alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2021.09.182-190alternative-2114Research ArticleЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ, СИСТЕМЫ, МАТЕРИАЛЫ И ПРИБОРЫENERGY SAVING. ENERGY SAVING TECHNOLOGIES, MATERIALS, SYSTEMS, AND INSTRUMENTSВозможности применения термоэлектрических генераторов для повышения энергетической эффективности цементной промышленности УзбекистанаPossibilities of application of thermoelectric generators for increasing the energy efficiency cement industry of UzbekistanАбдурахмановГ.AbdurakhmanovG.

Абдурахманов Гулмурза, Доктор физ.-мат. наук, профессор

тел: +998935565714

Узбекистан 100174, Ташкент, улица Университетская, д. 4

Gulmurza Abdurakhmanov, DSc in physics and mathematics, professor

ph.: +998935565714

University St., Tashkent 100174 Uzbekistan

gulmirzo@mail.ruЕсбергеноваА. С.EsbergenovaA. S.

Есбергенова Амугуль Сатбаевна, Старший научный сотрудник

тел: +998909542618

Узбекистан 100174, Ташкент, улица Университетская, д. 4

Amugul S. Esbergenova, Senior re-search scientist

ph.: +998909542618

University St., Tashkent 100174 Uzbekistan

amugul@mail.ruНациональный университет Узбекистана имени Мирзо УлугбекаУзбекистанNational University of Uzbekistan named after Mirzo UlugbekUzbekistan202102042022025-27182190Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20222022Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2114

Оценен объем бросового тепла цементных заводов Узбекистана и выяснено, что он составляет более 6,8 млрд. кВт∙час в год.

Изучены способы и устройства для преобразования бросового тепла в электричество на цементных заводах, их достоинства и недостатки. Выяснено, что для этих целей наиболее подходящими являются термоэлектрический генератор (ТЭГ). Показано, что существующими способами (установки ОЦР, ТЭГ с КПД около 20 %) из бросового тепла цементных заводов можно получить до 1,47 млрд. кВт∙час электроэнергии в год, удовлетворяя потребность этих заводов в электроэнергии, экономя топливо и снижая энергетическое загрязнение окружающей среды.

Достигнутые в новых материалах значения безразмерной термоэлектрической добротности ZT = 3,6 и 5-6 показывают, что ТЭГ уже становится не только конкурентоспособным против традиционных электромеханических устройств, но и может превзойти их в долговечности, снижении объема технического обслуживания и ремонта, дешево и эффективно преобразуя бросовое тепло, экономя топливо и содействуя улучшению экологии.

Изучен состав минералов Узбекистана в качестве сырья для дешевых, безопасных и достаточно эффективных термоэлектрических материалов. Установлено, что имеется ряд месторождений минералов, перспективных для этих целей, но их термоэлектрические свойства не исследованы.

The volume of waste heat from cement plants in Uzbekistan has been estimated and it has been found that it is more than 6.8 billion kWh per year.

Methods and devices for converting waste heat into electricity at cement plants, their advantages and disadvantages have been studied. It was found that a thermoelectric generator (TEG) is the most suitable for these purposes. It is shown that the existing methods (ORC, TEG with an efficiency of about 20%) from the waste heat of cement plants can produce up to 1.47 billion kWh of electricity per year, satisfying the needs of these plants for electricity, saving fuel and reducing energy pollution of the environment.

The values of the dimensionless thermoelectric figure of merit ZT = 3.6 and 5-6 achieved in new materials show that TEG is already becoming not only competitive against traditional electromechanical devices, but can also surpass them in durability, reducing the volume of maintenance and repair, cheaply and effectively converting waste heat, saving fuel and contributing to a better environment.

The composition of minerals in Uzbekistan has been studied as raw materials for cheap, safe and sufficiently effective thermoelectric materials. It has been established that there are a number of mineral deposits that are promising for these purposes, but their thermoelectric properties have not been studied.

энергетическая эффективностьпрямое преобразование тепла в электричествобросовое теплотермоэлектрические генераторыцементная промышленностьenergy efficiencydirect conversion of heat to electricitywaste heatthermoelectric generatorscements industryReferencesСтратегия действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017—2021 годах. Приложение № 1 к Указу Президента Республики Узбекистан от 07.02.2017 г. №УП- 4947 // Все законодательство Узбекистана [Электронный ресурс]. Режим доступа. - https://nrm.uz/contentf?doc=491559.Strategiya deistvii po pyati prioritetnym napravleniyam razvitiya Respubliki Uzbekistan v 2017—2021 godakh. Prilozhenie № 1 k Ukazu Prezi-denta Respubliki Uzbekistan ot 07.02.2017 g. №UP-4947 // Vse zakonodatel'stvo Uzbekistana [Ehlek-tronnyi resurs]. Rezhim dostupa. - https://nrm.uz/contentf?doc=491559.Стратегия по переходу Республики Узбекистан на "зеленую" экономику на период 2019-2030 годов. Приложение N 1 к Постановлению Президента РУз от 04.10.2019 г. №ПП-4477 // Все законодательство Узбекистана. [Электронный ресурс]. Режим доступа. - https://nrm.uz/contentf?doc=602063.Strategiya po perekhodu Respubliki Uzbekistan na "zelenuyu" ehkonomiku na period 2019-2030 godov. Prilozhenie N 1 k Postanovleniyu Prezidenta RUz ot 04.10.2019 g. №PP-4477 // Vse zakonodatel'stvo Uzbekistana. [Ehlektronnyi resurs]. Rezhim dostupa. - https://nrm.uz/contentf?doc=602063.Агентство по привлечению иностранных инвестиций при Министерстве инвестиций и внешней торговли Республики Узбекистан [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://invest.gov.uz/ru/investor/stroitelstvo/.Agentstvo po privlecheniyu inostrannykh investitsii pri Ministerstve investitsii i vneshnei torgovli Respubliki Uzbekistan [Ehlektronnyi resurs]. Rezhim dostupa: https://invest.gov.uz/ru/investor/stroitelstvo/.Беседин П. В. Энерготехнологический анализ процессов в технологии цементного клинкера / П. В. Беседин, П. А. Трубаев; Под общ. ред. П. В. Беседина. Белгород: Изд-во БелГТАСМ: БИЭИ, 2005. - 456 с.Besedin P. V. Ehnergotekhnologicheskii analiz protsessov v tekhnologii tsementnogo klinkera / P. V. Besedin, P. A. Trubaev; Pod obshch. red. P. V. Besedina. Belgorod: Izd-vo BeLGTASM: BIEHI, 2005. - 456 s.International Finance Corporation. Institute for Industrial Productivity, Waste Heat Recovery for the Cement Sector: Market and Supplier Analysis. World Bank Group, 2014. pp. - 81.International Finance Corporation. Institute for Industrial Productivity, Waste Heat Recovery for the Cement Sector: Market and Supplier Analysis. World Bank Group, 2014. pp. - 81.Manual on Waste Heat Recovery in Indian Cement Industry As As part of World Class Energy Efficiency in Cement Industry part of World Class Energy Efficiency in Cement, Confederation of Indian Industry, CII Sohrabji Godrej Green Business Centre, 2009. pp. - 62.Manual on Waste Heat Recovery in Indian Cement Industry As As part of World Class Energy Efficiency in Cement Industry part of World Class Energy Efficiency in Cement, Confederation of Indian Industry, CII Sohrabji Godrej Green Business Centre, 2009. pp. - 62.Waste Heat Recovery in Turkish Cement Industry: Review of Existing Installations and Assessment of Remaining Potential, International Finance Corporation, 2018. pp. - 59.Waste Heat Recovery in Turkish Cement Industry: Review of Existing Installations and Assess-ment of Remaining Potential, International Finance Corporation, 2018. pp. - 59.Aboelwafa O., Ahmed T.S., Soliman A.F., Ismail I.M., Power Generation Using Waste Heat Recovery by Organic Rankine Cycle and Steam Rankine Cycle in Cement Industry, in: 1st Int. Conf. New Trends Sustain. Energy, Alexandria - Egypt, 2016. https://www.researchgate.net/publication/308953250.Aboelwafa O., Ahmed T.S., Soliman A.F., Ismail I.M., Power Generation Using Waste Heat Recovery by Organic Rankine Cycle and Steam Rankine Cycle in Cement Industry, in: 1st Int. Conf. New Trends Sustain. Energy, Alexandria - Egypt, 2016. https://www.researchgate.net/publication/308953250.Компания «Малая и Альтернативная энергетика» (Turboden) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://maenerg.ru/turboden.html.Kompaniya «Malaya i Al'ternativnaya ehnergetika» (Turboden) [Ehlektronnyi resurs]. – Rezhim dostupa: http://maenerg.ru/turboden.html.Turboden clean energy ahead [Электронный ресурс]. Режим доступа: - https://www.turboden.com/products/2463/orc-system.Turboden clean energy ahead [Ehlektronnyi resurs]. Rezhim dostupa: - https://www.turboden.com/products/2463/orc-system.Junior E.P.B., Arrieta M.D.P., Arrieta F.R.P., C.H.F. Silva, Assessment of a Kalina cycle for waste heat recovery in the cement industry, Applied Thermal Engineering. 147(2019), pp. 421-437.Junior E.P.B., Arrieta M.D.P., Arrieta F.R.P., C.H.F. Silva, Assessment of a Kalina cycle for waste heat recovery in the cement industry, Applied Thermal Engineering. 147(2019), pp. 421-437.Mirolli M.D. The Kalina cycle for cement kiln waste heat recovery power plants. Cement Industry Technical Conference. Conference record, IEEE, 2005, May 15-20. pp. 330- 336.Mirolli M.D. The Kalina cycle for cement kiln waste heat recovery power plants. Cement Industry Technical Conference. Conference record, IEEE, 2005, May 15-20. pp. 330- 336.Goldsmid H. J. Introduction to Thermoelectricity/ Goldsmid H. J. - Springer, Heidelberg, London, New York, 2010. - 242.Goldsmid H. J. Introduction to Thermoelectricity/ Goldsmid H. J. - Springer, Heidelberg, London, New York, 2010. - 242.Abdurakhmanov G., Zakhidov R.A., Vakhidova G.S., Mamatkulova S.A. On the criteria of efficiency of power supply to individual households using thermo- and photovoltaic converters. Applied Solar Energy 46, 2010. - No.3, pp. 165-168.Abdurakhmanov G., Zakhidov R.A., Vakhidova G.S., Mamatkulova S.A. On the criteria of efficiency of power supply to individual households using thermo- and photovoltaic converters. Applied Solar Energy 46, 2010. - No.3, pp. 165-168.Yee S. K., LeBlanc S., Goodson K. E. and Dames C. $ per W metrics for thermoelectric power generation: beyond ZT. Energy and Environmental Science. 6, 2013. – pp. 2561-2571.Yee S. K., LeBlanc S., Goodson K. E. and Dames C. $ per W metrics for thermoelectric power generation: beyond ZT. Energy and Environmental Science. 6, 2013. – pp. 2561-2571.Caillat T., Borshchevsky A., Fleurial J. -P.. Development of High Effciency Thermoelectric Generators Using Advanced Materials. Proceedings of the 15th Symposium on Space Nuclear Power and Propulsion, Mohamed S. El-Genk editor, AIP proceedings No. 420, Albuquerque, New Mexico, USA, 1998. - pp. 1647-1651.Caillat T., Borshchevsky A., Fleurial J. -P.. Development of High Effciency Thermoelectric Generators Using Advanced Materials. Proceedings of the 15thRowe D. M., “General Principles and Basic Considerations,” in Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano, edited by D. M. Rowe. CRC Press, Boca Raton. 2005. - pp. 1–14.Symposium on Space Nuclear Power and Propulsion, Mohamed S. El-Genk editor, AIP proceedings No. 420, Albuquerque, New Mexico, USA, 1998. - pp. 1647-1651.Ghodke S.et al. Distinctive Thermoelectric Properties of Supersaturated Si-Ge-P Compounds: Achieving Figure of Merit ZT> 3.6 [Электронный ресурс]. Режим доступа. - https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1909/1909.12476.pdf.Rowe D. M., “General Principles and Basic Considerations,” in Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano, edited by D. M. Rowe. CRC Press, Boca Raton. 2005. - pp. 1–14.Hinterleitner, B., Knapp, I., Poneder, M., Shi, Y., Müller, H., Eguchi, G., Eisenmenger-Sittner, C., StögerPollach, M., Kakefuda, Y., Kawamoto, N., Guo, Q., Baba, T., Mori, T., Ullah, S., Chen, X.-Q., Bauer, E.: Thermoelectric performance of a metastable thin-film Heusler alloy. Nature 576, 2019. - pp. 85–90.Ghodke S.et al. Distinctive Thermoelectric Properties of Supersaturated Si-Ge-P Compounds: Achieving Figure of Merit ZT> 3.6 [Ehlektronnyi re-surs]. Rezhim dostupa. - https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1909/1909.12476.pdf.Narducci Dario. Do we really need high thermoelectric figures of merit? A critical appraisal to the power conversion efficiency of thermoelectric materials. Applied Physics Letters, 99(10):10–13, 2011. ISSN 00036951. doi: 10.1063/1.3634018.Hinterleitner, B., Knapp, I., Poneder, M., Shi, Y., Müller, H., Eguchi, G., Eisenmenger-Sittner, C., Stöger-Pollach, M., Kakefuda, Y., Kawamoto, N., Guo, Q., Baba, T., Mori, T., Ullah, S., Chen, X.-Q., Bauer, E.: Thermoelectric performance of a metastable thin-film Heusler alloy. Nature 576, 2019. - pp. 85–90.Иорданишвили Е. К. Введение в термоэлектричество. Термоэлектрические эффекты. В: Термоэлектрическое охлаждение. Под ред. Булата Л. П. С.-Пб., СПбГУНиПТ, 2002. – C. 9-38.Narducci Dario. Do we really need high thermoelectric figures of merit? A critical appraisal to the power conversion efficiency of thermoelectric materials. Applied Physics Letters, 99(10):10–13, 2011. ISSN 00036951. doi: 10.1063/1.3634018.Bednorz J. G., Müller K. A. Possible high Tc superconductivity in the Ba−La−Cu−O system. Zeitschrift für Physik B Condensed Matter 64 (2), 1986. - pp. 189–193.Iordanishvili E. K. Vvedenie v termoehlektrichestvo. Termoehlektricheskie ehffekty. V: Termoehlektricheskoe okhlazhdenie. Pod red. Bulata L. P. S.-Pb., SPBGUNIPT, 2002. – C. 9-38.Terasaki, I., Sasago, Y. & Uchinokura, K. Large thermoelectric power in NaCo2O4 single crystals. Physical Review B 56, 1997. - R12685–R12687.Bednorz J. G., Müller K. A. Possible high Tc superconductivity in the Ba−La−Cu−O system. Zeitschrift für Physik B Condensed Matter 64 (2), 1986. - pp. 189–193.Koshibae, W., Tsutsui, K. & Maekawa, S. Thermopower in cobalt oxides. Physical Review B 62, 2000. - pp. 6869–6872.Terasaki, I., Sasago, Y. & Uchinokura, K. Large thermoelectric power in NaCo2O4 single crystals. Physical Review B 56, 1997. - R12685–R12687.G.A. Slack, “New Materials and Performance Limits for Thermoelectric Cooling” in CRC Handbook of Thermoelectrics. edited by D.M. Rowe, CRC Press, Boca Raton, 1995. - pp. 407–440.Koshibae, W., Tsutsui, K. & Maekawa, S. Thermopower in cobalt oxides. Physical Review B 62, 2000. - pp. 6869–6872.Nonews [Электронный ресурс]. Режим доступа. - https://nonews.co/directory/lists/countries/electricpower-consumption.G.A. Slack, “New Materials and Performance Limits for Thermoelectric Cooling” in CRC Handbook of Thermoelectrics. edited by D.M. Rowe, CRC Press, Boca Raton, 1995. - pp. 407–440.Nonews [Ehlektronnyi resurs]. Rezhim dostupa. - https://nonews.co/directory/lists/countries/electric-powerconsumption.Nonews [Ehlektronnyi resurs]. Rezhim dostupa. - https://nonews.co/directory/lists/countries/electric-powerconsumption.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.