Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 34-36 (2020)
Скачать выпуск PDF

I. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 1. Солнечная энергетика 

12-21 13
Аннотация

Не смотря на достаточно значительные запасы разрабатываемых углеводородных месторождений, географическое положение Ирака и климатические условия предопределяют широкие возможности для использования возобновляемых источников, а именно солнечной энергии. Высокие температуры воздуха, ежегодно фиксируемые в регионе, создают более благоприятную техническую платформу для реализации тепловых процессов при утилизации поступающего изучения. Поэтому для проектирования гелиоустановок и в дальнейшем для определения вырабатываемой мощности в зависимости от сезонных изменений требуется достоверная оценка ресурсов солнечной энергии. Теоретические методы определения потока излучения в случае оценки ресурсов для конкретной местности не обладают требуемой точностью по ряду причин, основной из которых является перманентное состояние облачности. Только учет действительных климатических условий для рассматриваемых районов строительства на базе многолетних актинометрических наблюдений дает достаточно точное распределение солнечной энергии. Отсутствие в полном объеме таких сведений предполагает прогнозирование ресурсной обеспеченности, в том числе и для местностей, не охваченных системами наблюдений. Учитывая указанную ограниченность, представлен анализ среднемесячных дневных поступлений солнечной радиации для густонаселенных районов Ирака. На основе актинометрических данных многолетних наблюдений были получены зависимости для определения потока солнечной энергии, поступающего при статистической облачности за сутки на 1 м2 горизонтальной поверхности местности при учете ее широты и порядкового номера месяца года. Уравнения позволяют выполнить прогноз энергооблученности района для проектирования гелиоустановок, обосновать достигаемое в последствии КПД альтернативной системы, а также уровень возможного замещения традиционных ресурсов и степень сокращения их потребления. На основании расчетных данных можно обосновать наиболее целесообразную схему утилизации солнечной энергии в зависимости от имеющихся ресурсов и подобрать для решаемых задач требуемые под климатические условия конструкции воспринимающих излучение устройств. С учетом анализа распределений солнечной энергии и среднемесячных температур наружного воздуха на территории Ирака к применению рекомендовано два типа тепловых гелиоустановок, которые могут иметь дополнительные контуры для получения электроэнергии и холода.

I. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 6. Малая гидроэнергетика 

22-36 23
Аннотация

Таджикистан и Кыргызстан - две страны Центральной Азии, располагающие огромным запасом гидроресурсов в регионе. Важно признать, что влияние микро ГЭС на выработку электроэнергии в Таджикистане и Кыргызстане для устойчивого развития экономики является значимым. В этом исследовании мы представили структурную модель и методологию выбора рационального типа микроГЭС на основе разработанного алгоритма расчета параметров гидротурбин с использованием гидрологических характеристик малых и мелких водотоков, расположенных в странах Центральной Азии, таких как Кыргызстан и Таджикистан. На основе этой модели разработана программная среда «Расчет и выбор типа гидротурбин для микроГЭС». В зависимости от собственной нагрузки потребитель может выбрать один из предложенных типов микроГЭС для удовлетворения своих потребностей. При выборе типа микроГЭС потребитель должен учитывать фактор сезонности уровня воды, постоянства и скорость воды, и объема речной воды, так как в некоторых местах вода зимой замерзает. МикроГЭС были определены в качестве хорошей альтернативы традиционному производству электроэнергии для многих развивающихся стран по всему миру.

37-43 11
Аннотация

В статье представлен материал по стратегическому направлению уменьшения негативного воздействия топливно-энергетического комплекса на окружающую среду за счет перехода на возобновляемые источники энергии, рассматриваемый всеми странами и прогнозируется, в том числе в России. Показано европейское развитие возобновляемой энергетики: в первом полугодии 2020 г. было выработано больше электроэнергии, чем на основе ископаемого топлива (ВИЭ 40%, ископаемого топлива 34%). Показан потенциал российской гидроэнергетики, по обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия занимает второе место, после КНР. Исторически использование гидроэнергетического ресурса рассматривалось как энергообеспечение от возобновляемого источника энергии. При их достойном возобновляемом вкладе в энергетику эксплуатация указывает на экологические проблемы, связанные с их появлением, это - затопление больших массивов плодородных земель, приводящее к видоизменениям уникальных экологических систем в руслах и поймах рек, к сокращению численности и исчезновению видов рыб. Одним из путей перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике видится в освоении гидропотенциала малых рек, за последние десятилетия получившее устойчивое направление перспективного развития благодаря тому, что освоение не требует больших территорий, при этом мини-ГЭС имеют малый срок окупаемости и более низкую стоимость выработанного 1 кВт*ч электроэнергии. Перспектива разработок микроГЭС видится и для их использования в сфере децентрализованного энергообеспечения. В статье представлена принципиально новая разработка конструкции гидропреобразователя для микроГЭС - гидропреобразователь волнового типа, представляющий собой устройство по использованию энергии потока реки как источника возобновляемой энергии. Конструктивные особенности гидропреобразователя волнового типа позволяют упростить операции по изготовлению рабочей лопасти, при этом мощность разработанного устройства будет определяться размерными характеристиками преобразующего механизма. Возможность модульного исполнения гидропреобразователей волнового типа будет определять общую мощность устройства в зависимости от количества и размеров модулей.

I. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 7. Нетрадиционные источники возобновляемой энергии 

44-58 64
Аннотация

Работа посвящена созданию растительно-микробных топливных элементов (РМТЭ). Разработана конструкция ячейки для РМТЭ, позволяющей изучить влияние конфигурации и материала электродных систем на величины генерируемых в системе корнеобитаемая среда-растение биоэлектрических потенциалов (БЭП). Показана возможность использования разработанной технологии измерения БЭП для создания длительно работающих растительно-микробных топливных элементов, основанных на применении электрической активности растений в качестве электродвижущей силы. Электроды были выполнены из различных углеродных материалов. Максимально полученное значение тока в прототипах РМТЭ составило 83 нА на исследуемый объем зоны роста растений 0.0023 м3. Максимальное значение биопотенциала, полученное с одного элемента на 16-й день вегетации, составило 150 мВ; в среднем БЭП был порядка 100 мВ. Таким образом, гибридная система, сочетающая в себе растительные и микробные организмы, обладающие электрогенными свойствами, направлена на генерацию устойчивой возобновляемой экологически чистой энергии. Технология РМТЭ позволит производить зеленую энергию практически везде, где растут растения, и применима как в естественной среде, так и для выращивания сельскохозяйственных культур в открытом грунте, теплицах, фитотехкомплек-сах и регулируемых агроэкосистемах. Агротехнологический энергетический комплекс на базе РМТЭ не только способен обеспечить производство возобновляемой энергии, но и позволит параллельно получать высококачественную растительную продукцию. Биоэлектрохимическая система на основе электрогенеза растений может быть использована для создания маломощных необслуживаемых источников электроэнергии, способных частично поддерживать жизнедеятельность растений путем подачи питания на насосы, источники света на основе светодиодов, беспроводные сенсорные сети (WSN) и датчики на основе Интернета вещей (IoT), различные датчики параметров окружающей среды и физиологического состояния растений. Также ее можно использовать в научных исследованиях в области растениеводства, агрофизики, биофизики растений в качестве биосенсора для мониторинга состояния растения и корректировки технологий выращивания.

I. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 8. Энергокомплексы на основе ВИЭ 

59-70 15
Аннотация

Рассмотрены физические взаимодействия и математическая модель гибридной электростанции, содержащая многомашинную ветроустановку с двумя группами разнотипных генераторов, и типичную солнечную электроустановку, а в качестве резервных источников использованы синхронный дизель-генератор и аккумуляторная батарея, при этом все источники через выпрямители работают на общую шину постоянного тока с подсоединенной к ней нагрузкой, которая, в свою очередь, включает параллельно соединенные полезную переменную нагрузку и балластную нагрузку для сброса излишков мощности. Математическое описание электростанции представлено рядом уравнений электрического и механического равновесия, соотношений для расчета токов, для оптимальной скорости вращения ветроколеса.

В описании синхронных генераторов, построенном на уравнениях Парка-Горева, не учитываются демпфирующие контуры, электромагнитная динамика обмоток возбуждения машин и насыщение магнитных цепей, и в то же время отдельным уравнением учитывается угол рассогласования между осями ветрогенераторов и резервного дизель-генератора. Упрощенная модель аккумуляторной батареи в рабочем режиме представляет последовательное соединение внутреннего сопротивления и источника напряжения, а протекающий через батарею ток характеризует скорость изменения ее заряда. Уравнения механического равновесия учитывают вращающий момент ветроколеса и тормозные электромагнитные моменты генераторов ВЭУ. Так как напряжения генераторов подаются на шину постоянного тока через выпрямители, то ставится задача не столько стабилизации скорости вращения ветроколеса, сколько поддержание его работы с максимальной выходной мощностью при изменении скорости.

На результатах моделирования, реализованного в среде MathCad показано, что построенная математическая модель в целом вполне адекватно отражает процессы ее рабочего режима и физические взаимодействия основных элементов - источников и потребителей электроэнергии в условиях нестабильных ветровых потоков и уровня солнечной освещенности, а также при изменении нагрузки.

71-77 19
Аннотация

В данной статье показаны и рассмотрены основные тенденции и перспективы развития альтернативной электроэнергии до 2030 года в Европе. Определена деятельность стран - членов Европейского Союза для предотвращения выбросов парниковых газов, экономического роста и потребления энергии путем применения новейших технологических инноваций путем перехода на экологически чистую энергию, одновременно обеспечивая энергетическую безопасность. Рассмотрены тенденции и перспективы прогресса в направлении доступной, надежной, устойчивой и современной энергии для всех на основе амбициозной нормативноправовой базы, согласованной на уровне стран - членов Европейского Союза, также определены проблемы развития чистого сектора и отраслевой интеграции для энергетических компаний и поставщиков энергетических услуг. Определено, что переход на энергоносители снизит зависимость Европейского Союза от импорта энергосетей, повысит безопасность энергоснабжения и уменьшит уязвимость к неустойчивым ценам на ископаемое топливо. Европейской Союз, который достиг своих целей в возобновляемых источниках энергии и энергоэффективности, уменьшит свою зависимость от импорта природного газа из соседних стран. Энергетический переход уменьшит загрязнение воздуха и поможет ограничить глобальное потепление до 2°C или ниже, создав большие экономические выгоды для населения, экономической активности и окружающей среды. Эта экономия компенсировать дополнительные ежегодные затраты на энергосистему, связанные с достижением целей 2030 года в области возобновляемых источников энергии и энергоэффективности. Установлено, что значимые инновации позитивно влияют на страны Европейского Союза для разработки экономически эффективных технологий и услуг для низкоуглеродной энергетической и транспортной системы. Разработаны выводы и рекомендации для стран членов в целях развития чистой энергии.

IV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА 12. Водородная экономика 

78-86 13
Аннотация

В настоящей работе было показано, что инициируемая в жидкофазных средах в разрядном промежутке между электродами низкотемпературная плазма способна эффективно разлагать водородсодержащие молекулы различных органических соединений и их смесей с образованием газообразных продуктов, в которых доля водорода составляет более 90% по данным газовой хроматографии.

В ходе работы сконструирована и изготовлена экспериментальная установка для получения водорода, включающая в себя стальную реакционную камеру с рубашкой охлаждения, источник питания с регулируемыми параметрами, ультразвуковой генератор и преобразователь, систему газоотбора.

Найдены оптимальные условия получения водорода (выход и селективность) и разработаны принципы автоматизации процесса и конструирования опытно-промышленной установки полунепрерывного действия с целью увеличения производительности. Продукты реакции и чистота получаемого водорода охарактеризованы комплексом инструментальных методов физико-химического анализа, включающим в себя газовую и жидкостную хроматографию, микроскопию, калориметрию и другие методы.

Предварительные оценки энергетического КПД, рассчитанного с учетом теплоты сгорания водорода и исходных веществ, а также затрат электроэнергии показали уровень КПД порядка 60-70% в зависимости от состава исходной смеси. Были проведены также теоретические расчеты напряжения и тока разряда при моделировании процесса, которые согласуются с данными эксперимента.

Побочным продуктом при получении водорода методом акустоплазменного разряда при разложении органических жидкостей является углерод, образующийся в виде агломератов наночастиц различного строения и осаждающийся в ходе реакции на дне реакционной камеры. Как показали результаты анализов и стехиометрических расчетов, на образование этих побочных продуктов расходуется большая часть углерода и кислорода, содержащихся в молекулах исходной жидкости, тем самым образующаяся газообразная смесь значительно обогащена водородом. Полученные наночастицы и их агломераты могут быть также использованы в качестве наполнителей, красителей, компонентов композиционных материалов.

87-97 9
Аннотация

6 апреля 2020 г. российская наука и коллектив ФИАН понесли невосполнимую утрату — после непродолжительной тяжелой болезни скончался наш друг и коллега Мишик Айразатович Казарян.

Мишик Айразатович Казарян — широко известный специалист в области лазерной физики и оптики. Доктор физико-математических наук, профессор, иностранный член Национальной академии наук Республики Армения, лауреат Государственной премии СССР в области науки и техники (1980). После окончания МФТИ в 1970 году он всю жизнь проработал в Физическом институте имени П.Н. Лебедева в Отделении оптики. В 1989 году защитил докторскую диссертацию, в 2003 году получил ученое звание профессора.

Основные исследования М.А. Казаряна связаны с созданием мощных перестраиваемых лазеров, разработкой активных оптических систем с усилителями яркости, построением цветных акустооптических телевизионных систем и устройств лазерной медицины, изучением механизмов лазерного ускорения микрочастиц, исследованиями светоиндуцированных явлений при динамическом многократном рассеянии света и электроиндуцированного дрейфа аквакомплексов в водных растворах. За создание самого яркого импульснопериодического лазера для видимой области спектра он был удостоен Государственной премии СССР в области науки и техники.

М.А. Казаряном разработаны новые подходы к проблемам лазерного разделения изотопов, альтернативной и водородной энергетики.

XI. ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ, УСТРОЙСТВА И ИХ ВНЕДРЕНИЕ. 26. Инновационные решения в области энергетики и альтернативной энергетики 

98-105 12
Аннотация

Разработан и описан алгоритм продвижения инновационных технологий, содержащий последовательность шагов: выделение приоритетных в мире технологических направлений на основе национальных проектов и объединения усилий науки и бизнеса; разработка условий и объявление международного ежегодного конкурса на лучшие инновационные технологии, способствующие устойчивому развитию человечества; проведение технической и сущностной экспертиз полученных проектов; подписание с победителями инновационных договоров для развития проектов; анализ устойчивости развития проектов в течение года и награждение победителей. Описана реализация проекта: НАО «САЛЮС» и МИНЦ учредили с 2018 г. серию периодических международных наград «за технологические решения, способствующие устойчивому развитию человечества»; первый конкурс завершён в 2019 г. - из 126 представленных проектов (из 14 стран мира, 19 городов) прошли многоступенчатую международную экспертизу и стали победителями 31 проект (из 5 стран, 10 городов). Проекты представляют 10 технологических направлений: натуральное и товарное хозяйство, добыча и очистка воды, охрана природы и экологической среды человека, чистая промышленность, транспорт и транспортировка, возобновляемые альтернативные источники энергии, использование и потребление энергии, генная инженерия и биотехнология, медицина и здравоохранение, физическая культура и спорт, социальная сфера и быт. Приведены примеры наиболее интересных проектов из различных технологических направлений: диспергаторы и нано-технологии в различных областях промышленного производства на основе нового состояния вещества, источника альтернативной, возобновляемой и устойчивой энергии - плазменного квантового конденсата; инновационные исследования в области сверхнизких температур в медицине (криотехнология). Описан пример синергетического эффекта от взаимодействия науки и бизнеса на пути от открытия явления до промышленного использования разработанной технологии.

XXII. ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ . 41. Информация 

XXII. ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ. Указатели 2020 г. 



ISSN 1608-8298 (Print)