Предлагаемые разработки в области волновых электростанций – ВЭЛС являются продолжением темы публикации «Метод преобразования энергии волн в электроэнергию» в журнале «Альтернативная энергетика и экология» № 19-21 2017г. По материалам этой статьи был изготовлен действующий прототип гироскопического преобразователя энергии угловых перемещений, который подтвердил практическую работоспособность предложенной концепции преобразования энергии угловых перемещений в электроэнергию с помощью силовых гироскопических модулей. В ходе испытаний были выявлены недостатки, присущие предложенному конструктиву. Учитывая полученные результаты, были разработаны две инновационные конструкции ВЭЛС: а) «Гироскопический преобразователь энергии морских волн», которое представляет собой устройство активного поплавкового типа без механических, гидравлических и пневматических передаточных звеньев. Преобразование энергии качания на волновой поверхности воды в электроэнергию осуществляется посредством разработанного инновационного, сферического, колебательного электрогенератора. Стабилизация ротора электрогенератора в пространстве относительно колеблющегося вместе с корпусом – поплавком статора осуществляется силовым гироскопическим блоком. Применение предложенной схемы преобразования позволяет значительно повысить КПД и снизить массогабаритные показатели по сравнению с уже существующими конструкциями. Устройства предназначены для работы как в заякоренном режиме, так и в режиме свободного плавания. Аналоги по назначению: имеют ряд существенных недостатков – малый КПД, неудовлетворительные массогабаритные показатели, не транспортабельность, сложное обслуживание и ремонт, помехи судоходству и рыболовству. Это значительно сдерживает широкое применение волновых электростанций. Например: Pelamis Wave Power — «морские змеи». Состояние разработки: Патент RU 2 688 857 С1 Международная заявка PCT /RU2019/000403 Изготовлен действующий прототип устройства, подтвердивший его работоспособность. Технологии, необходимые для изготовления: для изготовления предложенного преобразователя энергии морских волн в электроэнергию не требуется супер технологий. Изготовление может быть организовано на производственной базе имеющей современное станочное и технологичное оборудование. Область применения: ввиду того, что ниша волновых электростанций на настоящий момент фактически свободна, область применения предлагаемого преобразователя чрезвычайно широка. По всему мировому океану – там, где их применению соответствуют волноветровые характеристики. Ожидаемый эффект от применения: волны океана способны ежегодно генерировать 80 тысяч ТВт*ч электроэнергии. Для эффективного освоения этой потенциальной энергии – предназначена настоящая разработка.
б) «Стационарный преобразователь энергии морских волн». Суть изобретения: разработано инновационное устройство активного поплавкового типа без механических, гидравлических и пневматических передаточных звеньев. Преобразование энергии качания на волновой поверхности воды в электроэнергию осуществляется посредством разработанного инновационного сферического колебательного электрогенератора. Разработанные поплавки предназначены для установки на волновые платформенные электростанции типа Wave Star Energy (Дания), которая вырабатывает электроэнергию за счёт энергии подъёма и опускания поплавков на волновой поверхности моря. Полная энергия морской волны состоит из суммы кинетической энергии подъёма и опускания условного водоизмещающего тела и энергии угловых перемещений условного водоизмещающего тела, причём и та и другая энергия равны по величине. Предлагаемая конструкция поплавка, включающая в себя сферический линейный генератор, позволяет суммировать энергию подъёма – опускания поплавка и энергию угловых перемещений поплавка. Аналоги по назначению: существующие аналоги используют для выработки электроэнергии только энергию подъёма и опускания водоизмещающего тела на поверхности волны. Например: Wave Star Energy (Дания).
Технологии необходимые для изготовления: для изготовления предложенного преобразователя энергии морских волн в электроэнергию не требуется супер технологий. Изготовление может быть организовано на производственной базе, имеющей современное станочное и технологичное оборудование. Область применения: ввиду того, что ниша волновых электростанций на настоящий момент фактически свободна, область применения предлагаемого преобразователя чрезвычайно широка. Прибрежные зоны мирового океана. Ожидаемый эффект от применения: применение предлагаемых поплавков в составе платформенных волновых электростанций позволяет увеличить их производительность по электроэнергии на 100%.

Порошкообразные термоэлектрические материалы Bi_2-xHo_xTe_2,7Se_0,3 (x = 0; 0,001; 0,0025; 0,005) получали методом сольвотермального синтеза. Показана возможность получения наноматериалов на основе теллурида висмута, легированного гольмием. Изучено влияние концентрации гольмия на параметры кристаллической решетки, морфологию и средний размер синтезируемых частиц. Методом искрового плазменного спекания были получены объемные материалы Bi2-xHoxTe2,7Se0,3. Все полученные образцы были текстурированы, кристаллографическая ось текстуры (0 0 l), направлена параллельно направлению приложение давления в процессе компактирования. Развитие текстуры подтверждается сканирующей электронной микроскопией и рентгенофазовым анализом. Зерна в текстурированных образцах образуют упорядоченную пластинчатую структуру, а пластинчатые листы лежат в плоскости, перпендикулярной направлению прессования. Увеличение концентрации гольмия приводит к увеличению степени текстурирования. Были изучены термоэлектрические свойства объемных материалов Bi_2-xHo_xTe_2,7Se_0,3.

Одним из путей повышения эффективности энергоустановок, в том числе на АЭС, может стать использование в их составе водородных энергетических комплексов и водородно-кислородных парогенераторов. Это может осуществляться путем производства водорода и кислорода методом электролиза и их дальнейшего использования в технологических схемах энергоблоков в виде тепловой энергии. Основополагающим при оценке эффективности такого использования водородных технологий является эффективность сжигания водорода в кислородной среде при различных схемно-параметрических условиях. В данной работе исследованы процессы горения с точки зрения оценки эффективности сгорания водородно-кислородной смеси при различных давлениях и избытке окислителя. Для этого на основе экспериментальных данных, полученных на 4-х секционной жаровой трубе, была верифицирована расчетная модель процессов горения водородно-кислородной смеси, в том числе тепломассообмена в граничных условиях эксперимента. Показано, что увеличение давления продуктов сгорания приводит к заметному уменьшению недожога водорода. Максимальный эффект наблюдается в третьей секции жаровой трубы (уменьшение на 56.72%), а минимальный – в первой секции (уменьшение на 7.58%). При этом среднее удельное снижение недожога водорода в сечениях I-IV жаровой трубы в пределах рассматриваемого давления составило 8.13, 17.41 и 31.34 %/МПа соответственно. Увеличение избытка окислителя приводит к закономерному уменьшению недожога водорода. При этом максимальное снижение достигается при степени избытка окислителя равной 2 в третьей секции жаровой трубы (снижение на 58.86 %). В то же время наблюдается усиление положительного эффекта от повышения давления. При этом в первых двух секциях жаровой трубы наблюдается наибольшая зависимость от увеличения коэффициента избытка окислителя. Максимальное относительное снижение недожога водорода достигается при давлении 6 МПа и составляет 24.46% и 43.5% при степени избытка окислителя 1.5 и 2 соответственно.

В работе рассмотрен вариант среднетемпературной модульной пиролизной установки с использованием для энергетического производства пиролизной жидкости с использованием предварительной воздушной конверсии пиролизной жидкости в синтез-газ, с последующей подачей его в батарею электрохимического генератора. Электрическая мощность установки 100 кВт, сетевого подогревателя 126 кВт. Методами физико-химического моделирования и составления энергетических балансов определены основные энергетические характеристики установки. Показано, что удельный расход пиролизной жидкости на производство электрической энергии 108 гр/кВт∙ч (169 гр у.т./(кВт∙ч)), а тепловой 30 кг/ГДж (197 кг у.т./Гкал). Коэффициент использования топлива 46,4%.
Удельные расходы натурального и условного топлива данной установки несколько выше удельных расходов топлива на электрических станциях, работающих на углеводородных природных топливах, но, в тоже время, существенно ниже, чем у автономных дизель-электрических станций. Даны рекомендации по использованию пиролизной жидкости для выработки электрической и тепловой энергии с использованием высокотемпературного топливного элемента на базе ТОТЭ.

Развитие мировой водородной отрасли как части новой энергетики в большой степени сдерживается невысокой эффективностью конверсии и синтеза водорода и высокой стоимостью конечного сырья. Аналогичные проблемы, а также проблемы транспортировки испытывает мировая торговля. Новым методом, который способен повысить инвестиционную привлекательность высокорисковых проектов производства водорода, является применение технологий токенизации на базе цифровых финансовых активов (ЦФА) или секьюрити/ютилити-токенов, как они называются в традиционной англоязычной практике. Токены выпускаются на популярном блокчейне (напр. Ethereum) и являются независимым инструментом расчетов и гарантий, к которому привязан смарт-контракт (возможно, этапный), включающий определенный вид договора, и параметры уникального токена-ключа. Существуют пилотные проекты токенизации и в отраслях традиционной сферы, например, горнодобывающей – это сложные инструменты фандрайзинга (привлечения финансирования) и расчетов между участниками сделки. В статье рассматриваются разные варианты применения ЦФА для стимулирования развития водородной сферы для целей снижения нагрузки на государства как регулятора, в т.ч. через привлечение массовых инвестиций, а также применение ЦФА для автоматизации товаро-транспортной работы на будущем массовом рынке водорода и перспективы построения адекватной регуляторной среды для данного инструмента.

Анаэробное сбраживание является эффективным способом переработки органических отходов с получением биогаза. При этом одной из стадий анаэробного сбраживания является темновая ферментация, позволяющая получить биоводород. Для увеличения биодоступности и эффективности массообмена между частицами субстрата и гидролитиками и, как следствие, увеличения эффективности темновой ферментации, целесообразно проводить предварительную обработку органического отхода различными методами. Одним из наиболее перспективных и энергоэффективных методов подготовки субстрата к анаэробному сбраживанию, в том числе и к темновой ферментации, является обработка его в аппарате вихревого слоя ферромагнитных частиц (АВС). Однако, не все аспекты применения АВС в системах предобработки субстратов анаэробного сбраживания были рассмотрены в полной мере: для внедрения аппарата вихревого слоя в систему темновой ферментации органических отходов необходимо определить в том числе и энергетические характеристики АВС при различных режимах его работы, а полученные данные должны быть использованы при разработке энергетического баланса системы анаэробной переработки. Таким образом, целью данной работы является экспериментальное определение тепловых эффектов предобработки субстратов темновой ферментации в АВС при различных режимах его работы с использованием методологии поверхности отклика. Для достижения поставленной цели была разработана и создана экспериментальная установка, которая позволила провести эксперимент по построенной в 8 Design-Expert матрице эксперимента, основанной на центральном композиционном дизайне (CCD). Полученные модели и их поверхности отклика имеют коэффициент детерминации более 0,99, что говорит об их адекватности. Коэффициент преобразования электроэнергии в теплоту на катушке АВС в среднем нахо- дится на уровне 0,54±0,11, а коэффициент полезного использования теплоты АВС для нагрева исходного субстрата – 0,42±0,06, что говорит о высоком потенциале использования отбросной теплоты. Таким образом, полученные модели тепловых эффектов предобработки субстратов темновой ферментации в аппарате вихревого слоя можно использовать для определения как непосредственно внесенной в исходный субстрат теплоты в процессе предобработки, так и теплоты, отведенной теплообменником для поддержания рабочего режима АВС. При этом теплоту, отведенную теплообменником возможно использовать как источник низкопотенциальной теплоты.

Изучена деградация отходов с содержанием нитроцеллюлозы около 75% и влажностью 80% в строго анаэробных условиях при различных температурных условиях. Проверена возможность разложения нитроцеллюлозы под действием аборигенной анаэробной микрофлоры донных отложений шламонакопителя без дополнительного источника органических веществ, а также при дополнительном внесении источника биогенных веществ, послеспиртовой барды - отхода спиртового производства. С целью интенсификации процесса разложения НЦ содержащих отходов было исследовано применение анаэробных консорциумов мезофильных и термофильных микроорганизмов из действующих промышленных анаэробных биореакторов. Показано, что нитроцеллюлоза, накапливаемая в шламонакопителях, не претерпевает никаких изменений и остаётся взрывоопасной десятки лет. Стимуляция дополнительным источником биогенных элементов и развитие аборигенной микрофлоры позволило снизить концентрацию нитроцеллюлозы на 44 % за 100 суток в анаэробных условиях и температуре процесса 35 °C. Применение мезофильного биокатализатора с объемной загрузкой 30 % (от объема жидкой фазы биореактора) и температурой анаэробного процесса 35 °C снижает концентрацию нитроцеллюлозы на 39 %. Максимальное разложение НЦ достигается при внесении термофильного биокатализатора с объемной загрузкой 30 % (от объема жидкой фазы биореактора) с эффективностью разложения НЦ 99% за 100 суток. Константа скорости разложения НЦ с помощью термофильного биокатализатора составила 0,0248 сут1, в то время как период полураспада НЦ – 28 суток.

В связи с обострением кризиса энергоресурсов, важное место занимает вопрос создания энергоэффективных систем с использованием вторичных энергоресурсов. Воздухообмен в помещения рассчитывается исходя из необходимости обеспечения минимальных санитарно-эпидемиологических норм и создания комфортных условий пребывания, труда и других видов жизнедеятельности. Программный комплекс универсальных вычислительных программ открывает новые уникальные возможности в проектировании, которые позволяют с максимальной точностью предугадать исход события, повышая качество проектирования. Разработана физико-математическая модель стационарных естественно-конвективных и принудительных турбулентных режимов течения вязкого теплопроводного воздуха в помещении. При поиске оптимальной системы вентиляции в цехе печей руководствовались, в первую очередь, нормативными документами, которые создают граничные условия, внутри которых ведется поиск решения. Расчёты проводились для нескольких характерных вариантов подачи воздуха в здание.