Крупнейшая в мире соляная пещерная электростанция на сжатом воздухе была полностью введена в эксплуатацию в провинции Цзянсу в этом году. Как стало известно журналистам, за успешным запуском этого гигантского «зарядного устройства» для электросети стоит мощная поддержка научно-исследовательской группы Харбинского инженерного университета. С помощью цифровых технологий моделирования удалось снизить риски для ключевого оборудования и сэкономить более 100 миллионов юаней на испытаниях.
Электростанция использует природные соляные пещеры на глубине 1500 метров в качестве «хранилища электроэнергии»: в периоды низкого потребления электроэнергии избыточная мощность используется для сжатия воздуха, который закачивается в соляные пещеры; в часы пикового потребления сжатый воздух высвобождается, приводя в действие генератор для выработки электроэнергии.
Во всей системе накопления энергии теплообменник с расплавленной солью является «центральным сердцем», управляя всем процессом передачи энергии и напрямую определяя, сможет ли электростанция работать безопасно, стабильно и эффективно.
Это гигантское «сердце» имеет впечатляющие размеры: 16 метров в длину и 6 метров в высоту. Условия его работы чрезвычайно суровы: оно должно длительное время выдерживать высокие температуры и высокое давление, а также многократно подвергаться циклам нагрева и охлаждения. Стоимость одного такого устройства достигает сотен миллионов юаней, а допустимая погрешность при проектировании и эксплуатации оборудования крайне мала. В случае возникновения проблемы ущерб может быть неисчислимым.
Для решения этой ключевой проблемы исследовательская группа по реакторной инженерии из Школы ядерной науки и технологий Харбинского инженерного университета, используя технологии высокоточного моделирования, провела всестороннюю цифровую диагностику и комплексную виртуальную проверку гигантского теплообменника с расплавленной солью.
Сверхкрупное оборудование требует огромных вычислительных мощностей для моделирования, а оптимизация сложных структур чрезвычайно сложна. Чтобы преодолеть вычислительные ограничения, команда, сохраняя точность расчетов, инновационно оптимизировала модель связанного гидро-термического моделирования, создала масштабную модель и, путем многократных сравнений и расчетов, определила оптимальную схему подачи соли «снизу вверх», что позволило успешно снизить перепад давления в оборудовании на 15%.
Кроме того, с помощью технологии термо-структурного связанного моделирования были точно определены зоны высокого напряжения, такие как U-образные изгибы труб, что предоставило точные данные для усиления конструкции и выбора материалов оборудования, тем самым устранив риск отказа оборудования в условиях циклических тепловых нагрузок.
Этот специальный «цифровой рецепт» не только позволил разработать гигантский теплообменник с первой попытки, идеально адаптировав его к рабочим условиям, напрямую избежав потерь в сотни миллионов юаней от проб и ошибок, значительно сократив цикл разработки оборудования, но и обеспечил стабильную работу ключевого оборудования в суровых условиях высоких температур и давления, решив проблему «усталостных рисков» оборудования, создав двойную гарантию долгосрочной и безопасной работы электростанции.