Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 19-21 (2019)
Скачать выпуск PDF

I. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 1. СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

12-16 14
Аннотация

Солнечное излучение, поступающее на территорию Ливии, представляет собой неисчерпаемый источник чистой энергии. Однако солнечная энергия в этой стране применяется крайне редко, преимущественно для подогрева воды в домашних хозяйствах или в качестве источника энергоснабжения телекоммуникационных станций и частных домов, расположенных на значительном расстоянии от централизованных электросетей. В статье рассматриваются вопросы экономической целесообразности и надежности распределенной солнечной генерации с применением фотоэлектрических устройств (фотовольтаика) в районах с разбросанными поселениями и в частных домах на территории Ливийской пустыни, а также проводится сравнительный анализ этих систем с централизованными энергосетями и дизельными генераторами, обеспечивающими энергоснабжение большинства населенных пунктов по всей стране.

I. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 5. Энергия биомассы

17-28 10
Аннотация

Рост современных мегаполисов сопровождается значительным увеличением ежегодно образующихся объемов твердых коммунальных отходов. В России в настоящее время основным способом утилизации отходов является вывоз на полигоны. Бесконтрольная эмиссия биогаза, образующегося в теле полигона в результате анаэробного брожения биомассы, приводит к выбросу в окружающую среду целого ряда газообразных компонентов, в том числе токсичных, а также к самовозгоранию полигонов. В то время как биогаз следует рассматривать в качестве ценного энергетического продукта, использование которого может сыграть существенную роль в локальной энергетике. Представлены результаты технико-экономического анализа работы энергоустановок на свалочном газе. Сделан расчет ежегодной эмиссии метана на полигоне «Ядрово». Проведен сравнительный анализ газотурбинных и газопоршневых установок при работе на газовом топливе с низким содержанием метана. Рассмотрены два потенциальных варианта решения проблемы с помощью традиционных энергетических установок. Описан принцип работы таких энергетических установок, а также их достоинства и недостатки. Для оценки экономической эффективности производились расчеты приведенной стоимости электрической энергии. Были получены данные по стоимости кВт·ч на разных электрогенерирующих агрегатах, а также стоимость установленного кВт мощности электростанции. Энергетический потенциал полигона «Ядрово» оценен в 365 МВт·ч в год, следовательно, в месяц такая электростанция может обеспечивать необходимой электроэнергией 100 человек, поскольку среднестатистический житель Москвы потребляет 250–300 кВт·ч в месяц. Изучен зарубежный опыт эксплуатации электростанций, работающих на свалочном газе. Перечислены основные проблемы использования свалочного газа, приведены достоинства и недостатки электростанций с газопоршневыми и микрогазотурбинными силовыми агрегатами, даны рекомендации по выбору энергетической установки. Кроме того, представлена информация по выходу свалочного газа на полигонах, находящихся в разных географических местах: Москва, Владивосток, Kamphaeng Saen (Провинция в Таиланде). Благодаря этим данным установлена четкая корреляция климатической зоны и населения ближайшего населенного пункта с выходом био- газа. За основной параметр оценки выхода свалочного газа был принят удельный выход биогаза, то есть количество свалочного газа, получаемого с одного квадратного метра полигона.

IV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА 12. Водородная экономика

29-44 14
Аннотация

Взаимодействие водорода с металлами является определяющим процессом, как минимум, двух направлений научных исследований: водородной энергетики и разработки эффективных покрытий с целью удержания атомов водорода в приповерхностном слое элементов конструкций различного назначения. Показан процесс создания физико-математической модели водородной проницаемости электрохимических сплавов, синтезированных методом электролиза, в зависимости от уровня, знака и характера распределения внутренних напряжений. Проанализированы причины возникновения, характер и уровни внутренних напряжений различной физической природы. Продемонстрированы диффузионные потоки через внешнюю поверхность полого цилиндра в зависимости от знака внутренних напряжений. Диффузия атомов водорода через цилиндрическую оболочку с примесными ловушками описана нестационарным уравнением при соответствующих начальном и граничном условиях. Выбор подобной модельной системы обусловлен тем, что цилиндрические оболочки являются наиболее распространенными элементами конструкций, а усложнение математической модели не привело бы к изменению качественной картины поля концентрации атомов водорода. Для полей концентрации атомов водорода использовались соответствующие аналитические зависимости, которые являются основанием для математического моделирования диффузионных процессов и демонстрируют возможность управления водородной проницаемостью металлов. Показано, что водородная проницаемость полого цилиндра в первую очередь зависит от уровня и характера распределения внутренних напряжений (растягивающих и сжимающих). Внутренние напряжения с логарифмической зависимостью от координат имеют единое математическое описание, а использование принципа суперпозиции позволяет отобразить картину совместных взаимодействий полей внутренних напряжений различного происхождения. При описании диффузионных потоков применялись 2 подхода. При первом подходе математическая интерпретация внутренних напряжений в кристаллах сводится к введению некоторых безразмерных параметров, которые легко вычисляются и алгебраически суммируются. Это позволяет на модели продемонстрировать возможность параметрического управления внутренними напряжениями в сплавах. Второй подход позволяет описать математическую модель диффузионного процесса атомов водорода в среде с образованием и распадом неподвижных комплексов «металл − примесь − водород» с учетом вероятности их образования и распада.

45-60 9
Аннотация

В работе исследовалось влияние площади поверхности и степени полярности подложки ZnO на каталитические свойства катализатора CuO/ZnO для паровой конверсии метанола (ПКМ). Площадь ZnO поверхности варьировалась путем изменения температуры прокаливания, а степень их полярности – использованием разных предшественников Zn (ацетат или нитрат цинка). Установлено, что при увеличении площади поверхности ZnO дисперсия и площадь поверхности меди увеличивается, а степень полярности ZnO сильно влияет на восстанавливаемость медных образцов. Более высокая степень полярности способствует восстанавливаемости, что объясняется активным взаимодействием меди с «более полярной» подложкой ZnO. Интересно отметить, что селективность катализаторов CuO/ZnO (с меньшим количеством CO) повышается с ростом степени полярности носителей ZnO. Результаты проведенных экспериментов также подтвердили, что катализатор CuO/ZnOAc-375 обладает большей селективностью (до 90 %), чем аналогичный образец CuO/ZnO/Al2O3 марки G66-MR производства Süd Chemie AG. Активность наиболее эффективного катализатора (CuO/ZnOAc-375) изучалась в Pd-композитном мембранном реакторе и в традиционном реакторе с уплотненным слоем. В результате эксперимента получены значения восстановления водорода ~75 % и чистоты проникающего водорода более 90 %. Применение мембранного реактора на основе палладия позволило повысить эффективность процесса конверсии метанола за счет частичного подавления обратной реакции ПКМ, а также чистоту получаемого водорода для высокотемпературных топливных элементов с протонообменной мембраной.

VII. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 17. Энергетика и экология

61-69 2
Аннотация

В статье сформулирована многокритериальная задача оптимизации источников тепловой энергии, в которой рассматривается обеспечение надежного и безопасного теплоснабжения потребителей и минимальное воздействие объектов теплоснабжения на окружающую среду. Эта задача относится к задачам схемноструктурной оптимизации, является трудно формализуемой и имеет нелинейный дискретный характер. Общепринятый подход к решению задачи развития теплоснабжающих систем на уровне города, как правило, сводится к однокритериальной задаче поиска минимума дисконтированных приведенных затрат в проектируемые энергетические объекты системы при выполнении множества ограничений. Мерами природоохранной деятельности в этом случае являются оценка причиненного ущерба от объектов энергетики окружающей среде и соответствующая этому ущербу плата за выбросы загрязняющих атмосферу веществ. Показано, что существуют и другие методические подходы, в которых в случае сведения к однокритериальной задаче остальные критерии не теряют своей важности и могут существенно влиять как на процесс оптимизации, так и на получаемые в его результате решения. Приведен краткий обзор таких подходов и предложен метод эпсилон-ограничений, который позволяет максимизировать суммарный эффект от проведения мероприятий по защите атмосферы в пределах выделенного для города объема затрат. Процедура динамического программирования позволяет получить семейство решений (оптимальных наборов мероприятий), каждое из которых соответствует некоторому уровню затрат, не превосходящему определенного верхнего предела. Описан алгоритм работы метода эпсилон-ограничений применительно к решаемой задаче. Приведен пример практических исследований реальной системы теплоснабжения города, проведенных с помощью предлагаемого метода, который позволил получить эффективное решение с конкретным перечнем технических и атмосфероохранных мероприятий по источникам тепла и теплоснабжающим системам в целом. Данный методический подход может найти практическое применение при выполнении предпроектных исследований, а также при разработке схем теплоснабжения городов.

XX. ПРОБЛЕМЫ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

70-83 7
Аннотация

Стратегия развития сельских территорий до 2030 г. определяется распоряжением Правительства РФ и существенно зависит от уровня энергоснабжения АПК. Для сельхозпроизводителей в среднем цена 1 кВт·ч выше, чем в городе, что обусловлено низкой плотностью нагрузок (на порядок ниже, чем в городе), низкой плотностью и изношенностью электросетей, большой длиной сетей низкого напряжения с большими потерями и высокими затратами на их эксплуатацию. Другими причинами являются устаревшие технологии, дополнительные потребности, отличные от городских, низкая электровооруженность сельского быта и более высокая нагрузка на семейные бюджеты. В результате сельская энергетика требует разработки специальных энергетических технологий в части генерации, передачи, распределения и потребления. В статье проведен анализ требований по энергетическому снабжению и перевооружению АПК с учетом роста тарифов, вызванного ухудшением состояния изношенных длинных (свыше 1 млн км) сетей 6–10 кВ. Проблема энергоснабжения села в значительной мере может быть решена за счет разработки и применения систем автономного энергоснабжения (САЭ), которые могут работать как на переменном токе, так и на постоянном токе на линейку мощностей 0,1 МВт, 1 МВт, 10 МВт напряжением 0,4 кВ, 1 кВ и 6–10 кВ соответственно. Учитывая наиболее перспективные решения с использованием ВИЭ, предпочтительными становятся САЭ на постоянном токе с накопителями электроэнергии. Рассмотрены различные варианты реализации САЭ с использованием нетрадиционных энергомодулей криогенного (КрЭУ), водородного на топливных элементах или биореакторов, а также энергомодулей традиционного типа в виде дизель-генераторов, газотурбинных и газопоршневых установок. Проведено сопоставление различных сред по энергоэффективности и показаны преимущества водорода в топливных элементах, а затем жидкого азота в составе КрЭУ перед электрохимическими накопителями (литий-ионные аккумуляторы). Установлено, что для применения на объектах АПК постоянного тока целесообразно использовать мобильные модульные подстанции (ММП), соединенные кабельными линиями вместо прокладки воздушных линий не только в силу большей пропускной способности, надежности, но и в силу их большей устойчивости к техногенным и природным воздействиям, мобильности контейнерных подстанций и улучшения экологии. Описана структура ММП в виде мобильных комплексов жизнеобеспечения, которые позволят обеспечить потребителей не только электричеством, но и теплом, холодом, технической и питьевой водой, а для круглогодичного выращивания плодовоовощных культур – воздухоподготовкой и регулируемым спектром освещения.

XXII. ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ. 41. Информация

XXII. ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ



ISSN 1608-8298 (Print)