Projekti / Programi
01. januar 2014
- 31. december 2016
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.03.00 |
Tehnika |
Energetika |
|
| 2.13.00 |
Tehnika |
Procesno strojništvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T140 |
Tehnološke vede |
Energijske raziskave |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
Raziskovalci (21)
Organizacije (1)
Povzetek
Raziskovalno delo Raziskovalnega Programa (RP) Energetsko strojništvo je usmerjeno v celovito obravnavo Trajnostnega upravljanja z energijo. Vizija raziskovalnega dela RP je razvoj inovativnih temeljnih in aplikativnih znanstvenih doprinosov ter njihova implementacija v gospodarstvu in/ali v družbeno koristnih projektih. Dosledno izpolnjevanje zastavljene vizije potrjujejo dosedanje reference RP, ki jasno nakazujejo zelo aktivno izvirno znanstveno dejavnost in njeno učinkovito implementacijo v projektih z gospodarstvom, kar ključno doprinaša k povečanju dodane vrednosti produktov (A1: 19,02 [število točk: A1: 5705; A': 2534; A'': 516] in A3: 48,34). Implementacija znanstvenih rezultatov RP je v veliki meri usmerjena v podporo slovenskemu gospodarstvu, hkrati pa so raziskovalci RP vključeni tudi v številne Evropske projekte ter tudi v neposredne projekte z vodilnimi svetovnimi podjetji, kar dodatno potrjuje uspešnost raziskovalnega dela in gospodarsko implementacijo izvirnih znanstvenih doprinosov (podrobnejši podatki so podani v točki 21. in 22. tega razpisa in v Poročilu o rezultatih raziskovalnega programa za obdobje 2009-2013).
Raziskovalno delo RP na področju Trajnostnega upravljanja z energijo sloni na treh medsebojno povezanih Delovnih Paketih (DP):
· Simulacije in modeliranje,
· Inovativne eksperimentalne metode in
· Izboljšanje učinkovitosti naprav in sistemov ter zmanjšanje izpustov onesnažil.
V okviru DP Simulacije in modeliranje ter DP Inovativne eksperimentalne metode razvijamo inovativne modele, orodja in metodologije, ki so ključnega pomena za inovativno delo na DP Izboljšanje učinkovitosti naprav in sistemov ter zmanjšanje izpustov onesnažil. Ob komplementarnosti in celovitosti, ki je zagotavlja obravnavanje Trajnostnega upravljanja z energijo skozi navedene DP, je ključnega pomena tudi dejstvo, da RP Energetsko strojništvo prav na vseh področjih razvija inovativne znanstvene doprinose in jih uspešno implementira v gospodarstvu in/ali družbeno koristnih projektih. V nadaljevanju prijave bodo zato znotraj posameznih DP navedene zgolj Naloge (N), ki širše pokrivajo določena področja in za katere so jasno opredeljeni namen, izvirni doprinosi in uporabnost ter relevantnost rezultatov raziskav. Seveda pa raziskovalno delo RP poteka tudi na drugih specifičnih odmevnih področjih, ki so pomembna bodisi zgolj iz raziskovalnega ali pa zgolj iz aplikativnega vidika.
RP se bo izvajal v treh med seboj povezanih raziskovalnih skupinah: Laboratoriju za vodne turbinske stroje (LVTS), Laboratoriju za toplotne batne stroje (LTBS) in Laboratoriju za termoenergetiko (LTE). Pri vodenju RP težimo k usklajenemu interdisciplinarnemu raziskovalnemu delu, ki izrablja sinergijske učinke med posameznimi DP-ji in zagotavlja odprto izmenjavo idej in izkušenj na raziskovalnem in spremljajočem študijskem področju. Takšna organiziranost predstavlja osnovo za uspešno izvajanje vizije na področju Trajnostnega upravljanja z energijo.
Pomen za razvoj znanosti
Na področju razvoja simulacijskih modelov smo razvili inovativen fizikalno osnovan model za simulacijo motorjev z notranjim zgorevanjem v realnem času, ki omogoča uporabo modela med preizkušanjem v realnem času z vključevanjem strojne opreme v simulacijsko zanko (HiL – Hardware-in-the-Loop). Ta, v svetovnem merilu edinstven pristop, smo implementirali tudi v simulacijsko orodje za simulacijo dinamike vozil vodilnega ponudnika profesionalnih simulacijskih orodij AVL List GmbH. Inovativen modelski pristop je zaščiten z mednarodnim patentom, dosežek, katerega avtor je prof. dr. Tomaž Katrašnik, pa je bil tudi uvrščen med deset najodmevnejših raziskovalnih dosežkov UL v letu 2016. Na področju simulacijskih modelov gorivnih celic smo razvili inovativen hibriden 3D analitično- numerični pristop za modeliranje transporta snovi v gorivnih celicah, ki temelji na sklopitvi 1D numerične rešitve vzdolž kanala in 2D analitične rešitev v ravnini pravokotni na smer toka v kanalu. To je prvi razvit model, ki ima 3D resolucijo rezultatov ob 1D časovni zahtevnosti, hkrati pa omogoča modeliranje poljubne akumulacije mase vzdolž kanala. Za modeliranjem PEM je bil razvit tudi inovativen fizikalno osnovan model transporta tekoče vode, za katerega je značilna zelo nizka računska zahtevnost in omogoča doseganje visoke natančnosti rezultatov tudi v delovnih režimih s prisotnostjo tekoče vode. Na področju uporabe alternativnih goriv pridobljenih s postopkom Waste-to-energy smo prvi v svetovnem merilu vzpostavili uspešno notranje zgorevanje inovativnega goriva pridobljenega z utekočinjanjem lignuceluloznih odpadkov v večfunkcionalnih alkoholih. Na področju modeliranja aktivnih energetskih omrežij s sistemi SPTE ter vodikovimi tehnologijami smo razvili izvirno t.i. »odločitveno metodo petih korakov«, ki omogoča reševanje splošnih problemov pri oskrbi porabnikov z električno energijo, toploto in vodikom v otočnih sistemih ali sistemih z velikim deležem OVE. Ob tem je bila razvita in matematično formulirana izvirna metoda upravljanja celotnega energetskega omrežja po matričnem načelu, katere uporabnost je bila preverjena na testnih primernih. Na področju čiščena odpadnih vod smo razvili in patentirali hidrodinamsko kavitacijo, ki funkcionalno združuje generiranje kavitacije na obodu rotorja in pretok vode skozi rotor turbo-črpalke. Rešitev predstavlja na področju intenzivno razvijajočih tehnologij mehanskega procesiranja vode v različnih tehnoloških in okoljskih procesih originalno in konkurenčno rešitev. Na problemu odstranjevanja zdravilnih učinkovin smo preučili različne konvencionalne in alternativne možnosti čiščenja odpadnih voda. Testirali smo učinkovitost dveh različnih bioloških procesov v laboratorijskem okolju: suspenzija aktivnega blata in rast pritrjene biomase, kombinacijo hidrodinamske kavitacije in vodikovega peroksida ter UV sevanje. V okviru raziskave smo preučevali odstranjevanje petih zdravilnih učinkovin: ibuprofen, naproksen, ketoproksen, karbamazepin in diklofenak ter aktivni metabolit za uravnavanje lipidov v krvi, klorofibrinska kislina. V vseh navedenih primerih se je bila razvita kavitacijska metoda izredno učinkovita. Ob izpolnjevanju pogojev kontroliranega spremljanja kavitacije, ki temelji na poznavanju hidrodinamske kavitacije, se lahko metoda uporabi na širokem področju čiščenja odpadnih in pripravi tehnoloških vod. V sklopu programa je bila razvita izvirna eksperimentalna metoda ADM-flow, ki je namenjena diagnostiki hitrostnih polj v dinamiki eno ali več faznih fluidov. V primerjavi s poznanimi metodami, kot je PIV metoda, temelji razvita metoda na advekcijsko-difuzijski enačbi, ki omogoča zvezno spremljanje hitrostnih polj. Z uvajanjem dodatnih konstitutcijskih relacij pa je bila metoda razširjena tudi na diagnostiko tlačnih porazdelitev v polju kavitacijskih struktur pri različnih primerih hidrodinamske kavitacije, kar predstavlja novost na področju eksperimentalnega modeliranja v dinamiki fluidov.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalno delo v okviru programa ima posreden in neposreden vpliv na razvoj Slovenije. Pri neposrednem vplivu na razvoj Slovenije je ključnega pomena vizija programske skupine, ki temelji na razvoju inovativnih temeljnih in aplikativnih znanstvenih doprinosov ter njihovi implementaciji v gospodarstvu in/ali v družbeno koristnih projektih. Dosledno izpolnjevanje zastavljene vizije potrjuje zelo učinkovita implementacija znanstvenih rezultatov v gospodarstvu, ki se na eni strani odraža v zelo visoki oceni A3 in na drugi strani v velikem številu implementiranih znanstvenih doprinosov, ki povečujejo ali imajo potencial povečevati dodano vrednost izdelkov slovenske industrije. Programska skupina sodeluje z večino pomembnih podjetji na področju strojništva in sorodnih ved v slovenskem prostoru, hkrati pa je programska skupina vpeta tudi v mnoge neposredne projekte s tujimi podjetji. V nadaljevanju je zaradi omejitve prostora podan zgolj izbor projektov s slovenskimi podjetji: -Kolektor d.o.o.- Razvita hidrodinamska kavitacijska metoda bo vključena v proizvodni program podjetja. -Hidria d.o.o.- a) Trajno sodelovanje na področju razvoja novih družin aksialnih ventilatorjev z usmeritvami v zmanjšanje turbulentnega hrupa. V okviru tega raziskovalnega dela so bile razvite eksperimentalne metode, ki tvorijo osnovo za opremo ADMflow, ki je bila razvita med trajanjem programa. b) Raziskave na področju krmiljenja zgorevanja v motorjih z notranjim zgorevanjem v zaprti zanki, ki omogoča izboljšanje izkoristka in okoljske sprejemljivosti motorjev, hkrati pa povečuje dodano vrednost izdelkov podjetja. -Plinovodi d.o.o. Raziskovalna skupina je glavni raziskovalni partner na področju razvoja programske opreme za napovedovanje rizika na slovenskem plinovodnem sistemu. Razvita programska oprema je primerna tudi za trženje na svetovnem tržišču. -Gorenje d.o.o.- Sodelovanje zajema celotno področje razvoja pralno sušilnih strojev, toplotnih črpalk in hladilnikov, ki je tesno povezano z razvojno-raziskovalnim delom programske skupine. -Turboinštitut d.o.o. trajno sodelovanje na področju eksperimentalnega modeliranja in na področju izvajanja specifičnih storitev na področju merjenja hidrodinamskih karakteristik na različnih časovnih in krajevnih skalah. -TEŠ, d.o.o. in Energetika Ljubljana, d.o.o. Trajno sodelovanje s programsko skupino na področju izvajanja meritev izkoristkov postrojenja ali posameznih podsklopov, numeričnih analiz energijskih in masnih bilanc ter optimizacije procesov. -NEK, d.o.o. Trajno sodelovanje s programsko skupino na področju pooblaščenega nadzora remontnih del in izvajanja meritev izkoristkov postrojenja ali posameznih podsklopov, numeričnih analiz energijskih in masnih bilanc ter optimizacije procesov. -Alstom, Boiler Deutschland, GmbH, Podružnica v Slovenij, Programska skupina izvaja zagonskih meritve glavne tehnološke opreme. -LPP d.o.o. Sodelovanje na projektih za zmanjšanje izpustov onesnažil mestnega prometa. -GGP d.o.o. Sodelovanje na projektih trajnostne rabe lignuceluloznih odpadkov za pridobivanje električne energije in toplote s ciljem razvoja kogeneracijskega postrojenja, ki uporablja inovativno sonaravno gorivo. Posreden vpliv na razvoj Slovenije izhaja iz uspešne integracije raziskovalnega dela v dodiplomske in podiplomske izobraževalne programe (v obdobju 2013 – 2016 113 diplom in magisterijev, en znanstveni magisterij in 15 doktoratov). Z ozirom na razvojne trende prilagajamo izobraževalne programe tako, da so kadri usposobljeni za konkuriranje na globalnem trgu tudi ob delovanju v lokalnem okolju. Hkrati pa programska skupina v obliki diplomskih, magistrskih in doktorskih del študente neposredno usmerja v reševanje dejanskih visokotehnoloških problemov v gospodarstvu, kar omogoča visoko usposobljenost kadrov ob zaposlitvi v gospodarstvu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
