Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 7-18 (2020)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.07-18.60-67

I. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 1. Солнечная энергетика

12-23 81
Аннотация

Работа относится к технологиям альтернативной энергетики, а именно солнечной энергетики. Анализировались результаты изменения оптических параметров кремниевых пластин вследствие ультразвуковой обработки  (разновидность  механической  обработки). Для  экспериментов  выбраны  монокристаллические  кремниевые пластины р-типа проводимости, используемые для изготовления солнечных элементов. Ультразвуковая обработка поверхности пластин кремния проводилась при помощи специального устройства, которое состоит  из:  основного  блока  механического  воздействия,  компрессора  воздуха  и  генератора  ультразвуковой частоты. Основной блок механического воздействия снабжен системой регулировки давления воздуха, вибратором, рабочими цилиндрами передачи механического колебания, шарообразным микрозондом из  твердого металла и каналом передачи давления на вибратор. Измерены шероховатость поверхности и коэффициент отражения от поверхности в зависимости от длины волны  падающего  света  до  и  после  механической  обработки.  На  основе  полученных  LSM-изображений  и оценки шероховатости поверхности, а также измерения коэффициента отражения света предложен механизм текстурирования, который может быть использован для создания высокоэффективных солнечных элементов. Исследовано воздействие ультразвуковой обработки поверхности пластин кремния на время жизни неравновесных носителей заряда в кремниевых пластинах до и после обработки при помощи специального устройства. Для измерения времени жизни неравновесных носителей заряда в кремниевых пластинах до и после обработки применялся метод квазистационарной фотопроводимости, который основан на бесконтактном измерении проводимости пластины при  воздействии импульсного излучения, позволяющий проводить  оценку  эффективного времени жизни неосновных носителей  заряда. Полученные  экспериментальные результаты, физическое обоснование процессов поглощения света в пластинах, подвергнутых поверхностной механической обработке, и изменение времени жизни фотогенерированных носителей заряда позволяют рекомендовать новый способ повышения эффективности кремниевых солнечных элементов. 

24-42 56
Аннотация

Рассмотрена  задача  прогноза  производительности  солнечных электростанций  (СЭС) и  фотоэлектрических установок  (ФЭУ). Сделан  обзор  современных  методов  прогноза  и  фактической  основы  для  его  проведения. Представлены принятые классификации методов, основу которых образует подход «прямые прогнозы – косвенные прогнозы». В первом случае прогнозируется производительность СЭС или ФЭУ, во втором случае первым этапом является прогноз прихода солнечной радиации с последующим пересчетом в выработку станций. Соответственно, в первом  случае большое  значение  имеют  ряды  данных о  производительности  станции  в  течение длительных периодов в прошлом и применяются в основном статистические методы и методы машинного обучения. Второй подход базируется на численном прогнозе погоды, который обеспечивает, в том числе, прогноз приходящей солнечной радиации. Значительное влияние на выбор методов прогноза оказывает требуемое пространственное  и  временное  разрешение. Последнее определяется  принятыми  в  стране или регионе  правилами рынка  электроэнергии. Проблема пространственного разрешения прогноза  является важной для протяженных по занимаемой площади СЭС, а также при прогнозе производительности сети солнечных станций. Приведены принятые в настоящее время метрики прогнозов, которые позволяют оценить погрешности, а также сравнить результативность различных методов прогнозирования. Показана перспективность разработки  вероятностных прогнозов как  альтернативы  детерминистским подходам, в частности, для более полного удовлетворения требований сетей. Рассмотрены принятые в некоторых странах требования к прогнозу производительности СЭС, штрафные санкции при высокой погрешности прогноза. Рассмотрены примеры финансовых потерь от неточности прогноза на примере СЭС в США и Китае. Обсуждаются требования оптового рынка  энергии  и мощности  РФ, который  устанавливает  предельно  допустимые  отклонения  от  заявленного производства энергии станциями (в том числе СЭС) и штрафы за эти отклонения. Приведены результаты сценарных оценок финансовых потерь генераторов на солнечной энергии в РФ от ошибочных прогнозов производительности.

I.ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 2. Ветроэнергетика

44-59 47
Аннотация
Данная статья отражает развитие проекта разработки «Веб-атласа доступной энергии волн и ветра прибрежной зоны морей России». Атлас включает акватории и побережья Черного, Азовского, Каспийского, Балтийского, Белого, Баренцева, Карского и Охотского морей. Для составления атласа использованы результаты расчета параметров ветрового волнения, в том числе величины и направления потока энергии. Данные о скорости ветра получены из реанализов высокого разрешения. Веб-атлас базируется на классической трехзвенной (трехуровневой) модели, включающей подсистему хранения данных (сервер баз данных), подсистему анализа и публикации данных (непосредственно ГИС-сервер) и подсистему веб-приложений, обеспечивающую пользовательский интерфейс для взаимодействия с данными и картографическими сервисами (веб-сервер). В статье приведены результаты второго этапа разработки веб-атласа волновой и ветровой энергии для прибрежной зоны морей РФ. На этом этапе были решены задачи дополнения баз данных и развития картографического веб-интерфейса, позволяющего осуществлять доступ к загруженной в базу данных информации, визуализировать параметры волнения и ветра, рассчитывать основные статистические характеристики и строить графики по временным рядам данных в точках.
60-67 37
Аннотация
Обсуждаются особенности течений внутри ортогональных турбин, определяющие их невысокую эффективность. Сформулированы предложения, повышающие эффективность турбин. Отмечено, что наиболее эффективными в безграничном потоке могут быть многоярусные турбины с одной или двумя фиксированными  лопастями в каждом ярусе, а также турбины с одной спиральной лопастью. Приведены результаты расчетов и лабораторных испытаний по оптимизации турбин и новые предложения по использованию автоматизированных закрылков на лопастях.

II. НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 9. Атомная энергетика

68-79 42
Аннотация
Использование водорода как энергоносителя в энергетике связано с возможностью повышения эффективности генерирующих мощностей, в частности АЭС, за счет перегрева рабочего тела паротурбинного цикла. При этом полученный от сжигания водорода с кислородом высокотемпературный пар смешивается с паром паротурбинного цикла АЭС. В этой связи в статье, с учетом работ других авторов, выполнен широкий круг исследований по повышению эффективности и конкурентоспособности АЭС благодаря паро-водородному перегреву рабочего тела паротурбинного цикла в условиях получения водорода электролизом воды за счет дешевой ночной электроэнергии от АЭС. При этом важную роль играют вопросы эффективного сжигания водорода с кислородом. Впервые исследуется состав получаемого пара без смешения с охлаждающим компонентом. Представлены экспериментальные данные по изучению доли непрореагировавшего водорода при его сжигании с кислородом без смешения получаемого пара с охлаждающим компонентом – паром или водой. Приведена схема экспериментальной установки, разработанной совместно с ОИВТ РАН, позволяющая производить отбор пара на химический анализ посредством хроматографа. Приведены результаты экспериментальных измерений основных параметров процесса сжигания водорода в кислороде при стехиометрическом расходе водорода и кислорода, а также при избытке кислорода, равном 2. Расчетно-теоретическим путем определена температура получаемого пара по длине жаровой трубы экспериментальной установки, в том числе в точке зажигания. За счет химического анализа пара определена доля непрореагировавшего водорода на начальном этапе горения водорода. Показано влияние избытка окислителя на начальное и конечное содержание непрореагировавшего водорода в паре. Представлена методика определения времени движения пара внутри жаровой трубы экспериментальной установки.

IV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА 12. Водородная экономика

80-86 35
Аннотация
В данной работе проведены экспериментальные исследования процесса получения водорода с помощью интенсивной гидродинамической кавитации в жидких углеводородах. Физико-химические процессы, происходящие в кавитационном пузырьке на последней стадии его сжатия, весьма схожи с процессами, происходящими во взрывной камере. Достигаемые при этом значения давления и температуры обеспечивают термодинамическую стабильность продуктов реакции и получение газообразной смеси (аэрозоля) водорода и нанокластеров углерода, что подтверждено теоретическими расчетами. Контролируемое добавление водородсодержащих жидкостей и изменение условий сжатия кавитационных пузырьков позволяют управлять процессом синтеза водорода, что является важным шагом в развитии современных высокотехнологичных методов альтернативной энергетики. Пульсация сферической полости описана уравнениями Кирквуда – Бёте, которые являются одной из наиболее точных математических моделей процессов пульсаций при произвольной скорости движения границы полости. Предложенная модель позволяет полностью описывать процесс пульсаций кавитационных полостей, проводить всесторонние параметрические исследования и оценивать влияние различных параметров процесса на коллапс полостей.  Данная работа выполнена в продолжение экспериментов по кавитационному синтезу углеродных наноструктур. При быстром движении химически чистого бензола (С6H6) по профилированному каналу в виде сопла Вентури, в жидкости формируются кавитационные полости, сжимающиеся в рабочей камере, в которой создается резкий скачок давления. Давление в ударной волне, достигающее 80–90 МПа, обеспечивает близкий к адиабатическому сжатию коллапс кавитационных пузырьков. В результате ряда быстро протекающих физико-химических процессов испарения, нагрева и термической диссоциации паров углеводородных жидкостей, в полости синтезируется твердая углеродная фаза и газообразная водородсодержащая фаза, которая затем подвергается разделению.
87-100 41
Аннотация
В настоящее время водородная энергетика приобретает все большую популярность в мире в связи с истощением невозобновляемых источников энергии (углеводородов) и экологического загрязнения, вызванного растущим потреблением этих источников. По сравнению с электро- или термохимическими процессами, биологическое получение водорода имеет ряд преимуществ – экологичность и низкую стоимость. Особенно перспективен темновой процесс получения водородсодержащего биогаза при переработке органических отходов в анаэробных условиях, поскольку позволяет решить две задачи: производство энергии и утилизация органических отходов. В работе рассмотрено получение биоводорода в двухстадийном процессе анаэробной биоконверсии органического вещества жидких органических отходов в непрерывном режиме в реакторах с увеличенным объемом. Описана экспериментальная установка для исследования данного процесса и постановка эксперимента по изучению влияния рециркуляции эффлюента метантенка в анаэробный биореактор для производства биоводорода. Установлено, что полученные экспериментальные данные по удельному выходу биоводорода согласуются с данными других авторов. Средний удельный выход биоводорода (на килограмм исходного органического вещества) при рециркуляции эффлюента метантенка повысился на 4 % (с 0,1046 м3/(сут·кг ОВисх) до 0,1087 м3/(сут·кг ОВисх). Кроме того, рециркуляция эффлюента метантенка в реактор получения биоводорода в процессе двухстадийной анаэробной биоконверсии позволяет уменьшить колебания выхода биоводорода из реактора. При этом метаногенная активность в анаэробном биореакторе для производства биоводорода отсутствовала. Самоустанавливающийся уровень рН в анаэробном биореакторе для получения биоводорода был менее 4,5 (3,94 без рециркуляции эффлюента и 3,88 с рециркуляцией), однако ингибирования процесса образования водорода не происходило. Установлено, что применение рециркуляции эффлюента метантенка в анаэробный биореактор получения биоводорода может способствовать повышению эффективности процесса двухстадийной анаэробной биоконверсии органических отходов при сохранении стабильности процесса.
101-114 38
Аннотация

Рассмотрены различные типы биполярных элементов и материалы, которые используются для их изготовления в технологии  топливных элементов. Биполярные элементы играют важную роль при коммутации отдельных  топливных ячеек в батарее, составляют самую большую долю ее массы (до 80 %), что влияет на удельные массовые мощностные характеристики энергосистемы. Биполярные элементы на основе тонкой титановой фольги и  гофрированного воздуховода имеют высокую механическую прочность при минимальной массе, являются важным элементов батареи  топливных элементов, а их применение позволяет существенно улучшить массовые удельные характеристики энергосистемы на основе топливных элементов с твердым полимерным электролитом и прямой подачей воздуха. Защитные покрытия должны обеспечить низкоомный контакт при коммутации отдельных  топливных ячеек и не допустить его изменение при длительной работе топливного элемента. Нанесение покрытий в магнетронной  установке  позволяет  с  предварительной  ионной  очисткой  на  больших  поверхностях  получать  тонкие покрытия с воспроизводимым составом и свойствами. Для исследований использовались мишени из графита, платины, а также композитные мишени графита с вставками платины в зоне распыления. С помощью общепринятых процедур изучено влияние состава и условий нанесения композитных покрытий на коррозионную стойкость и поверхностное  контактное  сопротивление  биполярных  элементов. Показано, что применение  графитовой мишени и сегментов из платины позволяет получать защитные покрытия, близкие по техническим требованиям к покрытиям по коррозионной устойчивости и поверхностному контактному сопротивлению. Такие покрытия на титане имеют лучшие проводящие и защитные свойства, чем тонкопленочные покрытия на основе платины и тонких пленок золота. Установлено, что защитные покрытия на основе карбидов титана имели высокое поверхностное сопротивление, а на основе нитрида титана более низкие защитные свойства. Таким образом, магнетронная технология может быть рекомендована в качестве промышленной для производства биполярных элементов.

VII. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 17. Энергетика и экология

115-124 44
Аннотация
В Азербайджане, как и во всем мире, наблюдается влияние глобального потепления на окружающую среду, включая отдельные экосистемы, и  различные секторы экономики. Подчеркнуто, что комплексное изучение природы глобальных и региональных изменений климата и их влияния на экосистемы и места обитания, выявление соответствующих диагностических и прогностических взаимосвязей, разработка рекомендаций и предложений и проведение фундаментальных и прикладных исследований в области биоклиматических и экологических процессов являются объектом исследования ученых и специалистов многих стран. К экологическим системам и их компонентам, наиболее подверженным климатическим аномалиям, относятся, в частности, лесные массивы. Лесные экосистемы, являясь частью биосферы, играют важную роль в ее защите, развитии и саморегуляции, в формировании среды обитания, в производстве различных продуктов, в предотвращении загрязнения окружающей среды. В статье отмечено, что глобальное потепление также приводит к увеличению вероятности лесных пожаров.  Исследовано влияние климатических изменений на лесные экосистемы северо-восточного склона Малого Кавказа и на основе статистических данных проведена оценка повторяемости лесных пожаров по степени опасности.  Впервые в отношении северо-восточного склона Малого Кавказа определены пространственные и временные закономерности, проведено географическое обобщение горизонтального и вертикального распределения климатических параметров, оценены их особенности и количественная изменчивость, региональное изменение климата, риск возникновения пожаров в лесных экосистемах, повторяемость периодов засухи, влияние среды обитания на биоклиматические параметры . Кроме того, была оценена тенденция изменчивости индекса интенсивности суточных осадков. Установлено, в течение какого периода времени наблюдаются максимальные значения абсолютных максимальных и минимальных температур, которые являются индикаторами экстремальных погодных условий, а также количество дней, когда максимальная температура превышает 30 °C.

XXII. ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ. 41. Информация

41-6-0-0 Рекламные материалы научных организаций, инвестиционных фирм и фирм-производителей

41-15-0-0 Новости науки и техники



ISSN 1608-8298 (Print)