СПГ: перспективные сферы применения и проблемы транспортировки на большие расстояния


Авторы

Кузма-Кичта Ю. А.1*, Глазков В. В.2**, Иванов Ю. В.3, Ямагучи С. 3*

1. Национальный исследовательский университет «МЭИ», Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250, Россия
2. Московский энергетический институт (национальный исследовательский университет), ул. Красноказарменная,14, Москва, 111250, Россия
3. Center of Applied Superconductivity and Sustainable Energy Research, Chubu University, Kasugai, Aichi, Japan

*e-mail: kuzma@itf.mpei.ac.ru
**e-mail: VVGlazkov@gmail.com

Аннотация

Рассмотрены проблемы транспортировки СПГ на большие расстояния морским и железнодорожным транспортом, а также по трубопроводам. Обсуждается возможность перекачки СПГ на большие расстояния по каналам системы охлаждения криогенных сверхпроводящих кабелей. Описаны методы снижения гидравлического сопротивления таких каналов как за счет модификации поверхности каналов, так и за счет изменения свойств прокачиваемой жидкости. Рассмотрены сферы применения СПГ, в первую очередь на транспорте и в авиации.

Ключевые слова

СПГ, транспортировка, криогенный кабель, гидравлическое сопротивление, модификация поверхности, противотурбулентные присадки, шуга, волокна

Библиографический список

  1. Romashov M.A., Sytnikov V.E., Shakarian Y.G., Ivanov Y.V. Prospects of long-distance HTS DC power transmission systems.// J. Phys. Conf. Ser. 2014. N 507. P. 032037.

  2. Thomas H., Marian A., Chervyakov A., Stückrad S., Salmieri D., Rubbia C. Superconducting transmission lines - Sustainable electric energy transfer with higher public acceptance? // Renew. Sustain. Energy Rev. 2016. V. 55. P. 59–72.

  3. Sytnikov V.E., Bemert S.E., Kopylov S.I., Romashov M.A., Ryabin T.V., Shakaryan Y.G., Lobyntsev V.V. Status of HTS cable link project for St. Petersburg grid // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2015. V. 25. N 3. P. 5400904.

  4. Sytnikov V.E., Bemert S.E., Krivetsky I.V., Karpov V.N., Romashov M.A., Shakarian Yu.G., Nosov A.A., Fetisov S.S. The test results of AC and DC HTS cables in Russia // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2016. V. 26. N 3. P. 5401304.

  5. Yamaguchi S., Koshizuka H., Hayashi K., Sawamura T. Concept and design of 500 meter and 1000 meter DC superconducting power cables in Ishikari, Japan. // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2015. V. 25. N 3. P. 5402504.

  6. Chikumoto N., Watanabe H., Ivanov Y.V., Takano H., Yamaguchi S., Koshizuka H., Hayashi K., Sawamura T. Construction and the circulation test of the 500-m and 1000-m DC superconducting power cables in Ishikari // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2016. V. 26. N 3. P. 5402204.

  7. Watanabe H., Ivanov Y.V., Chikumoto N., Takano H., Inoue N., Yamaguchi S., Ishiyama K., Oishi Z., Koshizuka H., Watanabe M., Masuda T., Hayashi K., Sawamura T. Cooling and liquid nitrogen circulation of the 1000 m class superconducting DC power transmission system in Ishikari // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2017. V. 27. N 4-2. P. 5400205.

  8. Morandi A. HTS dc transmission and distribution: concepts, applications and benefits // Supercond. Sci. Technol. 2015. V. 28. N 12. P. 123001.

  9. Kostyuk V.V., Blagov E.V., Antyukhov I.V., Firsov V.P., Vysotsky V.S., Nosov A.A., Fetisov S.S., Zanegin S.Y., Svalov G.G., Rachuk V.S., Katorgin B.I. Cryogenic design and test results of 30-m flexible hybrid energy transfer line with liquid hydrogen and superconducting MgB2 cable // Cryogenics. 2015. V. 66. P. 34–42.

  10. Panel session "The Asian Energy Ring. Are Politicians and Energy Companies Ready?" // Eastern Economic Forum. Vladivostok, Russia, Sept. 6–7. 2017.

  11. Romashov M.A., Sytnikov V.E., Shakarian Y.G., Ivanov Y.V. Prospects of long-distance HTS DC power transmission systems // J. Phys. Conf. Ser. 2014. V. 507. P. 032037.

  12. Li X.-M., Reinhoudt D., Crego-Calama M. What do we need for superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces // J. Chem. Soc. Rev. 2007. V. 36. N  8. P. 1350–1368. DOI 1:10.1039/b602486f

  13. Kaneko K., Hasegawa M., Matsumoto S., Ozaki K., Nariai H., Maki H., Yabe A. Drag reduction on ultra small-scale concave-convex surface // Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers B. 2000. V. 66. P. 1085–1090. DOI 10.1299/kikaib.66.1085

  14. Kim J., Kim, C.-J. Nanostructured surfaces for dramatic reduction of flow resistance in droplet-based microfluids // Proceedings of the IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). 2002. P. 479–482.

  15. Рыженков В.А., Седлов А.С., Рыженков А.В. О возможности снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения // Энергосбережение и водоподготовка. 2007. № 5 (49). С. 22–26.

  16. Choi C.-H., Johan K., Westin A., Breuer K. S. Apparent slip flows in hydrophilic and hydrophobic microchannels // Phys. Fluids. 2003. V. 15. N 10. P. 2897–2902. DOI: 10.1063/1.1605425

  17. Ou J., Rothstein J. P. Direct velocity measurements of the flow past drag-reducing ultrahydrophobic surfaces // Phys. Fluids. 2005. V. 17. P. 103606.

  18. Karatay E., Haase A.S.,. Visser C.W, Sun C., Lohse D., Tsai P.A., Lammertnik R.G.H. Control of slippage with tunable bubble mattresses // Proc. Nat. Acad.Sci. 2013. V. 110. P. 8422–8426.

  19. Rothstein J.P. Slip on superhydrophobic surfaces // Annu. Rev. Fluid Mech. 2010. V. 42. P. 89–109.

  20. Byun D., Kim J., Ko H.S., Park H.C. Direct measurement of slip flows in superhydrophobic microchannels with transverse grooves // Phys. Fluids. 2008. V. 20. N 11. P. 113601.

  21. Ajaev V.S., Gatapova E.Y., Kabov O.A. Rupture of thin liquid films on structured surfaces // Phys. Rev. E. 2011. V. 84. N 4. P. 041606.

  22. Ketelaar C. Stability of electrolyte films on structured surfaces // Interfacial Phenomena and Heat Transfer. 2014. V. 2. N 2. P. 181–198. DOI:10.1615/InterfacPhenomHeatTransfer.2014011671

  23. Kramer M.O. Boundary layer stabilization by distributed damping // J. Aeron. Sci. 1957. V. 24. N 6. P. 459–460.

  24. Kramer M.O. The dolphins’ secret // New Sci. 1960. Vol. 7. N 181. P. 1118–1120.

  25. Truong V.-T. Drag Reduction Technologies. Maritime Platforms Division Aeronautical and Maritime Research Laboratory. DSTO-GD-0290. Commonwealth of Australia 2001 AR-011-925. June 2001.

  26. Li Wen, Weaver J.C., Lauder G.V. Biomimetic shark skin: design, fabrication and hydrodynamic function // The Journal of Experimental Biology. 2014. V. 217. N 10. P. 1656-1666. DOI:10.1242/jeb.097097

  27. Dean B., Bhushan B. Shark-skin surfaces for fluid-drag reduction in turbulent flow // Phil. Trans. R. Soc. A. 2010. V. 368. Iss. 1929. P. 4775–4806. DOI:10.1098/rsta.2010.0201

  28. Белоусов Ю.П. Противотурбулентные присадки для углеводородных жидкостей. М.: Наука, 1986. 144 с.

  29. Grabowski D.W. Drag reduction in pipe flows with polymer additives. PhD Thesis. Rochester Institute of Technology. 1990.

  30. 30. Tandon P.N., Kulshreshtha A.K., Agarwal R. Rheological study of laminar-turbulent transition in drag-reducing polymeric solutions // Slippage and Drag Phenomena. 1988. P. 460–461.

  31. Virk P-S. Drag Reduction Fundamentals // AIChE J. 1975. V. 21. N 4. P. 625–656.

  32. Radin I. Solid-fluid Drag Reduction. Ph.D. thesis. University of Missouri-Rolla, 1974.

  33. Radin I., Zakin J. L., Patterson G. K. Drag reduction in solid-fluid systems // AIChE Journal. 1975. V. 21. N 2. P. 358–371.

  34. Lee P. F. W., Duffy G. G. Relationships between velocity profiles and drag reduction in turbulent fiber suspension flow // AIChE Journal. 1976. V. 22. N 4. P. 750–753.

  35. Lee W. K., Vaseleski R. C., Metzner G. B. Turbulent drag reduction in polymeric solutions containing suspended fibers // AIChE Journal. 1974. V. 20. N 1. P. 128–133.

  36. Kale D. D., Metzner A. B. Turbulent drag reduction in fiber polymer systems: specificity considerations // AIChE Journal. 1974. V. 20. N. 6. P. 1218–1219.

  37. Shenoy A.V. A review on drag reduction with special reference to micellar systems // Colloid & Polymer Science. 1984. V. 262. N 4. P. 319–337.

  38. Ohira K. Development of a high-efficiency hydrogen transportation and storage system using slush hydrogen // Proc. ICEC 23-ICMC 2010. Wroclaw. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroclawskiej. 2011. P. 269–274.

  39. Ohira K. Pressure drop reduction phenomenon of slush nitrogen flow in a horizontal pipe // Cryogenics. 2011. V. 51. N 7. P. 389–396. doi.org/10.1016/j.cryogenics.2011.04.001

  40. Ohira K, Nakagomi K, Takahashi N. Pressure-drop reduction and heat-transfer deterioration of slush nitrogen in horizontal pipe flow// Cryogenics. 2011. V. 51. N 10. P. 563–574. doi.org/10.1016/j.cryogenics.2011.07.008

  41. Dzyubenko B.V., Kuzma-Kichta Yu.A., Leontiev A.I., Fedik I.I., Kholpanov L.P. Intensification of heat and mass transfer on macro-, micro-, and nanoscales. Begell. 2016. 630 p.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024