Исследование характеристик наноматериалов, используемых в

N-08-SUAI-1
Паспорт совместного российско-американского проекта
1. Название
Исследование характеристик наноматериалов, используемых в солнечной
электроэнергетике нового поколения.
2. Аннотация
Проект направлен на изучение свойств наноматериалов: массивных и ленточных
высокотемпературных сверхпроводников MgB2 и YBa2Cu3O6 2-ого поколения,
редкоземельных магнитотвердых материалов с улучшенной структурой на основе
неодима, самария, кобальта, празеодима, диспрозия и пр., магнитомягких аморфных и
нанокристаллических сплавов, используемых в системе накопления энергии нового
поколения для солнечной и электроэнергетики.
Предлагается решение фундаментальной проблемы повышения надежности и
экологической безопасности солнечных энергетических установок. Доля экологически
чистой энергетики в общем объеме электроэнергетики постоянно возрастает. С учетом
географического положения участников проекта наибольший интерес представляют
солнечные энергетические установки, а также возможность комплексного использования
энергии Солнца и ветра. Возможность получения электрической энергии от этих
источников изучена достаточно хорошо. Их рациональное функционирование связано с
запасанием, хранением и последующим использованием электрической энергии. В
настоящее время для перераспределения энергии в течение суток или более длительного
времени используют аккумуляторы - экологически неблагоприятный элемент установки.
Более совершенным является использование сверхпроводниковых индуктивных и
кинетических
накопителей
энергии
(в
последнем
случае
используются
сверхпроводниковые подшипники). К системам накопления относятся индуктивные и
кинетические высокоэффективные и экологически безопасные накопители энергии,
которые входят в состав солнечных и ветро- электроэнергетических установок и станций.
Будет оценена стабильность характеристик наноматериалов при установившихся и
анормальных режимах работы; переходных электромагнитных, электромеханических и
теплофизических процессах, возникающих при эксплуатации солнечной установки;
проведено исследование взаимного влияния полупроводниковых преобразователей,
входящих в систему преобразования энергии, на характеристики фотоэлементов
солнечных батарей. По результатам исследований будут сформулированы требования к
наноматериалам, используемым в накопительных комплексах солнечных электростанций
различной мощности. Результаты исследований позволят разработать научные основы
создания современных электроэнергетических комплексов с использованием
наноматериалов и нанотехнологий. Повышение энергоэффективности солнечных
электроэнергетических установок и станций является актуальной задачей как для
Российской Федерации, так и США.
Поскольку российский и американский партнеры являются университетами, к работам
будут привлечены студенты и аспиранты. Полученные в процессе выполнения проекта
результаты будут использованы в образовательном процессе обоих университетов.
3. Описание предполагаемых результатов реализации проекта:
1. Методики инструментальных исследований характеристик функциональных
наноматериалов, включая исследования при криогенных температурах.
2. Методики аналитических и численных исследований с использованием математических
моделей, достоверность и адекватность которых оценивается по результатам натурных
испытаний.
3. Трансфер технологий практического использования функциональных материалов при
разработке элементов и устройств электроэнергетических систем и комплексов нового
поколения с использованием энергии Солнца.
4. Наиболее близкие по тематике проекты в мире, реализующиеся в настоящее время
Совместный российско-израильский проект (ГУАП - Университет Бен-Гуриона)
«Моделирование процессов в солнечной и ветро-энергетической установке со
сверхпроводниковыми элементами».
5. Новизна, описание конкурентных преимуществ результатов
В настоящее время в Российской Федерации уделяется особое внимание развитию
солнечной энергетики, в США осуществляется переход от солнечной теплоэнергетики к
солнечной
электроэнергетике.
В
этих
условиях
необходимо
создание
электроэнергетических комплексов, содержащих эффективные и экологически
безопасные накопители энергии. Они основаны на использовании таких наноматериалов
как высокотемпературные сверхпроводники, магнитомягкие и магнитотвердые
материалы. Характеристики этих материалов с учетом их функционирования в составе
солнечной электроэнергетической установки изучены плохо. Не определено взаимное
влияние элементов установки и режимов работы на поведение наноматериалов, в т.ч.
фотоэлементов солнечных батарей. Выполнение работ по проекту, базирующихся не
только на теоретических, но и на экспериментальных исследованиях, а также
объединяющих интеллектуальный потенциал и экспериментальную базу партнеров,
имеющих опыт многолетнего сотрудничества, позволит получить результаты,
опережающие существующие разработки по данному направлению в мире.
6. Кто является потенциальным потребителем результатов
Потребители установок, использующих функциональные наноматериалы:
автономные энергетические установки, авиатранспортная индустрия, медицинские
предприятия, ответственные потребители электроэнергии.
Компаниями, которые способны коммерциализовывать результаты проекта являются: ГК
«Росатом», ООО «Корпорация «Русский сверхпроводник», Центр «Атом-инновации»,
НИЦ «КИ», ОАО «ФСК ЕЭС», промышленные предприятия, осуществляющие выпуск
функциональных
наноматериалов
для
электроэнергетики
(ОАО
«Ашинский
метталургический завод» г. Аша, Челябинская область, Чепецкий промышленный завод
г. Глазов и др.)
7. Где, когда и какой эффект, в т.ч. экономический, ожидается от использования
результатов проекта
Обеспечение ресурсо- и энергосбережения, экологической безопасности, надежности
энергоснабжения различных потребителей.
8. Предполагаемые организации – участники консорциума по профилям: научные,
образовательные, бизнес. Контактная информация руководителей проекта в каждой
организации и общего координатора.
- Университет штата Индиана
- Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
- Научно–образовательный центр инновационных технологий в электромеханике и
электроэнергетике ГУАП, объединяющий образование, науку и малый бизнес.
Существует договор о взаимодействии Университетов от 17го февраля 2009 г.,
определяющий программу совместной деятельности на 5 лет и включающий этап:
«Совместные исследовательские разработки и проекты».
Координатор от РФ: Декан факультета интеллектуальных систем управления и
нанотехнологий, член-корр. РАН Л.И. Чубраева, e-mail: kaf_32@aanet.ru.
Координатор от США: Декан факультета химии и физики д-р Gerald W. Cockrell, e-mail:
gcockrell@indstate.edu.
Общий координатор: Ректор ГУАП, д.т.н., проф. А.А. Оводенко, e-mail: common@aanet.ru.
9. Описание вклада каждой организации в итоговый результат
Ожидаемые по окончании проекта научные результаты российского партнера:
1. Результаты экспериментальных исследований рабочих характеристик ВТСП
материалов в динамических режимах работы солнечной электроэнергетической установки
с системой накопления и преобразования энергии.
2. Результаты экспериментальных исследований рабочих характеристик магнитотвердых
материалов различного состава в диапазоне рабочих температур от 20К до 293К.
Разработка рекомендаций по применению различных типов редкоземельных магнитов с
учетом точек Кюри.
3. Результаты экспериментальных исследований магнитомягких аморфных и
нанокристаллических сплавов при воздействии электромагнитных полей высокой
интенсивности и термоциклирования.
4. Результаты экспериментальных исследований и математического моделирования
установившихся и переходных процессов многорежимной солнечной установки с
накопителями энергии различных типов.
5. Рекомендации по улучшению рабочих характеристик наноструктурированных
материалов, используемых при изготовлении элементов и устройств солнечных
электроэнергетических систем и комплексов нового поколения.
Ожидаемые по окончании проекта научные результаты американского партнера:
1. Результаты экспериментальных исследований рабочих характеристик ВТСП
материалов в динамических режимах работы солнечной электроэнергетической установки
с системой накопления и преобразования энергии (совместно с российской стороной).
2. Результаты экспериментальных исследований и математического моделирования
установившихся и переходных процессов многорежимной солнечной установки с
накопителями энергии различных типов (совместно с российской стороной).
3. Рекомендации по улучшению рабочих характеристик наноструктурированных
материалов, используемых при изготовлении элементов и устройств солнечных
электроэнергетических систем и комплексов нового поколения (совместно с российской
стороной).
10. Преимущества от участия иностранных организаций
Имеющийся опыт сотрудничества с зарубежными партнерами из США, Канады, стран
ЕЭС, Израиля показал, что совместные исследования и обсуждение полученных
результатов позволяют получить максимальный эффект. Кроме того, объединение усилий
российского и американского партнеров позволяет получить доступ к новым
функциональным наноматериалам, включая новые типы высокотемпературных
сверхпроводников, провести экспериментальные исследования с использованием более
совершенной приборной базы и математическое моделирование с использованием более
современных программных средств.
11. Потенциальные иностранные участники,
существенный вклад в итоговый результат
которые
могли
бы
внести
К выполнению совместного российско–американского проекта целесообразно было бы
привлечь группу специалистов из университета Бен-Гуриона (Израиль) под руководством
проф. Шауля Горена.
12. Краткая предыстория формирования проекта
С университетом штата Индиана имеется многолетний опыт сотрудничества как в области
образования, так и в области научных исследований. Новый договор подписан в 2009 г.
(копия договора прилагается).
13. Предварительный план подготовки и реализации проекта (основные вехи) по
каждой организации, включая координационные мероприятия
1. Срок получения предварительных результатов – июнь 2012 г.
2. Координационное совещание по результатам этапов работы – декабрь 2011 и 2012 гг.
3. Срок получения окончательных результатов – июнь 2013 г.
4. Совместное совещание, подводящее итоги выполненных работ – осень 2013 г.
5. Подготовка не менее 3-х совместных публикаций по выполненным работам.
14. Объем финансирования (существующий и необходимый),
предполагаемые источники и объемы софинансирования
включая
Структура цены необходимого финансирования
№
п/п
1.
2.
3.


4.


5.
6.
7.
Наименование статей расходов
тыс.руб.
Всего
1 год
2 год
Материалы
Спецоборудование
Фонд оплаты труда
в том числе:
штатные работники
работники по договорам
Единый социальный налог
в том числе:
штатные работники
работники по договорам
Накладные расходы
(15 %)
Прочие прямые расходы:
200,00
746,25
750,00
200,00
746,25
750,00
400,00
1492,50
1500,00
500,00
250,00
248,75
500,00
250,00
248,75
1000,00
500,00
497,50
171,00
77,75
405,00
171,00
77,75
405,00
342,00
155,50
810,00
350,00
350,00
700,00
- Командировочные расходы
200,00
200,00
- Прочие расходы
150,00
150,00
400,00
300,00
Затраты по работам, выполняемым
сторонними организациями
ВСЕГО
300,00
300,00
600,00
3000,00
3000,00
6000,00