Отдел химических проблем энергетики (ОХПЭ)

Отдел химических проблем энергетики – преемник лаборатории химической энергетики и экологии

История

dan_kol4Академик Я. Б. Данилевич – крупный учёный — энергетик, участвовавший в создании материально-технической базы советского государства и современной энергетики. Диапазон научных интересов академика Я.Б. Данилевича исключительно широк и многогранен: исследования (теоретические и экспериментальные) электромагнитных полей, потерь, анормальных режимов и переходных процессов в электрических машинах большой мощности; механика и тепловые процессы в электрических машинах; проблемы создания сверхпроводниковых преобразователей энергии; системы диагностики синхронных машин для обеспечения надежной работы электроэнергетического оборудования. Он известен как автор комплексных фундаментальных исследований в области крупного электромашиностроения; разработчик уникальных синхронных генераторов. Под непосредственным руководством академика Я.Б. Данилевича как главного конструктора электротехнической промышленности СССР созданы единые серии турбогенераторов «Интерэлектро», крупнейший в мире двухполюсный турбогенератор, гидрогенераторы Красноярской, Саяно-Шушенской ГЭС. Совместно с академиком И.А. Глебовым и чл.-корр. РАН Л.И. Чубраевой был создан первый в мире опытно-промышленный сверхпроводниковый криотурбогенератор мощностью 20 МВА.

Он является автором известных книг «Добавочные потери в турбо- и гидрогенераторах» (1973), «Электромагнитные поля в электрических машинах» (1979) и других многочисленных публикаций по диагностике турбогенераторов, ставших настольными книгами для отечественных и зарубежных инженеров-электромехаников и оказавших огромное влияние на формирование их профессиональных знаний и навыков.

Вся трудовая деятельность академика Я.Б. Данилевича связана с крупнейшим научно-производственным центром России в области энергетики – Санкт-Петербургом; такими организациями, как ВНИИЭлектромаш, «Электросила», ленинградский политехнический институт им. М.И. Калинина.

В последние годы главная его забота как специалиста была малая энергетика — компактные электростанции малой и средней мощности, использующие возобновляемые источники энергии, ториевая ядерная энергетика, применение современных сверхпроводниковых материалов в энергоустановках.

SONY DSCЯ.Б. Данилевич инициировал в руководимом им Отделе электроэнергетических проблем РАН (ОЭЭП РАН) работы, направленные на применение в электрических машинах для децентрализованной энергетики новых, в том числе наноструктурированных, материалов с требуемыми электрофизическими и механическими свойствами.

С 2004 года судьба связала Януша Брониславовича и его дальнейшую научную деятельность с академиком Владимиром Ярославовичем Шевченко и Институтом химии силикатов РАН. Участие в международной конференции ИХС РАН 2004 года «Nanoparticles, nanostructures and nanocomposites» с докладом, посвященным моделированию требуемых электромагнитных и прочностных свойств материалов для достижения заданных показателей эффективности высокооборотных электромеханических преобразователей энергии, было отправной точкой для дальнейшего сотрудничества с Институтом. С 2006 года коллектив Я.Б. Данилевича перешёл в ИХС РАН, где академик В.Я. Шевченко создал все условия для плодотворной работы Я.Б. Данилевича, его сотрудников и его научной школы «Исследования по созданию новых типов электромеханических преобразователей энергии для решения проблем децентрализованной энергетики и экологии», постоянно поддерживаемой грантами Президента РФ.

Под руководством академика Я.Б. Данилевича с 2006 года в Институте открыто направление фундаментальных исследований «Химическая энергетика и экология».

Основу разрабатываемых высокооборотных генераторов повышенной эффективности для малых энергетических установок децентрализованной энергетики составляют материаловедческие разработки — новые наноструктурные и нанокомпозитные материалы (покрытия, пленки), с заданными электрофизическими, магнитными, механическими, теплофизическими характеристиками, разработанные, в том числе и специалистами Института.

Только за годы работы в ИХС РАН коллективом под руководством Я.Б. Данилевича были изданы монографии по турбогенераторам малой мощности для децентрализованной энергетике и по сверхпроводниковым топологическим электрическим машинам; опубликовано свыше 100 научных работ в научных журналах.

В годы работы в ИХС РАН Януш Брониславович уделял большое внимание перспективам создания основ инфраструктуры водородной энергетики будущего. Он выступил инициатором проекта для децентрализованной энергетики, основанной на возобновляемых источниках энергии: интегрированной ветроэнергоустановки для автономного ветроэнергокомплекса с оригинальной карусельной ветротурбиной, электролизером, аккумуляторами и топливными элементами с улучшенными характеристиками. Этот проект помимо разработки оригинальных ветротурбины и ветрогенератора с возбуждением от постоянных магнитов ставил крупные материаловедческие задачи – создание и применение новых материалов для хранения и преобразования электрической энергии, тепла и водорода.

В лаборатории химической энергетики и экологии были разработаны макетные образцы карусельной ветротурбины, создан опытный образец для натурных испытаний с ветрогенератором на 10 кВт, показавший направления корректировки конструкций ветротурбины и генератора. Для улучшения характеристик карусельной ветротурбины Я.Б. Данилевич предложил применить два ротора с взаимно противоположным вращением. Модель с контрвращением роторов, апробированная уже после его ухода от нас, подтвердила его инженерную интуицию, показала сниженный уровень вибрации и усилия воздействия на фундамент, высокий уровень безопасности и улучшенные массогабаритные показатели.

Я.Б. Данилевич уделял большое вниманию воспитанию молодёжи, участвуя в работе «Центра профильной подготовки», созданного на базе завода «Электросила», ВНИИЭлектромаш и ленинградского политехнического института ещё в 80-х годах прошло столетия для реализации принципа единства науки, высшей школы и производства. Для методического обеспечения программы подготовки магистров после введения в вузах России многоуровневой подготовки был создан спецкурс для кафедры электрических машин СПбГПУ «Современные проблемы электромеханики».

В разные годы сотрудники лаборатории чл.-корр. Чубраева Л.И., д.т.н. Богуславский И.З., д.т.н. Коваленко А.Н., д.т.н. Антипов В.Н., д.т.н. Кручинина И.Ю., д.т.н. Антонов Ю.Ф., к.ф.-м.е. Иванова А.В., с.н.с. Хозиков Ю.Ф., н.с. Штайнле Л.Ю., инженер-исследователь В.В. Московская и другие участвовали в педагогической работе на кафедрах СПбГПУ, СПбГУАП, СПбГУИТМО, СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Я.Б. Данилевич заведовал базовой кафедрой, созданной на факультете информационных и нанотехнологий СПбГУАП. Его дело продолжает в настоящее время д.т.н. Кручинина И.Ю.

ЛХЭЭ_2011В ИХС РАН академик Я.Б. Данилевич организовал постоянно действующий научный семинар «Актуальные проблемы энергетики». Благодаря его высокой научной профессиональной репутации иностранные специалисты — делегации академии наук, департамента железнодорожного транспорта и института водных исследований из Кореи, Харбинского завода электрических машин и университета науки и техники из Китая, Краковского политехнического университета, Дрезденского центра технического развития специально приезжали для участия в научных семинарах по созданию современного энергооборудования и перспективам реализации различных национальных энергетических проектов.

За крупные достижения в научной, общественной и педагогической деятельности академик Я.Б. Данилевич награжден научными и государственными премиями, орденами, медалями.

Я.Б. Данилевич – Лауреат премий РАН: «Электротехника» им. П.Н. Яблочкова (за комплекс исследований по повышению надежности мощных турбогенераторов, 1989), «Энергетика» им. Г.М. Кржижановского (за разработку методов физического и математического моделирования энергетического оборудования, 2000), лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники за разработку и внедрение новых методов и технических средств для обеспечения оптимального функционирования и развития сложных энергосистем (2003). Награжден орденом Дружбы и орденом «За заслуги перед Отечеством» IV степени.

Я.Б. Данилевич имеет почетное звание Senior Member IEEE – международного института инженеров по электромеханике и электронике, награжден медалью К.Э. Циолковского, является доктором Honoris Causa Краковского политехнического университета (Польша), почетным профессором Харбинского политехнического института (Китай).

За многолетние научные связи с китайскими научными и образовательными организациями, подготовку научных кадров в 2010 году академик Я.Б. Данилевич награжден высшей правительственной наградой КНР для иностранных специалистов, внесших выдающийся вклад в дело социального и экономического прогресса страны — «Орденом Дружбы» («Friendship Award of P.R. of China»).


 СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Отдела химических проблем энергетики

Базовыми исследованиями в области химической энергетики и экологии являются:

— создание физико-химических основ разработки и применения альтернативных источников, преобразователей и накопителей энергии различного вида;

разработка принципов и вариантов применения нанотехнологий в энергосбережении,

— развитие новых энергетических технологий применения возобновляемых природных и вторичных источников малой удельной плотности (солнечные батареи, геотермальные и ветровые установки, волновые, приливные и свободнопоточные гидроэлектростанции, переработка биомассы) с запасанием и хранением энергии в виде водорода или высокоэффективных электрохимических источников тока, топливных элементов, суперэнергоемких накопителей энергии (аккумуляторы, конденсаторы), установок когенерационного типа, разрабатываются комплексные ветроэнергоустановки инфраструктуры для становления и развития водородной энергетики.;

— Разработка и синтез новых нанокомпозитных соединений и материалов с заданными электрофизическими, магнитными, механическими, теплофизическими и другими свойствами для применения в качестве функциональных и конструкционных элементов, защитных покрытий и катализаторов в энергетических установках широкого спектра.

Текущие направления исследований ОХПЭ соответствуют положениям программы фундаментальных исследований государственных академий на период до 2020 года:

Химические проблемы получения и преобразования энергии, фундаментальные исследования в области использования альтернативных и возобновляемых источников энергии.

Научные основы создания новых материалов с заданными свойствами и функциями, в том числе высокочистых и наноматериалов.

В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2009-2014гг. и проектов РФФИ проводились исследований, направленные на исследование перспектив применения наноструктурных покрытий с антифрикционными свойствами для поверхности ротора высокооборотных электрических машин и, совместно с научной группой к.х.н. Л.П. Мезенцевой (ЛИН), проводились работы по созданию и исследованию физико-химических характеристик наноструктурированных легких, высокопрочных термостойких материалов из оксидной керамики на основе наноразмерных порошков ортофосфатов редкоземельных элементов с целью их применения в современных энергетических высокотемпературных энергоустановках.

С 2015 года по научным программам Отделения химии и наук о материалах РАН (ОХНМ) будут реализовываться новые проекты:

  • По научной программе ОХНМ «Создание научных основ экологически безопасных и ресурсосберегающих химико-технологических процессов. Отработка процессов с получением опытных партий веществ и материалов» совместно с лабораториями ЛИН (к.х.н. Петров С.А.) и ЛНС (д.х.н. Шилова О.А.), при участии ИВС РАН (научная группа д.ф.-м.н. Ельяшевич Г. К.) проводятся исследования по проекту «Разработка новых керамических и полимерных материалов для компонентной базы современных источников тока и энергонакопительных устройств».

  • По научной программе ОХНМ «Инновационные разработки металлических, керамических, стекло-, композиционных и полимерных материалов» под руководством академика Банных совместно с лабораторией неорганического синтеза проводятся работы по созданию функциональных нанокомпозитных покрытий, компонентной базы топливных элементов – создание новых композиционных керамических, металлических и органо-неорганических материалов с заданными физико-химическими и электрофизическими свойствами для метановых микробиологических топливных элементов, супергидрофобных антиобледенительных покрытий на основе энергосберегающих экологически чистых технологий.

СТРУКТУРА Отдела химических проблем энергетики

В настоящее время в память об академике Я.Б. Данилевиче и в продолжение заложенных им фундаментальных идей использования новейших материаловедческих разработок ученых химиков ИХС РАН в электроэнергетике лаборатория химиечской энергетики и экологии преобразована в Отдел химических проблем энергетики, под руководством его ученицы, зам. директора по научной работе ИХС РАН д.т.н. Кручининой И.Ю.

В Отделе работают следующие исследовательские научные группы:

  • Группа исследования физических процессов в электромеханических преобразователях энергии

Основной целью исследований группы является изучение конкретного распределения физических полей и величин, определяющих эффективность энергетических устройств преобразования и сохранения энергии; формулирование условий для материаловедческих разработок для современной энергетики. При моделировании физических процессов в различных режимах работы электромеханических преобразователей энергии применяются аналитические и численные методы исследований. (д.т.н. Кручинина И.Ю., д.т.н. Богуславский И.З.)

  • Группа исследования наноматериалов для химических источников получения и хранения энергии

стенд (1)Группа разрабатывает материалы нового поколения: органо-неорганические мембраны широкого температурного диапазона, эффективные катализаторы для перспективных портативных водородно-воздушных топливных элементов, электроды для псевдоконденсаторов на основе нанокомпозитных материалов. Для исследования физико-химических свойств разработанных материалов создан современный испытательный стенд с топливной ячейкой. (д.т.н. Кручинина И.Ю., д.х.н. Шилова О.А., к.х.н. Иванова А.Г.)

  • Группа функциональных материалов для электротехники

Направление научных исследований группы связано с разработкой научных основ создания нового поколения магнитомягких и магнитотвердых материалов для использования возобновляемых и альтернативных источников энергии. (член-корр. РАН Чубраева Л.И.)

  • Группа разработки электрических машин на основе новых материалов

Задачи группы – применение новых материалов при разработке электрических машин современных конструкций для децентрализованной энергетики. (д.т.н. Антипов В.Н.)

Сотрудники ОХПЭ разработали учебные курсы лекций, практических и лабораторных работ по специальности «Общая энергетика» и спецкурсы «Высокоскоростные синхронные машины для децентрализованной энергетики», «Применение золь-гель технологии для создания новых материалов и покрытий» для студентов базовых кафедр СПбГУАП (базовая кафедра наноматериалов в электротехнических и электромеханических системах), СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (базовая кафедра наноматериалов и нанотехнологий в радиоэлектронике), кафедры электрических машин СПбГПУ.

В ОХПЭ оборудован специальный учебно-лабораторный класс для проведения лекций, лабораторных и практических работ по учебным программам студентов и магистров этих двух базовых кафедр.