроме генерации) сетевой инфраструктуры и потребителей электроэнергии.

  • Насыщение электрических сетей всех уровней напряжения датчиками параметров и активными элементами, изменяющими свои свойства в зависимости от ситуации, что повышает надежность всей энергосистемы, эффективность и качество предоставляемых клиентам инфраструктуры услуг.

  • Оснащение потребителей электроэнергии системами учета и управления электропотреблением, обеспечивающими ее рациональное использование и управление объемом электропотребления при возникновении нештатных, повышая уровень надежности функционирования энергосистемы.

  • Наличие современной системы управления, построенной на обработке громадных объемов информации как о текущем состоянии энергосистемы и ее элементов, так и информации о внешней среде: метеофакторах (освещенность, осадки, гололед, ветровые нагрузки), возможных рисках воздействия на элементы инфраструктуры (пожарах, наводнениях) и других. Адаптивные алгоритмы этой системы позволяют обеспечить эффективное управление в нормальных и аварийных режимах функционирования энергосистемы.

1.2. Энергоэффективность и энергобезопасность.

Реализация предлагаемого проекта позволит обеспечить:

  • Снижение объемов необходимых вводов генерирующих источников за счет уменьшения приростов электрической нагрузки и снижения величины резервной мощности, благодаря более четкому контролю и регулированию объемов, а особенно режимов электропотребления.

  • Существенное повышение пропускной способности действующих и новых линий электропередачи и электрических сечений.

  • Снижение земельных площадей, отводимых под электросетевые коммуникации, что особенно актуально для крупных городов и мегаполисов.

  • Повышение надежности энергоснабжения потребителей за счет превентивного и адаптивного управления энергосистемой и ее элементами.

  • Снижение потерь электрической энергии в сетях всех уровней до технически возможных, ликвидация коммерческих потерь электроэнергии, реализация мер по энергосбережению и управлению потреблением электроэнергии с учетом ценовых факторов.

Стоимость проекта составит до 4 млрд. долл. при том, что по предварительной оценке полные затраты на перевод в 2013-2020 годах ЕЭС России на принципы активно-адаптивной сети составят 40-42 млрд. долл. Кроме бюджетного финансирования, в реализации проекта должны участвовать организации электроэнергетического комплекса и потребители. Оценка приведенных выше факторов экономической эффективности позволяют говорить о том, что затраты окупятся в полтора раза уже ко времени завершения формирования активно-адаптивной сети.

1.3. Существующий задел.

В Российской академии наук вместе с отраслевыми организациями (ОАО «Научно-технический центр электроэнергетики», ОАО «ЭНИН» им. Г.М. Кржижановского, ОАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука и др.) созданы новые оригинальные устройства и технологии, являющиеся элементами активно-адаптивной сети. Это не имеющие мировых аналогов устройства ограничения токов короткого замыкания коммутационного типа, различного рода имитаторы молний, устройства регулирования напряжения на базе современной силовой электроники, асинхронизированные турбогенераторы и компенсаторы реактивной мощности, системы автоматизации управления и многоуровневые вычислительные комплексы, интеллектуальные устройства учета электроэнергии и ряд других.

1.4. Предложения по массовому производству и внедрению.

Программа работ предусматривает подготовку концепции и эскизного проекта развития ЕЭС России с использованием принципов активно-адаптивной сети. Намечается выполнение НИР и ОКР по созданию опытных образцов оборудования, программных средств и систем управления. Особо следует отметить работы системного применения всех активных элементов сетей. Для отработки системных решений в эскизном проекте выделяется комплекс пилотных проектов, охватывающий все типы электрических сетей от магистральных до распределительных. После обобщение опыта эксплуатации комплекса пилотных проектов выполняется разработка Сводного технического проекта развития ЕЭС России с активно-адаптивной сетью с этапами его реализации до 2020 года.

1.5. Кооперация

Участниками проекта будут научные и производственные организации Российской академии наук, электроэнергетических компаний и производителей электротехнического оборудования, электронной техники и программного обеспечения.

2. Интеллектная технология координированного оперативного и противоаварийного управления электроэнергетическими системами.

Тенденции развития электроэнергетических систем (ЭЭС) и изменения условий их функционирования привели к существенным трансформациям в структуре систем и режимах их работы. Эти трансформации обусловлены следующими факторами:

  • Увеличение масштабов ЭЭС, расширение обслуживаемых территорий, объединение на совместную работу различных ЭЭС с созданием межрегиональных и межгосударственных энергообъединений;

  • Реструктуризация электроэнергетики, в результате которой ее организационная структура часто коренным образом отличается от технологической структуры ЭЭС как технически единого объекта и от структуры управления этим объектом;

  • Децентрализация электроснабжения в связи с расширением использования источников распределенной генерации, подключаемых к узлам распределительной электрической сети;

Названные факторы существенно усложняют режимы работы ЭЭС, повышают их динамичность и непредсказуемость, увеличивают опасность тяжелых аварий с нежелательным развитием и массовыми последствиями для системы и потребителей и поэтому требуют более оперативной и адекватной реакции систем управления.

В настоящее время в мире отсутствуют комплексная проработка и объективное обоснование методологии и методов управления развитием и функционированием ЭЭС с учетом имеющихся тенденций и происходящих преобразований. Зарубежные исследования не содержат полных однозначных рекомендаций по рассматриваемым проблемам, а имеющиеся рекомендации, как правило, не переносимы на российские условия в силу специфики электроэнергетики России. В нашей стране подобные исследования носят фрагментарный характер.

В то же время в мировой практике развития ЭЭС и разработке их систем управления формируется так называемая концепция Smart Grid. Часто это понятие связывают с интеграцией в ЭЭС возобновляемых источников энергии, а также с распределительной электрической сетью с использованием информационных технологий и искусственного интеллекта в распределенных системах управления электроснабжением и электропотреблением. Концепция Smart Grid в трактовке ИСЭМ СО РАН имеет следующие составляющие:

  • Электрические станции – в части повышения надежности и экономичности производства электроэнергии с использованием современных высокоинтеллектуальных средств контроля и управления, интеграции источников возобновляемой энергии, распределенной генерации и сверхпроводящих накопителей энергии с помощью, в том числе, интернет-технологий;

  • Передающая электрическая сеть – в части широкомасштабного мониторинга режимов и управления ими с использованием новых средств и технологий (FACTS, PMU, искусственный интеллект и др.) с целью обеспечения надежности передачи электроэнергии и управляемости электрической сети;

  • Электрические подстанции – в плане автоматизации подстанций, базирующихся на современном электротехническом оборудовании, с применением современных средств диагностики, мониторинга и управления на основе информационных и компьютерных технологий для обеспечения надежности и управляемости подстанций;

  • Распределительная электрическая сеть – в части радикального повышения ее управляемости и надежности внедрением распределенных систем автоматики и защиты на современной микропроцессорной основе с использованием новых информационных, компьютерных и интернет-технологий;

  • Потребители электроэнергии – в плане оснащения их высокоинтеллектуальными системами контроля и учета электроэнергии, регулирования электропотребления и управления нагрузкой, в том числе, в аварийных ситуациях.

В рамках концепции Smart Grid в Институте систем энергетики им. Л.А.Мелентьева СО РАН выполнен ряд исследований по разработке принципов и методов развития систем оперативного и противоаварийного управления ЭЭС.

Волоконно-оптические Smart Grid-измерительные системы мониторинга состояния в энергетике разрабатываются в Институте автоматики и управления ДВО РАН.

Направления исследований, задачи и ожидаемые результаты проекта. Основными актуальными направлениями совершенствования принципов и повышения эффективности систем оперативного и противоаварийного управления режимами ЭЭС являются повышение адаптивности управления и расширение и углубление координации этапов, средств и систем управления режимами. Для реализации этих направлений необходимы:

1. Разработка эффективной системы широкомасштабного мониторинга, прогнозирования и управления нормальными, предаварийными и послеаварийными режимами ЭЭС, включая:

  • Оценивание состояния системы;

  • Прогнозирование параметров предстоящего режима; оно необходимо в связи с тем, что оценивание состояния дает текущую оценку режима с определенным запаздыванием, в то время как для задач мониторинга и управления требуется некоторое упреждение оценки состояния системы ("управлять – значит предвидеть"); заметим, что для этих двух блоков задач упреждение может быть различным;

  • Оценка слабых мест в системе в предстоящем режиме;

  • Оценка запасов пропускных способностей связей в предстоящем режиме; она нужна для эффективного использования запасов в оперативном режиме и при автоматическом управлении путем соответствующих управляющих воздействий;

  • Визуализация предстоящего режима;

  • Определение критериев и показателей перехода из нормального в предаварийный режим и обратно, а также из послеаварийного режима в нормальный.

2. Использование эффективных адаптивных методов и алгоритмов выбора мест приложения и дозировок управляющих воздействий на основе новейших достижений теории управления и искусственного интеллекта, реализуемых диспетчером и системами автоматического управления и обеспечивающих адаптацию управлений к текущему состоянию системы и возможным возмущениям.

3. Расширение и усиление координации управления, включая:

  • Расширение координации управления режимами ЭЭС:

    • во временном разрезе – от координированного проектирования систем управления до их реализации диспетчерскими и автоматическими средствами;

    • в ситуативном плане – координация оперативного диспетчерского, непрерывного автоматического и дискретного противоаварийного управления.

  • Развитие и расширение номенклатуры средств координированного управления режимами ЭЭС:

    • развитие традиционных средств – систем управления возбуждением и мощностью синхронных машин, противоаварийной автоматики и др.;

    • использование современных средств измерения и управления – PMU, FACTS, высокотемпературных СПИН и др.

  • Распространение и развитие принципов и систем координированного оперативного диспетчерского и противоаварийного управления на распределительные электрические сети, содержащие установки распределенной генерации.

  • Формирование новых критериев и разработка новых методов мониторинга и прогнозирования режимов и управления ими с целью обеспечения эффективности координированного управления для всех субъектов оптового рынка, системной надежности и живучести ЭЭС.

Реализация изложенных положений позволит существенно повысить эффективность функционирования, управляемость, надежность и живучесть современных ЭЭС.

В результате завершения разработок (стадия НИР) ожидаются следующие результаты:

1. Методология мониторинга и прогнозирования режимов ЭЭС и управления ими с использованием современных концепций, средств и технологий.

2. Усовершенствованные существующие и новые модели и методы планирования, мониторинга и прогнозирования режимов ЭЭС и управления ими, исследования надежности, устойчивости и живучести ЭЭС, качества электроэнергии.

3. Оценка времени выполнения и требуемых материальных ресурсов.

Завершение ведущихся разработок (стадия НИР) потребует трех лет и привлечения, как минимум, троих соисполнителей из числа исследовательских организаций, в сотрудничестве с которыми эти разработки были начаты и ведутся в настоящее время. Требуемые материальные ресурсы оцениваются в 150 млн. рублей.

Оценка требуемых временных и материальных ресурсов для стадии пилотного проекта (ТЭО, ОКР и испытания) должна быть сделана отдельно на завершающем этапе НИР исходя из возможностей отечественной электротехнической промышленности на момент окончания НИР.

Исполнители: ОИВТ РАН, ИНЭИ РАН, ИСЭМ СО РАН, ИАПУ ДВО РАН, НТЦ электроэнергетики.

Срок выполнения первого этапа проекта: 2010-2013 гг.

Ориентировочная стоимость первого этапа: 1 млрд. руб.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (3)

    Документ
    ... отождествляющие себя с полученными дляучастия в спектакле формами-скафандрами ... направление полёта, не создавая пилотам перегрузок. Мир стоит на пороге таких технологических ... ” РоссийскойАкадемииНаук. Проект Федеральный закон российской федерации ...
  2. Российской академии наук промышленная политика

    Документ
    ... РОССИЙСКОЙАКАДЕМИИНАУК ИНСТИТУТ ЕВРОПЫ РАН ПРОМЫШЛЕННАЯ ПОЛИТИКА ЕВРОПЕЙСКИХ СТРАН МОСКВА 2010 Учреждение Российскойакадемиинаук ... направлениятехнологической ... средств дляреализациипроекта. Кроме ... дляучастия в финансировании интересных проектов, ...
  3. Российской академии наук великобритания перед

    Документ
    ... Российскойакадемиинаук ... технологическим ... дляреализации исследовательских проектов, открытие фонда поддержки специалистов для исследования ключевых аспектов российско ... дляучастия в мероприятиях в области культуры, образования и искусства; проекты ...
  4. Российской академии наук великобритания перед

    Документ
    ... Российскойакадемиинаук ... технологическим ... дляреализации исследовательских проектов, открытие фонда поддержки специалистов для исследования ключевых аспектов российско ... дляучастия в мероприятиях в области культуры, образования и искусства; проекты ...
  5. Отчетный доклад президиума российской академии наук

    Автореферат диссертации
    ... высокий уровень российскойнауки в этой сфере составляет основу дляучастия в международных проектах по созданию уникальных ...

Другие похожие документы..