Projekta nosaukums: Ūdeņraža hidrauliskās kompresijas tehnoloģijas izstrāde ūdeņraža degvielas uzpildes stacijām (H2-Compression)

Projekta identifikācijas Nr.: 1.1.1.1/20/A/185

Projekts tiek veikts Eiropas Reģionālā attīstības fonda (ERAF) darbības programmas “Izaugsme un nodarbinātība” 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa “Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā” 1.1.1.1. pasākuma “Praktiskās ievirzes pētījumi” 4. kārts ietvarā.

Projekta izpildes termiņš: 01.05.2021.-30.11.2023. (līgums noslēgts 23.07.2021., projekta darbības attiecināmas no 01.05.2021.)

Projekta zinātniskais vadītājs: Dr.sc.ing. Valērijs Bezrukovs

Projektu īstenos četri projekta partneri: divi zinātniskie institūti: Ventspils Augstskolas Inženierzinātņu Institūts “Ventspils Starptautiskais Radioastronomijas Centrs” (IZI VSRC) (projekta iesniedzējs un vadošais partneris) un Valsts zinātniskais institūts atvasināta publiskā persona “Fizikālās enerģētikas institūts” (FEI), Industrijas pārstāvis - SIA LATVO un sabiedriskā labuma organizācija “Ventspils Augstskolas attīstības fonds” (VAAF).

Projekta finansējums:

Kopējās apstiprinātās projekta izmaksas ir 539 577,35 EUR un tās tiek finansētas no šādiem finanšu avotiem:

Eiropas Reģionālās attīstības fonda finansējuma – 444 018.20 EUR apmērā;

valsts budžeta finansējuma – 55090.84 EUR apmērā;

Ventspils Augstskolas, Ventspils Augstskolas attīstības fonda, VZI APP Fizikālās enerģētikas institūta un AS “LATVO” finansējuma – 40 468.31EUR apmērā.

FEI projekta finansējums: EUR 108 603,26.

Projekts ir paredzēts kā rūpnieciskais pētījums, ietverot tehniski ekonomisko priekšizpēti un eksperimentālo izstrādi, kura mērķis ir iegūt jaunas zināšanas un prasmes novatoriska tehnoloģiskā risinājuma izstrādei gāzveida ūdeņraža saspiešanai un tā prototipa izveidošanai. Metodes jaunums ir tāds, ka risinājums, kas jau ir pārbaudīts citu gāzu saspiešanas procesā, tiks pielāgots ūdeņraža saspiešanai. Zema spiediena ūdeņraža gāzi saspiež, pakāpeniski ievadot gāzi divos vertikāli novietotos kompresijas cilindros un saspiežot to ar šķidrumu, izmantojot augstspiediena hidraulisko sūkni. Katru gāzes iesmidzināšanas un saspiešanas ciklu kompresijas cilindros veic, līdz tie ir pilnībā piepildīti ar šķidrumu.

Projekta darbības:

• Ūdeņraža hidrauliskās saspiešanas teorētiskie pētījumi, modelēšana un tehnoloģijas izstrāde.
• Laboratorijas testa modeļa dizaina izstrāde, izgatavošana un eksperimentālie pētījumi.
• Tehnoloģiju pārnese un komercializācijas stratēģiju izstrāde.
• Projekta rezultātu izplatīšana.
• Projekta zinātniskā administrēšana.

Projekta rezultāti:

Projekta laikā pa aktivitāšu sadaļām ir plānoti astoņi dokumentāli (aprakstoši) atskaišu nodevumi, plānots viens digitālais modelis un viens vadības algoritms, trīs zinātniskās publikācijas un divi ziņojumi konferencēs, viens iekārtas prototips un divi Latvijas patenta pieteikumi. Plānota piedalīšanas izstādēs, Gala pārskats par projekta izpildes gaitu tiks rīkots kā publisks seminārs. Informācija par projekta gaitu būs pieejama internetā. Kā arī projekta ietvarā, tiks pilnveidotas jaunās zinātnieces vadošās pētnieces Marina Konuhova kompetences un kvalifikācija.

Pašlaik notiek ūdeņraža hidrauliskajās saspiešanas iekārtas tehnisko risinājumu izstrāde, materiālu izvēle un darba cilindru ģeometrijas pētījumi. Nepieciešams izvēlēties darba šķidrumu, iekārtas jaudas parametrus, atrast piemērotus  sensorus un vārstus, kas atbilst ūdeņraža kompresijas kompleksa darbības apstākļiem. Notiek konsultācijas ar speciālistiem, jo nepieciešams veikt pētījumus par ūdeņraža ietekmi uz darba šķidrumu. Nepieciešams izstrādāt drošības protokolus, kurus jāievēro, strādājot ar ūdeņraža gāzēm augstā spiedienā.

Ūdeņraža hidrauliskās saspiešanas iekārtas izstrāde ir saistīta ar risinājumu meklēšanu, kam nepieciešamas dažādas zināšanas un pieredze. Ūdeņraža hidrauliskās saspiešanas laikā, notiekot fizikālu procesu kompleksai modelēšanai, ir nepieciešams izpētīt šķidruma (silikona eļļas), un gāzes (ūdeņraža) uzvedību augstā spiedienā līdz 1000 atmosfērām. Ņemot vērā, ka darba cilindram, kas izstrādāts, izmantojot putu samazināšanas tehnoloģiju, ir sarežģīta forma, darba fizikālās un matemātiskās modelēšanas procesā tika iesaistīta speciālistu grupa no Skaitliskās modelēšanas institūta, Latvijas Universitātes Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultātes.

Tiek veikti visaptveroši pētījumi par silikoneļļas tehniskajām un ķīmiskajām īpašībām, kas tiek izvēlēts kā darba šķidrums, izmantojot spektrālās analīzes metodi, pēc mijiedarbības ar ūdeņradi zem augsta spiediena. Šo problēmu risināšanā piedalās arī Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūta eksperti. Turpinājās darbs pie tehnisko risinājumu patentēšanas, kuru mērķis ir samazināt putošanu un kontrolēt darba šķidruma patēriņu.

Projekta ietvaros Ventspils Augstskolas pētnieki veic ūdeņraža saspiešanas procesa pētījumus un modelēšanu. Jau tika nomodelēts un izpētīts ūdeņraža saspiešanas cikls adiabātiskam gadījumam. Un uz šī piemēra pamata tika izstrādāta metodika, kura ļauj noteikt ūdeņraža optimālo saspiešanas ātrumu jebkuras ģeometrijas un tilpuma cilindram.

Tālākie soļi modelēšanā ir papildināt esošo modeli ar siltumapmaiņu (ūdeņradis un darba ķermenis, ūdeņradis un cilindra sienas, cilindra sienas un ārēja vide).  Ir plānots izpētīt dažādu tvertņu konfigurāciju (gars cilindrs, plats cilindrs, konusveida tvertne). Tā kā svarīgākais modelēšanas procesā ir darba temperatūras noteikšana ūdeņradim, tad ir uzsākta izejas parametru pētīšana un noteikšana (sākotnējais spiediens, šķidruma aizpildīšanas ātrums, saspiešanas ātrums, plūsmas raksturs, apkārtējās vides temperatūra un citi).

Notiek darbs pie materiālu izpētes priekš tvertnes izstrādes. Pašlaik notiek dažādu tvertņu 3D variantu izstrāde, modelēšanai, ka arī tilpuma noteikšana un mērogošana modelēšanai.

Balstoties uz iegūtajiem rezultātiem, pastāv iespēja izvēlēties optimālo ūdeņraža saspiešanas laiku vienam ciklam no energoefektivitātes viedokļa, ka arī nodrošināt darba šķidruma efektīvu darbību pieļaujamā darba temperatūras diapazonā un izejot no ūdeņraža saspiešanas spiediena pakāpes izvēlēties darba cilindra sienu biezumu.

Projekta darbinieki piedalījās starptautiskā izstādē un konferencē “H2 Expo&Conference; The global on&offshore event”, kas notika no 27. līdz 30. septembrim, Hamburga, Vācija.

Pasakuma laikā publikai bija prezentēti zinātniskie Projekta rezultāti H2-Compression - posteris: V. Bezrukovs, Vl. Bezrukovs, M. Konuhova, D. Bezrukovs, I. Kaldre, A. Berzinš. “R&D of a hydraulic hydrogen compression system for refuelling stations”

VZI APP Fizikālās enerģētikas institūta pētnieki izpēta turbīnas plūsmas mērītāju, kā ūdeņraža saspiešanas sistēma palīgierīci.  Ierīce ir patentēta un attiecas uz kompresoriem ūdeņraža hidrauliskajai saspiešanai, kuros šķidrās un gāzveida vielas vienlaikus tiek piegādātas darba kamerai.

Tiek apkopota informācija par eksistējošiem plūsmas mērītājiem. Tiek veikta esošā turbīnas mērītāja analīze, rasējuma izveide, un tiek uzsākti darbi, plūsmas modelēšanai izmantojot CFD programmatūru. Tika veikts literatūras apkopojums par plūsmas mērītāju kalibrēšanu un tika sagatavota kalibrēšanas shēma eksperimentālajiem pētījumiem laboratorijā. Pētījumā procesā tiks validēti skaitliskas modelēšanas rezultāti ar fizisko eksperimentu. Tiks veikta esošā plūsma mērītāja optimizācija, izmantojot eksperimenta plānošanu.

Tika nopublicēts raksts publicēšanai Orlova S., Mezeckis N., Vasudev V.P.K. Compression of hydrogen gas for energy storage: a review// Latv. J. Phys. Tech. Sci. - Nr.2 (2023), pp. 49-60. DOI: 10.2478/lpts-2023-0011.

Tiek veikta ūdeņraža saspiešanas procesa pētīšana un modelēšana. Ir plānots izpētīt dažādu tvertņu konfigurāciju (gars cilindrs, plats cilindrs, konusveida tvertne). Tā kā svarīgākais modelēšanas procesā ir darba temperatūras noteikšana ūdeņradim, tad ir uzsākta izejas parametru pētīšana un noteikšana (sākotnējais spiediens, šķidruma aizpildīšanas ātrums, saspiešanas ātrums, plūsmas raksturs, apkārtējās vides temperatūra un citi). Paralēli notiek darbs pie zinātniska raksta, datu/informācijas vākšana, sistematizēšana un apstrāde. Tika papildus padziļināti izpētīti pašlaik pieejamie pasaulē ūdeņraža saspiešanas tehnoloģijas (mehāniskās un nemehāniskās) un ūdeņraža saspiešanas ierīces (virzuļu kompresori, diafragmas vai membrānas kompresori, lineārie kompresori un šķidrie kompresori).

Informācija atjaunota 30.06.2023

Pētnieces Dr.sc.ing. Daces Āriņas ziņojuma kopsavilkums par darbības programmas "Izaugsme un nodarbinātība" 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa "Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā" 1.1.1.2. pasākuma "Pēcdoktorantūras pētniecības atbalsts" projekta “Jauktu sadzīves atkritumu materiālu optisko un enerģētisko īpašību pētījumi to sagatavošanai reģenerācijai” Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/221 (projekta vienošanās numurs 1.1.1.2/16/I/001) īstenošanu no 2017. gada 4.septembra līdz 2020. gada 3.septembrim. 

Projekts ir īstenots un mērķis ir sasniegts – ir attīstītas jaunās zinātnieces Daces Āriņas prasmes un palielināta zinātniskā kapacitāte, nodrošinot karjeras uzsākšanas iespējas Fizikālās enerģētikas institūtā (izveidota jauna pētnieka amata vieta pilna laika darba laika ekvivalenta izteiksmē) un pie atkritumu apsaimniekošanas komersantiem (praktiskā atkritumu paraugu ņemšana un tehniskās vizītes ir veiktas pie komersantiem), kā arī pilnveidotas pētniecības kompetences, veikta cilvēkresursu atjaunotne un kvalificētu speciālistu skaita pieaugums Viedās specializācijas jomās – Viedie materiāli, tehnoloģijas un inženiersistēmas un Viedā enerģētika.

Projektā plānotie uzdevumi ir veikti:

1. aktivitāte  „Izmantojot augstas izšķiršanas spējas Furje spektrometru IRPrestige-21, veikt dažādu šķirošanas līniju plūsmu polimēru materiālu testēšanu un atšķirošanu” ir īstenota un sasniegti rezultāti;

2.aktivitāte „Veikt atkritumu paraugu testēšanu gan jaukiem, gan daļēji atšķirotiem sadzīves atkritumiem, kā arī atkritumu frakcijām pēc to eksperimentālās automātiskās šķirošanas – atkritumu morfoloģiskā sastāva un atkritumu kā kurināmā parametru noteikšanu gan šķirošanas procesā ieejošajam materiālam, gan pēc šķirošanas izejošajam materiālam, kā arī iegūto datu apstrādi, interpretāciju, šķirošanas līnijas efektivitātes noteikšanu un ieteikumu izstrādi pārstrādājamo materiālu un kvalitatīva kurināmā iegūšanai” ir īstenota un sasniegti rezultāti. 

Projekta īstenošanas rezultātā ir:

• sagatavoti un publicēti 2 zinātniskie raksti;
• piesaistītas privātās investīcijas – 6601,10 EUR
• pētniecības pieteikuma īstenošanai piesaistīts pēcdoktorants uz pilnu darba laiku un nodrošināta pētniecības pieteikuma īstenošanā iesaistītā darbinieka darba laika uzskaite par pēcdoktoranta veiktajām funkcijām un nostrādāto laiku.

Fundamentālo un lietišķo pētījumu projekts

Projekta nosaukums: Ūdeņraža hidrauliskās saspiešanas eksperimentālie pētījumi un tehnoloģijas izstrāde.

Projekta numurs: lzp-2020/2-0049P

Projekta dalībnieki: 

• Ventspils Augstskola reģ. nr. 90000362426 Vadošais partneris
• Valsts zinātniskais institūts - atvasināta publiska persona
• “Fizikālās enerģētikas institūts” reģ. nr. 90002128912 Partneris 

Projekta īstenošanas periods: 01.12.2020–31.12.2021 (13 mēneši)

Projekta finansējums: EUR 100 375,00FEI projekta finansējums: EUR 28 539,60 

Projekta kopsavilkums:

Lai ūdeņradi piegādātu patērētajam, to jāiepilda tvertnēs, pirms tam saspiežot vai sašķidrinot, un pēc tam jātransportē līdz uzglabāšanas vietai. Projekta ietvarā pētīsim tikai ūdeņraža uzpildīšanas un sagatavošanas transportēšanai posmu. Projekts ir paredzēts kā lietišķs pētījums, kura mērķis ir iegūt jaunas zināšanas un prasmes inovatīva tehnoloģiskā risinājuma izstrādei gāzveida ūdeņraža saspiešanai un saspiešanas tehnoloģijas prototipa izveidošanai. Piedāvātās metodes novitāte ir tā, ka risinājums, kas ir pārbaudīts citu gāzu saspiešanas procesā, tiks pielāgots ūdeņraža saspiešanai.Izstrādātajā tehnoloģijā zema spiediena ūdeņraža gāzi saspiež, piepildot cilindru ar šķidrumu un iesūknējot gāzi citā cilindrā, kur tas uzkrājas un palielina spiedienu. Šī risinājuma priekšrocība ir salīdzinoši neliels kustīgu un berzējošu daļu skaits, kā arī gāzes saspiešanas pakāpes palielināšanai tiek izmantoti divi vai vairāki saspiešanas posmi.

Projekta īstenošanas laikā paredzēts risināt šādus uzdevumus: 1) ar ūdeņraža gāzi saderīga šķidruma izvēle, ko var izmantot kā darba šķidrumu ūdeņraža saspiešanai; 2) izstrādātā tehnoloģiskā risinājuma temperatūras režīma izmaiņu izpēte gāzes saspiešanas laikā; 3) spiediena palielināšanās intensitātes izpēte atkarībā no hidrauliskā sūkņa darbības režīma; 4) jaudas un enerģijas patēriņa noteikšana noteikta tilpuma gāzes saspiešanai; 5) materiālu izvēle kompresora un tvertņu ražošanai saspiesta ūdeņraža glabāšanai ar augstu saspiešanas pakāpi 35 MP.

Informācija par projekta īstenošanas gaitu sagatavota 23.03.2021.

FEI pētniece D.Āriņa Eiropas Reģionālās attīstības fonda līdzfinansētā pētniecības projekta “Jauktu sadzīves atkritumu materiālu optisko un enerģētisko īpašību pētījumi to sagatavošanai reģenerācijai” Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/221 (projekta vienošanās numurs 1.1.1.2/16/I/001) īstenošanas laikā piedalījās sadarbības partnera Igaunijas Dzīvības zinātnes universitātes organizētajā mobilitātes un tīklošanās pasākumā Tartu, Tallinā, Kohtla Jarve, Uikalā (Austrumviru apriņķī) kas notika no 2020.gada 12. līdz 24.aprīlim. Tehniskajās vizītēs Tallinas atkritumu apglabāšanas poligonā un atkritumu savākšanas, šķirošanas un pārstrādes centrā un Uikala atkritumu apglabāšanas poligonā un atkritumu pārstrādes centrā iepazīta poligonu darbība – jaukto atkritumu pieņemšana, dalīti vākto bioloģisko atkritumu kompostēšana, un mehāniski atšķirotās smalkās/smagās frakcijas bioloģiskā pārstrāde, jaukto sadzīves atkritumu mehāniskās pirmapstrādes līnijas darbība, kurināmā sagatavošana, atkritumu apglabāšana, aerobi apstrādātas jaukto atkritumu smalkās frakcijas (pēc mehāniskās priekšapstrādes) izmantošanas risinājumi poligonu pārklāšanai, kā arī veikts materiāla kvalitātes novērtējums un gūta jauna pieredze praktiskā atkritumu gāzu paraugu ņemšanā. Veiktas diskusijas par efektīvākām bioloģisko atkritumu aerobām un anaerobām pārstrādes metodēm Baltijas valstu klimatiskajos un ekonomiskajos apstākļos.

Tehniskajā vizītē Kohtla Jarve notekūdeņu dūņu pārstrādes rūpnīcā iepazīta ražošanas notekūdeņu dūņu aerobās pārstrādes metodes, izmantojot dažādas kvalitātes šķeldas materiālus. Veikta dalība praktiskā kompostu kvalitātes pētījuma organizēšanā un darbības uzraudzībā.

1.att. Dalīti vākto bioloģisko sadzīves atkritumu aerobā pārstrāde ar papildus skābekļa padevi – tuneļa stirpas (Foto: D.Āriņa). 

2.att. Gāzu paraugu ņemšana no atkritumu poligona pārseguma ar jaukto atkritumu smalko frakciju (pēc mehāniskās priekšapstrādes) (foto: D.Āriņa).

 3.att. Notekūdeņu dūņu un šķeldas aerobā pārstrāde – vējrindas (foto: D.Āriņa).