Ūdeņražahidrauliskās kompresijas tehnoloģijas izstrāde ūdeņražadegvielas uzpildes stacijām (H2-Compression)

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 iesniegts 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

Informācija atjaunota 18.02.2023