Лаборатория автономных источников энергии и обратимых гидроагрегатов на основе микроГЭС (Лаборатория микроГЭС)

​Данная лаборатория под руководством зав. НИЛ, к.т.н. Дружинина А.А. в настоящее время включает коллектив из 12 человек: 2-х научных сотрудников высшей степени квалификации, а также 7 аспирантов, 2 магистрантов и 1-го бакалавра кафедры.

На первом сроке деятельности лаборатории (2022-2024 гг.) коллективом молодых учёных выполнена научно-исследовательская работа на тему "Разработка и экспериментальная апробация источника комбинированного энергоснабжения на основе микроГЭС с расширенной зоной эффективной работы и экологически безопасными элементами проточной части", по результатам которой в лабораторном комплексе кафедры к завершению 2023 г. создана действующая модель автономного источника энергии на основе микроГЭС мощностью 1 кВт, включающего в себя источник энергии на основе гидравлической турбины, работающий одновременно на нужды автономного электро- и теплоснабжения и управляемый автоматической системой, обенспечивающей изменение соотношения электрической мощности к тепловой в диапазоне от 0 до 85%.

К моменту завершения первого срока деятельности лаборатории - в 2024 г. создан действующий полноразмерный макет автономного источника энергии на основе микроГЭС мощностью 11 кВт, способный эффективно обеспечивать автономного потребителя одновременно и электрической, и тепловой энергией.​

   

Молодёжная лаборатория микроГЭС является структурным подразделением, подчиняющимся каф. ГГМ согласно разработанному Положению. Лаборатория в своем составе имеет несколько помещений:

1. ​​​​​​​​Лаборатория 3D-прототипированная, оборудованная современными 3D-принтерами, в том числе и одним – промышленным двухэкструдерным с областью печати 500х500х500 мм в закрытой подогреваемой камере​.

2. Лаборатория 3D-сканирования, оборудованная современными стационарным и портативным 3D-сканерами, позволяющими проводить полный комплекс работ по методу реинжиниринга.​

3. Офисное помещение, оборудованное достаточным количеством рабочих мест с персональными стационарными и мобильными рабочими станциями, используемыми в качестве комплекса для расчетно-численного CFD-моделирования и выполнения гидравлических исследований.​ 

4. ​Офисное помещение Лаборатории микроГЭС оборудовано локальными вычислительными мощностями по обмену данными для использования, хранения и сокращения времени расчётов с использованием отечественного программного продукта FlowVision – полноценного аналога зарубежного Ansys CFX.

Так же для проведения экспериментальных исследований и апробации рабочего процесса автономных источников энергии используется энергокавитационный стенд кафедры ГГМ для исследования гидромашин в насосном и турбинном режимах, который имеет максимальную мощность 7,5 кВт и расход 35 м³/ч.

 

На рисунке 1 представлена схемная конфигурация автономного комбинированного источника энергии. В базовой конфигурации автономная система имеет возможность обеспечивать потребителей электрической энергией в пределах доступной мощности гидроагрегата и накапливать избытки мощности в виде тепловой энергии в тепловом накопителе (ТН).​

Рисунок 1 - Структурная схема автономной системы

Турбина — гидротурбина, Г — генератор, СН — стабилизатор напряжения, ПН —преобразователь напряжения, ТН — тепловой накопитель, НЦ — насос циркуляционный, КУ —контроллер управления

​Для построения полноразмерного макета автономного источника энергии на основе микроГЭС, способного снабжать потребителя тепловой и электрической энергией одновременно, в качестве базы задействована инфраструктура с двумя насосами типа Д, работающих в насосном и обращённом (турбинном) режимах для исследования обратимых гидроагрегатов малых ГЭС с расходом 1080 м³/ч и электрической мощностью до 45 кВт в турбинном режиме.

За период существования лаборатории была проделана большая работа – закуплено и введено в эксплуатацию силами коллектива учебно-научное и вычислительное оборудование, в процессе проведения литературного анализа были разработаны ранее не применявшиеся подходы в области гидромашиностроения, а именно: рабочее колесо с лопастной системой, усовершенствованной по подобию строения плавника Горбатого кита (рис.2) и раструб, выполненный по подобию строения пасти и жабр Гигантской акулы (рис.3). Следует отметить, что коллектив молодёжной лаборатории с начала работы над проектом успешно апробировал и зарегистрировал авторские права на данные изобретения в ФИПС для защиты полученных результатов исследований.

​Рисунок 2 - Рабочее колесо с лопастной системой, усовершенствованной по подобию строения плавника Горбатого кита

Рисунок 3 - Раструб, выполненный по подобию строения пасти и жабр Гигантской акулы

На продолжающемся и последующих этапах работ коллективом молодёжной лаборатории микроГЭС выполняются расчётно-численная апробация и экспериментальные исследования предложенных технических решений с целью поиска наилучших вариантов и использования новых подходов к проектированию гидравлических машин, в том числе с вниманием к биологической безопасности.​​​

По результатам экспертизы результатов деятельности лаборатории Минобрнауки России, лаборатория продолжает научную и конструкторскую деятельность в рамках федерального проекта «Университеты для поколения лидеров», входящего в состав национального проекта «Молодежь и дети»: Соглашение ​№075-03-2025-457/10 от 06.06.2025 г.

На втором сроке деятельности лаборатории (2025-2027 гг.) коллективом молодых учёных выполняется научно-исследовательская работа на тему "Расчётно-теоретические и экспериментальные исследования по созданию эффективных энергетических комплексов на основе гидроресурсов с возможностью аккумулирования энергии и повышенной манёвренностью регулирования", по результатам которой в лабораторном комплексе кафедры к завершению 2027 г. будет создан действующий лабораторный образец комбинированного энергокомплекса для автономного энергоснабжения на основе микроГАЭС, направленный на развитие технологий производства, хранения, транспортировки и аккумулирования энергии согласно Стратегии научно-технологического развития РФ на период до 2035 г.