В настоящее время, по мере увеличения спроса на электроэнергию во всех секторах, существует острая необходимость во внедрении альтернативных возобновляемых источников энергии в современные энергосистемы. Возобновляемые источники энергии, которые состоят из солнечной (фотоэлектрической, PV), ветровой и гидроэнергии, являются ключевыми альтернативными источника «зеленой энергии». Благодаря научно-техническому прогрессу стоимость фотоэлектрических преобразователей солнечной радиации неизменно снижается высокими темпами, что дает возможность строить солнечные электростанции достаточно большой мощности. В ближайшие десятилетия солнечная энергетика станет стимулом для экономического развития стран, которые обладают максимальным «солнечным» ресурсом. Республика Таджикистан является одной из таких стран, которая обладает высоким потенциалом солнечной энергии.

В статье представлен анализ ресурсы и потенциал солнечной энергии в условиях Республики Таджикистан. Выполнено исследование электромагнитных переходных процессов в сетях с фотоэлектрическими солнечными электростанциями. Представлены основные уравнения, имитационная модель и выполнены расчеты переходных процессов с учетом изменения напряжения на шинах постоянного тока. Предложен алгоритм управления системы автоматического регулирования выходных параметров. Проведен анализ динамических и статических режимов при параллельной работе солнечной электростанции с сетью. Построена структурная схема и компьютерная модель в пакете MATLAB совместно с Simulink и Power System Blockset.

Концепция смешанных хладагентов появилась в течение последних нескольких десятилетий, начиная с середины 20-го века, благодаря своим превосходным теплофизическим свойствам по сравнению с базовыми жидкостями. Он в основном используется в качестве теплоносителя в теплообменном оборудовании, таком как теплообменники и термоэлектрические системы охлаждения. В настоящем исследовании был проведен анализ физико-термодинамических свойств и различных параметров с учетом 10 г смешанного хладагента пропана и изобутана при различном соотношении составов. Все результаты представлены для моделирования, выполненного при температуре около 300-350 К и диапазоне давлений от 3 МПа до 7 МПа. В результате они пришли к выводу, что с повышением температуры удельная теплоемкость смешанного хладагента уменьшается. Аналогично, теплопроводность увеличивается с увеличением температуры для смешанного хладагента при разных составах. Кроме того, поскольку давление изменяется от 3 МПа до 7 МПа при сохранении постоянной температуры на уровне 350 К, удельная теплоемкость уменьшается на 5,2%, а теплопроводность следует противоположной тенденции и увеличивается на 6,9%.

Источниками производства электроэнергии в России являются в основном ископаемые виды топлива, богатые углеводородными ресурсами страны и атомные электростанции. Страна обладает огромным потенциалом возобновляемых источников энергии, которые еще предстоит полностью освоить. В этом исследовании оценивался технико-экономический потенциал системы PV/ Wind / DG / Battery для интеграции в Екатеринбург и другие сельские районы вокруг этого анклава. При моделировании системы использовалось программное обеспечение «Гибридная оптимизация нескольких энергетических ресурсов», при анализе использовались некоторые финансовые показатели, такие как приведенная стоимость энергии (LCOE) и чистая приведенная стоимость (NPC). Результаты ежемесячного производства электроэнергии показывают, что в общей сложности 75 469 кВт*ч / год электроэнергии было произведено с помощью гибридной системы. Фотоэлектрическая система произвела 29 405 кВт / ч в год, что составляет 39% от общего объема электроэнергии, произведенной за год. Ветровая система также произвела 23 291 кВт*ч / год, что также составляет 30,9% от общего объема электроэнергии, вырабатываемой в год, в то время как система ДГ произвела около 22 773 кВт*ч / год, что составляет 30,1% от общего объема электроэнергии, вырабатываемой гибридной системой. Было произведено избыточное количество электроэнергии в размере 2353 кВт*ч / год, что составляет около 3,12% от всей годовой выработки электроэнергии. Система зафиксировала LCOE в размере 0,356 доллара США / кВт*ч, NPC в размере 255 478,80 долларов США и эксплуатационные расходы (OC) в размере 9 409,72 долларов США. Полученный результат будет слишком дорогим, если будет реализован на выбранных финансовых условиях. Однако проведенный анализ чувствительности показывает, что стоимость энергии может быть значительно снижена, если некоторые выбранные финансовые переменные будут изменены.

Получение питьевой воды в зонах, где полностью отсутствуют водные ресурсы (даже загрязненные или соленые воды) является чрезвычайно важной и сложной проблемой. В тоже время в присутствующем повсеместно атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара. Атмосфера Земли содержит значительное количество водяного пара в дополнение к сухим газам, таким как кислород, азот, углекислый газ и т.д. В среднем концентрация водяного пара составляет около 3% от массы воздуха (4% в объеме), а остальные сухие газы.

Однако известные методы получения пресной воды из содержащихся в воздухе паров имеют чрезвычайно низкую эффективность, сложны в реализации и не находят в последние годы широкого применения в практике. В тоже время климатологические исследования указывают, что максимальное количество паров воды появляется в воздухе в ночные часы, однако естественная скорость их конденсации является чрезвычайно низкой. Эффективность конденсации можно значительно повысить, используя методы искусственного охлаждения, что требует наличия внешнего источника энергии. Возможен путь получения требуемой энергии от возобновляемых источников (например – солнца) в дневной период и аккумулирования ее для использования в ночной период в рефрижираторных системах конденсации.

В данной работе представлены экспериментальные результаты получения питьевой воды, особенно в областях без какого-либо источника воды, таких как пустыня, с использованием метода конденсации влаги в воздухе с помощью компрессионной холодильной системы – фотоэлектрической системы. Результаты экспериментального исследования показали, что компрессионно- охладительная - фотоэлектрическая система производит около 6,5 литров пресной воды в день, потребляя при этом 0,7 кВт*ч / л энергии.

Полученные результаты в десятки раз превышают эффективность процессов естественного (конвективного) извлечения воды из воздуха и имеют затраты энергии более низкие, чем на получение пресной воды путем термической дистилляции из морской воды 0,72 кВт*ч / л.

Обоснована роль ядерной энергетики в решении экологических проблем. Приведены источники энергии с самым низким объемом выбросов CO₂ с учетом выбросов в течение всего энергетического жизненного цикла (гидроэлектростанции, АЭС и ветряные электростанции). Обосновано преимущество АЭС среди этих источников энергии. Приведены данные по состоянию атомной энергетики в настоящее время. Сформулированы системные проблемы современной ядерной энергетики, использующей в подавляющем большинстве реакторы на тепловых нейтронах. Обобщены требования к перспективной ядерной энергетике XXI века. Представлена информация о форуме GIF (the Generation IV International Forum), созданном в 2001 г. Описаны два основных варианта обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ): однократный цикл, при котором топливо используется только один раз (открытый ядерный топливный цикл – ЯТЦ), после чего хранится как отходы, и многократный с переработкой ОЯТ и возвращением в цикл неиспользованного урана и накопленного плутония (замкнутый ЯТЦ). Проведена оценка возможности использования реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем в составе ядерных энергетических систем четвертого поколения, в решении проблем топливообеспечения и минимизации объемов радиоактивных отходов. Приведены сведения о двухкомпонентной структуре генерирующих мощностей на тепловых и быстрых реакторах, объединяемой замкнутым ЯТЦ, которая может обеспечить решение системных проблем ядерной энергетики (накопление ОЯТ, обращение с радиоактивными отходами) и кардинальное повышение эффективности использования природного урана. Обобщены результаты анализа воздействия АЭС с реакторами БН-600 и БН-800 на окружающую среду и персонал. Представлены возможные варианты компоновок реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. Обосновано преимущество интегральной компоновки с точки зрения повышения безопасности. Приведены основные характеристики реактора БН-1200, обеспечивающие безопасность, малоотходность, отсутствие ограничений по сырьевой базе на длительный период времени. Описаны конструкционные особенности быстрых натриевых реакторов, обеспечивающие их высокую безопасность для персонала и окружающей среды.

Подчеркнута безусловность обеспечения безопасности персонала и населения при использовании атомной энергии. Обоснована важность создания эффективной защиты от ионизирующих излучений. Актуализирована значимость принципа оптимизации, как одного из основных принципов радиационной безопасности, при проектировании состава биологической защиты. Приведены требования к материалам, используемым для сооружения защиты. Обоснована актуальность исследований свойств местных минералов для оценки возможности их использования в составе биологической защиты объектов использования атомной энергии (ОИАЭ), сооружаемых в разных странах. Приведены основные направления исследований по оптимизации радиационной защиты, проводимых специалистами кафедры «Атомные станции и ВИЭ» УрФУ. Одним из таких направлений являются расчетно-экспериментальные исследования и оптимизация состава радиационно-защитных материалов, адаптированных к конкретному изотопному составу радиоактивных загрязнений систем ОИАЭ. В качестве примера в статье представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований свойств базальтов месторождений Республики Египет с целью оценки возможности использования их в составе строительных материалов при сооружении защиты от ионизирующих излучений.

Описано происхождение исследуемых образцов базальта. Представлены характеристики базальта (форма залежей базальта, расположение пластов и их размеры) в различных месторождениях Египта. Описано оборудование и технология проведения химического анализа образцов базальта. Приведены результаты анализа химического состава и спектрометрического анализа удельных активностей естественных радиоактивных примесей (тория, калия-40, радия) в образцах базальта. Описано оборудование и технология экспериментальных исследований радиационно-защитных свойств образцов базальта. Приведено обоснование выбора радиоактивных изотопов для проведения экспериментальных исследований образцов базальта. Представлены результаты определения массовых коэффициентов ослабления для образцов базальта и свинца (в качестве эталонного материала) с помощью сцинтилляционного детектора NaI(Tl). Представлены результаты экспериментальных исследований линейных и массовых коэффициентов ослабления γ-излучения изотопов ¹³⁷Cs и ⁶⁰Co ¹⁵²Eu образцами базальта. Приведено сравнение экспериментальных данных с расчетными, полученными с использованием программы XCOM.

При использовании смешанных органических отходов в микробном сообществе реактора темновой ферментации происходит автоселекция микроорганизмов, наиболее приспособленных к данному биополимерному составу субстрата. В этом исследовании были использованы 6 субстратов, моделирующих разные биополимеры (белки, жиры, углеводы) и их смеси, для обогащения адаптированных к данным субстратам водород-продуцирующих бактерий из необработанного активного ила. С помощью высокопроизводительного секвенирования показано, что независимо от использованного субстрата, в микробном сообществе доминировал филум Firmicutes (67-100%). При использовании субстратов, богатых углеводами, микробное разнообразие было низким и в основном представлено родами Ruminococcus (26-90%) и Thermoanaerobacterium (6-67%). Темновая ферментация жиров и белков характеризовалась большим микробным разнообразием. При использовании жиров в наибольшей степени развивались Thermoanaerobacterium (21%), Thermobrachium (19%), Tepidiphilus (16%) и Acetomicrobium (14%), при использовании белков – Thermobrachium (34%), Acetomicrobium (16%) и Clostridium sensu stricto 7 (12%). Различные микробные сообщества и субстраты приводили к различиям в характеристиках процесса и метаболических путях. Максимальным был выход водорода из крахмала и составил 138 мл/г органического вещества с 60,4 % содержанием водорода в биогазе. Доминирование рода Ruminococcus, предположительно, внесло основной вклад в производство водорода. Согласно анализу стабильных изотопов ¹³С небольшие количества метана при темновой ферментации белков и жиров были образованы Methanothermobacter и Methanosarcina по преимущественно водородотрофному типу метаногенеза.

В статье рассматриваются вопросы особенности пространственно-временного распределения основных характеристик скорости ветра на территории Сюникского марза Республики Армения. Для анализа использованы данные «Службы по гидрометеорологии и активному воздействию на атмосферные явления» МЧС Республики Армения за период 50 лет и более (1966–2018 гг.) на 7 метеорологических станциях.

На основе статистического анализа определены значения норм месячной и годовой скростей ветра, проведен анализ пространственной и временной изменчивости их исследуемых характеристик. Для расчета годового значения скорости ветра неизученных территорий получены корреляционные зависимости между величиной скорости ветра и высотой места. Построена карта распределения годового значения скорости ветра.

Выполненный анализ пространственного изменения характеристик скорости ветрового режима показал разнообразие, обусловленное пересечённостью местности, где рельеф оказывает большое влияние на распределение характеристик скорости ветра. Средняя годовая скорость ветра на исследуемой территории колеблется от 1,1 до 7,7 м/сек: наибольшие средние скорости ветра наблюдаются на Сисианском и Воротанском перевалах, особенно летом, наименьшие средние скорости ветра – в Мегри, особенно осенью и зимой. С высотой растет скорость ветра. Вертикальный градиент средней годовой скорости ветра в нижней зоне составляет –0,25 м/сек/100 м, а в верхней зоне –0,75 м/сек/100 м. На территории Сюника хорошо выражен суточный ход скорости ветра, а годовой ход отличается неоднозначными закономерностями. В Сюникском марзе скорость ветра в течение дня растет в дневное время и максимум в теплое, послеобеденное время, а начиная с полуночи до раннего утра, скорость ветра снижается и достигает минимума.

Для оценки динамики изменения скорости ветра были выделены три периода (1966-1985, 1986-2000, 2001-2018 гг.). Как по месяцам, так и за год наблюдается неоднородная динамика изменения средних значений скорости ветра.

Полученные результаты могут быть использованы при планировании развития ветроэнергетики на территории Сюникского марза, разработке ветроэнергетических кадастров территорий, климатическом обслуживании отраслей народного хозяйства, корректировке строительных нормативов.

В литосфере планеты находится большое количество водорода, связанного с другими химическими элементами. При извлечении их с целью промышленного использования и при взаимодействии с кислородом атмосферного воздуха эти соединения образуют воду. Характерным примером таких веществ являются углеводородные соединения, широко используемые в современной энергетике в качестве топлива.

Образующиеся при этом пары воды являются дополнительным источником пресной воды, извлечено из геологических формаций. Однако отсутствие технологий улавливания этих паров в настоящее время приводит к дополнительному увлажнению атмосферы, что способствует развитию на планете парникового эффекта.

В работе на основании анализа стехиометрических уравнений реакций окисления в воздухе энергетических топлив (бензин, дизельное топливо, газовое топливо, древесина) и искусственных, преобразованных из биомассы и каменного угля топлив (этанол, метанол и пр.), а также водорода, выполнено сравнение удельного потребления воздуха и эмиссии паров воды в продуктах сгорания.

Для предельной температуры процесса, определяемой достигнутыми свойствами конструкционных материалов современного двигателестроения (1400 0С) определены коэффициенты избытка воздуха для различных видов топлив, реальные объемы потребления воздуха, топлива, эмиссии паров воды.

Теоретически показано высокое потребление атмосферного воздуха при использовании водорода и газового топлива, наименьшее у традиционных моторных топлив (бензин, дизель).

Обоснована целесообразность полезного использования продуктов окисления органических топлив и водорода для получения пресной воды – разработка технологий эффективного извлечения паров воды из газовых продуктов сгорания (окисления) энергетических топлив может способствовать созданию дополнительного крупного источника пресной воды, соизмеримого с другими природными источниками и будет способствовать повышению энергетической и экологической эффективности объектов традиционной энергетики.

Представленная в работе методика анализа является универсальной и может быть использована при анализе любых существующих и вновь создаваемых топливных композиций.

Областью исследования являются электроприводы транспортных средств сельскохозяйственного назначения. Зачастую, небольшие фермерские хозяйства используют несоизмеримый с потребностями транспорт, как правило, для личного передвижения, перевозки небольших по массе грузов, тяжёлого оборудования или продукции, используется один и тот же автомобиль, приобретённый по принципу перевозки возможного самого тяжёлого груза, даже если это бывает крайне редко. Предлагается использовать для личного передвижения и перевозки небольших грузов электромобиль, работающий на аккумуляторных батареях. В статье описана система зарядки аккумуляторных батарей, которая была разработана и реализована на базе экспериментальной модели электромобиля «Ока-Э». Эта система является эксклюзивной, так как предлагаемый уровень напряжения аккумуляторных батарей не соответствует известным зарубежным и отечественным аналогам и сочетается с установленным электронно-преобразующему оборудованием, имеющимся на российском рынке. Разработана и рассчитана кинематическая схема для электромобиля сельскохозяйственного назначения, в соответствии с которой демонтирован бензиновый двигатель и установлен стандартный асинхронный электродвигатель, подключённый к узлу сцепления и оригинальной коробке переключения передач. Разработана и изготовлена новая система управления частотно-преобразующим устройством, с сохранением привычных для водителя органов управления. Определён алгоритм зарядки тяговых аккумуляторных батарей, разработана электрическая схема зарядного устройства для аккумуляторов электромобиля. Рассчитана их ёмкость, в соответствии с техническими параметрами электромобиля. Произведено сравнение аккумуляторных батарей и их выбор. Проведены экспериментальные исследования по зарядке аккумуляторной батареи разработанным зарядным устройством, проведены ходовые испытания. Основными достоинствами предлагаемого электромобиля является низкие эксплуатационные затраты, связанные с дешёвым обслуживанием механической части, высокой степенью надёжности силового агрегата и электронно-преобразующих устройств, низкой стоимостью электроэнергии, которая может быть получена от собственной солнечной электростанции или централизованного электроснабжения с использованием ночного тарифа. Основными потребителями могут быть фермеры, зоотехники, агрономы, почтальоны и другие служащие.

Вибрации оборудования и трубопроводов являются существенным фактором, определяющим выход элементов электростанций и самих трубопроводов из строя. Около половины всех нарушений в работе трубопроводов обусловлены именно воздействием вибрации. Одна из причин ее появления – взаимодействие перемещаемой среды со стенками трубопровода. Решением в таком случае могут выступать либо устройства, демпфирующие вибрацию, либо предупреждающее ее. Рассматриваемые в данной работе вставки-завихрители для трубопроводов с двухфазной средой предотвращают появление вибрации за счет более равномерного распределения фаз по сечению и длине трубы. Экспериментальные вставки были смоделированы в компьютерном программном комплексе САПР SolidWorks для 3d-печати, а также для предварительных испытаний в виде компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование потока однофазной жидкости производилось при помощи модуля Flow Simulation. Итогом работы является созданная на 3d-принтере вставка для испытаний на гидродинамическом стенде. По результатам, которые будут получены впоследствии экспериментально на стенде можно будет судить об эффективности завихрения, вероятности отрыва среды от стенки вставки и результирующем сопротивлении, что также немало- важно для трубопровода с двухфазными средами из-за межфазных переходов.

Было выполнено моделирование вставок с различным количеством направляющих канавок. С помощью 3d-принтера были напечатаны прототипы, с помощью которых возможен первичный анализ эффективности вставки с конкретной геометрией на экспериментальном стенде.