В статье представлен материал, посвящённый столетию выдающегося учёного современности, патриарха водородной энергетики, основателя международной водородной ассоциации IAHE, основателя международного журнала по водородной энергетике IJHE, профессора Т. Н. Везироглу.

Проф. Т. Н. Везироглу большую часть своей жизни посвятил развитию водородной энергетики, войдя в историю, как основоположник и лидер сообщества учёных и специалистов, работающих над воплощением концепции построения водородной экономики, в которой основными источниками энергии и энергоносителями стали бы материалы и технологии, не оказывающие непоправимых губительных воздействий на окружающую среду. В частности, проф. Т. Н. Везироглу совместно с президентом IAAEE А. Л. Гусевым, в период с 2000 по 2021 годы принимал самое активное участие в создании Концепции Альтернативной Энергетики и Экологии, создании и развитии Международного научного журнала «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE), являясь Почётным Главным редактором этого журнала и активным автором журнала. В эти годы он участвовал в международном научном проекте «Водородные сенсоры» (ISTC#1580) в качестве колаборатора проекта от США, опубликовал более 25 работ в области водородной энергетики. Совместно с А. Л. Гусевым им организованы международные форумы: IFSSEHT-2000; IFSSEHT-2003; IFSSEHT-2006; WCAEE-2006 и многие другие.

Подойдя к своему столетнему юбилею, проф. Везироглу стал не просто патриархом водородной энергетики, а ее визитной карточкой, центром международной кооперации усилий по становлению новой энергетической парадигмы: неограниченного использования чистой энергии на основе водородных технологий.

Статья исследует перспективы использования естественного света в световодных системах освещения как нового поколения устройств. Работа охватывает принципы дневного освещения, факторы эффективности, предлагая рекомендации для проектирования. Описывается система Light Channel с использованием программного обеспечения TracePro для оптического проектирования. Рассматривается применение солнечного концентратора для снижения потерь освещенности в световодах, особенно в подземных зданиях. Выводы предоставляют основу для повышения эффективности световодных систем освещения.

В статье представлен материал по прогнозу развития мировой энергетики до 2040 года, отмечаются перспективы роста доли электроэнергии в конечном потреблении энергии, транспортный сектор, являясь основным загрязнителем окружающей среды города, остается основным потребителем моторного топлива в перспективе с переходом на биотопливо и газомоторное топливо, на электрический и гибридный привод транспортного средства; показана активация производства энергии в России от возобновляемых источников энергии, объясняются темпы прироста производства ВИЭ в мире и в России, которые обусловлены значительной господдержкой развития ВИЭ; показаны дальнейшие планы действий по снижению парниковых выбросов, согласно которым будет развиваться и совершенствование технологий добычи газа и нефти, и поддержка развития ВИЭ, возможное использование ветродвигателей для распределенных потребителей ветровой энергии, затрудненность эксплуатации ветродвигателей в условиях города ввиду ограниченности свободных пространств на размещение, наличие свободных потоков ветра береговой зоны, показаны достоинства ветровой микрогенерации в качестве ресурса энергосбережения. Показаны перспективы и конструктивные разработки эксплуатируемых в настоящее время ветродвигателей, отличающихся расположением оси вращения (горизонтальной или вертикальной), их достоинства и экологические недостатки горизонтально-осевых ВЭУ, к которым отнесена необходимость использования устройств по увеличению частоты вращения вала – мультипликаторы с большим передаточным числом (увеличение скорости вращения в системе «вал ветроколеса – вал генератора». Предложен новый принцип ветровой микрогенерации для низкоскоростных потоков ветра, представлена конструктивная схема генерирующего устройства для ветродвигателя, имеющего малую скорость осевого вращения, описан принцип преобразования. Рассмотрены конструктивные особенности представленного генерирующего устройства для возможного его использования, как источника возобновляемой энергии в ограниченных пространств в городской среде и условий эксплуатации в прибрежной зоне города.

В данной работе рассматривается задача синтеза двухконтурной системы управления для трехфазного инвертора напряжения, предназначенного для использования в автономной системе электроснабжения. Подобный DC/AC преобразователь является неотъемлемым звеном в системах электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии в качестве первичных, и, соответственно, должен удовлетворять требованиям на качество генерируемой электроэнергии. Данные требования обеспечиваются за счет схемотехнических решений, а также с помощью построения высокоточных систем автоматического управления. В работе предложен метод расчета параметров ПИ-регуляторов с резонансными составляющими, основанный на использовании метода разделения движений и позволяющий осуществить независимую настройку компонент регуляторов. При этом введение резонансной составляющей обеспечивает высокую точность слежения для заданной основной гармоники сетевого напряжения и селективное подавление внешних гармонических воздействий. Предложенный подход позволяет синтезировать САР, значительно улучшающую качество выходных параметров инвертора напряжения.

Предложен новый принцип построения энергоэффективных и малогабаритных конденсаторных DC-DC преобразователей способных выполнить не только функцию преобразования выходного напряжения нескольких различных по выходным параметрам альтернативных источников постоянного напряжения, имеющих общую заземленную шину, но и обеспечить сложение их мощностей в общей нагрузке. Предложен принцип многотактного построения СПКП, обеспечивающий дополнительное улучшение их массогабаритных показателей в условиях увеличенной мощности альтернативных источников. Показано, что эффект достигается кратным увеличением частоты преобразования отдельных модулей СПКП и практическим исключением громоздкого выходного конденсатора благодаря резкому уменьшению и кратному увеличению частоты первой гармоники суммарного выходного тока. Получены аналитические выражения, позволяющие произвести расчет параметров реактивных элементов СПКП, произвести анализ и количественную оценку их коэффициента полезного действия.

Предложен новый принцип построения малогабаритных конденсаторных DC-DC регуляторов, обеспечивающих энергоэффективное преобразование и многозонное регулирование выходного напряжения альтернативных низковольтных источников энергии. Он заключается в поочередном изменении низковольтных поддиапазонов регулирования путем дискретного изменения количества резонансных цепочек, участвующих в преобразовании повышающего конденсаторного DC-DC преобразователя в сочетании с плавным изменением уровня заряда его первой цепочки маломощным классическим ШИМ регулятором постоянного напряжения. Улучшение энергетических свойств регулятора достигается многозонным регулированием и мягкой коммутацией транзисторов силовой цепи конденсаторного DC-DC преобразователя. Исследованы энергетические свойства предлагаемых DC-DC регуляторов. Показано, что с увеличением числа резонансных цепочек в составе конденсаторного DC-DC преобразователя, наблюдается тенденция роста КПД регулятора. Для рассмотренных в работе схем с классическими Buck и Boost ШИМ регуляторами получены и исследованы регулировочные характеристики и проведена сравнительная оценка их коэффициента полезного действия. Сравнительный анализ энергетических и конструктивных свойств показывает значительное упрощение на три полупроводниковых и два реактивных элемента, а также рост КПД, в среднем по диапазону регулирования на 1,5 % в схеме с Boost ШИМ регулятором.

Стоимость защиты современных ядерно-технических установок составляет 20-30 % стоимости сооружения. Поэтому оптимизация состава радиационно-защитных материалов является важным мероприятием с целью снижения общей стоимости радиационной защиты при максимальных показателях защитных свойств материалов. При этом значительный вклад в минимизацию затрат на сооружение ОИАЭ вносит использование природных ресурсов, месторождения которых находятся вблизи этих объектов.

В качестве защитных материалов при использовании радиационных технологий важную роль играют композитные радиационно-защитные материалы (РЗМ) с матрицей (стекло, полимеры, цемент и др.), в состав которой вводятся различные наполнители. При этом появляется возможность проектировать оптимальный состав наполнителей применительно к планируемым условиям облучения, которые определяются изотопным составом радиоактивных загрязнений. В качестве наполнителей можно использовать как природные материалы, так и отходы промышленного производства, что способствует решению проблемы их удаления (в данном случае их утилизации).

В статье приведены результаты расчетно-экспериментальных исследований образцов природных минералов из северной части Вьетнама, представляющих один из этапов комплекса исследований радиационно-защитных свойств природных минералов и их комбинаций, а также промышленных отходов для оценки потенциальной возможности их использования в составе строительных материалов для радиационной защиты объектов использования атомной энергии (ОИАЭ), которые проводятся более 10 лет на кафедре «Атомные станции и ВИЭ» УрФУ.

Для расчетного определения радиационно-защитных свойств минералов с помощью базы данных XCOM были определены плотности образцов методом Архимеда с помощью плотномера MH-300A, а также исследован химический состав образцов с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (X-ray fluorescence spectrometry) в лаборатории Управления по ядерным материалам Египта (г. Каир). Экспериментальные исследования экранирующих свойств образцов проводились с помощью спектрометрической установки «Роботрон» с использованием гамма-источника цезий-137.

Результаты исследования 8 образцов природных материалов показали, что зеленый гранит (образец GG 8.2) может быть использован в качестве наполнителя бетона при сооружении АЭС и других объектов использования атомной энергии во Вьетнаме.

Природный газ – один из ключевых энергоносителей в мировой энергетике XXI века, роль которого с каждым годом возрастает, благодаря его эксплуатационным характеристикам. В будущем водородное топливо должно заменить природный газ. Водород – самое эффективное и экологически чистое топливо. В России разработана технология адиабатической конверсии метана (АКМ), позволяющая получать метано-водородное топливо (МВС) с содержанием водорода до 50 %. Эта технология существенно упрощает промышленный процесс получения водорода, поскольку он не требует получения кислорода и происходит при более низких температурах (до 680 °С).

Целью статьи является обоснование эффективности участия АЭС в комбинировании с водородным комплексом в покрытии пиков электрической нагрузки в энергосистеме по критерию скорости отпуска пиковой мощности с учетом рабочего ресурса наиболее важных составляющих ротора турбоагрегата – рабочих лопаток и дисков.

Современные условия развития атомной энергетики в России предъявляют к атомным станциям требования маневренности. В частности, это продиктовано энергетической стратегией развития России на перспективу до 2035 г., в которой поставлена задача о привлечении АЭС к участию в регулировании суточной неравномерности электрической нагрузки в диапазоне до 50 % от номинальной мощности. Кроме этого, атомные станции будут привлекаться к участию в первичном регулировании частоты, что будет обязывать их нести разгрузочный режим работы в течение суток. Поскольку АЭС в энергосистеме всегда несут базисную нагрузку, то все эти обстоятельства вынуждают искать способы обеспечения базисной нагрузкой. Традиционным решением являлось использование гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Но из-за специфики их сооружения связка АЭС+ГАЭС не эффективна. Более эффективно использование водородного комплекса на основе электролизного получения водорода и кислорода с целью их использования для перегрева рабочего тела в паротурбинном цикле АЭС в пиковые периоды электрической нагрузки в энергосистеме. При этом критически важным является оценка скорости отпуска пиковой мощности по критерию рабочего ресурса наиболее важных составляющих ротора турбоагрегата – рабочих лопаток и дисков. В статье на основе известных методик и моделей по усталостному износу выполнена оценка рабочего ресурса рабочих лопаток и дисков первой ступени ротора ЦВД, как наиболее подверженных циклическому износу на примере турбины К-1000-60/1500 в условиях использования паро-водородного перегрева свежего пара.

Работа посвящена разработке устройства для защиты витковой изоляции трансформаторного оборудования и ветрогенераторов. С целью повышения надёжности эксплуатации энергетических систем, установок получения возобновляемой энергии и устройств хранения энергии. В работе представлены результаты экспериментальных исследований параметров прототипа частотнозависимого устройства. А также оценка эффективности подавления предложенным устройством высокочастотных импульсных перенапряжений. Показаны результаты четырёх измерений, результаты которых сравнивались между собой и результатами ранее проведённых компьютерных моделирований. Показана высокая эффективность предлагаемого устройства в воздействии на крутизну и амплитуду коротких высокочастотных импульсов перенапряжений. Показано, что параметры, предложенные ранее при моделировании, позволяют эффективно использовать устройство. Приведён краткий анализ альтернативных способов и средств защиты, а также рассмотрены перспективы применения устройства в качестве защитного оборудования для ветроэлектростанций.

Электрохимическое хранение водорода считается наиболее безопасным способом по сравнению с другими формами хранения, поэтому в последнее десятилетие оно привлекло значительное внимание исследователей. Пористые среды на основе углерода обладают множеством преимуществ, способствующих адсорбции в них водорода. В представленной работе исследуется возможность использования активированного угля, полученного из скорлупы кокосового ореха, для адсорбции водорода путем установления его физических и химических характеристик. Раскрыта процедура, используемая для характеристики. Площадь поверхности Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ), средний размер кристаллов активированного угля составил 51,7 м2 /г, а средний размер кристаллов с помощью рентгеновской дифракции (XRD) составил 10,69 нм соответственно, что сопоставимо с опубликованными данными в литературе. На иллюстрации автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии обнаружено наличие хорошо развитых пор на поверхности образца активированного угля. Спектр инфракрасного анализа с преобразованием Фурье (FTIR) использовался для определения существования основных функциональных групп. Ультрафиолетово-видимая спектроскопия (УФ-В) используется для подтверждения наличия перехода π- π* внутри активированного угля. Работая в том же направлении, представленная работа представляет собой экспериментальное исследование по хранению ионного водорода в электроде из активированного угля, интегрированном в топливный элемент с модифицированным обратимым полимерным электролитом (PEMFC) для транспортных применений. Вход и выход водорода в разработанном PEMFC активной площадью 6,25 см2 успешно сохраняет 559,65 мАч/г во время зарядки и выдает 510,51 мАч/г при разрядке. Анализ результатов показал, что активированный уголь на основе скорлупы кокосового ореха может стать подходящим кандидатом для хранения водорода.

Вопросы применения технологии цифровых двойников на сегодняшний день являются актуальными в различных сферах экономического развития, не исключение и электроэнергетика. Электроэнергетика – отрасль со сложной структурой. Люди не всегда способны оперативно обработать огромный объем данных, выявить зависимости и принять оптимальное решение, поэтому без цифровых технологий невозможно конкурировать в современных реалиях. В статье рассматривается разработка и применение алгоритмов определения типов повреждений основного оборудования на основе технологии цифровых двойников. Определение режима повреждения основано на методе анализа аналоговых и дискретных сигналов, присутствующих в технологической сети передачи данных. В результате проведенных исследований разработаны, апробированы и внедрены алгоритмы цифрового двойника релейной защиты и автоматики на действующей ГЭС. Цифровой двойник направлен на сокращение времени обнаружения и локализации неисправностей и повреждений основного оборудования, а также на повышение информативности о режимах работы устройств релейной защиты и автоматики. Полученные результаты могут быть внедрены в существующую автоматизированную систему управления ГЭС для улучшения процесса принятия решений. Гибкая конфигурация позволяет не только адаптировать алгоритмы к любому оборудованию, но и расширить их функциональность.

В настоящей работе проведено исследование образования магнитных вибраций в электрических машинах с дробными зубцовыми обмотками и постоянными магнитами, предлагаемыми в качестве тягового привода электротранспорта. В рамках исследования рассмотрена конструкция магнитной системы с расположением постоянных магнитов на цилиндрической поверхности ротора. Анализ проведен с использованием метода гармонических составляющих. Получены выражения, описывающие создание радиальных сил, являющихся причиной возникновения вибраций при гладком немагнитном зазоре. Результаты, полученные в настоящей работе, можно использовать при проектировании рассматриваемого класса тяговых двигателей электротранспорта.

Казахстан является одной из стран мира, наиболее пострадавших от изменения климата и нехватки воды. Последствиями стало изменение режима осадков, более частые экстремальные температуры и увеличение засушливости. Водную безопасность большинство стран мира связывают с важностью научных инвестиций, форсайт-исследований в программы адаптации к глобальному изменению климата, антропогенных чрезвычайных событий, увеличением частоты и продолжительности наводнений, засух и пожаров, с ростом населения, интенсивности сельского хозяйства, индустриализации, приводящей к снижению уровня грунтовых вод. Влажность почвы на уровне корней снижается, усиливая процессы опустынивания и засоления почв. В связи с этим стратегией многих стран становится увеличение инвестиций в программы научных исследований воды-почвы, прямая кооперация с совместными научно-практическими исследованиями агентств чрезвычайной безопасности и сельского хозяйства, широкое вовлечение населения в совместные программы с учеными-исследователями. В представленном обзоре проанализированы и предложены варианты усиления устойчивого развития Казахстана с более эффективным использованием водных ресурсов и развитием внутреннего водородного рынка. В Казахстане рассматриваются варианты регионов производства водорода, в том числе на Западе Казахстане, Мангистауской области, с использованием воды Каспийского озера. Альтернативный вариант, обсуждаемый в данном обзоре, связан с созданием мощностей по производству водорода в Северном Казахстане, где будет использоваться часть воды от 16,5 куб. км воды, ежегодно уходящей в Северный Ледовитый океан из Казахстана через Россию. Кроме того, в Северном Казахстане имеются мощности по производству электроэнергии, уголь. В кооперации с Россией может быть использован природный газ, а также водные ресурсы России, в том числе из Северного Ледовитого океана. Изменение климата, повышение температуры ведет к повышению уровня океанов – прибережные зоны океанов, острова будут уходить под воду. Стимулирование развития технологий по использованию вод из сточных рек, впадающих в океаны, становится актуальным во многих странах мира.

Угольная генерация долгое время была и по сей день является одним из лидеров в мировом производстве электроэнергии. По данным Международного энергетического агентства на текущий момент доля угольной генерации составляет около 39 % . Не смотря на общемировой тренд – декарбонизацию, глобальная выработка энергии с использованием угля неуклонно растет. В 2019 году рост угольной генерации составил около 1,5 %. На 2019 год мировые доказанные запасы угля сосредоточены в США (23 %), Российской Федерации (15 %), Австралии (14 %) и Китае (13 %) и составляют около 1070 миллиардов тонн. Потребление высокосернистых вязких мазутов в качестве растопочного, резервного или основного топлива приводит к выбросам помимо токсичных оксидов серы, азота и углерода, но и таких вредных веществ как бенз(а)пирен и пентаоксид ванадия. При образовании оксидов серы растет температура точки росы уходящих газов, что приводит к образованию серной кислоты и, как следствие, к частым ремонтам хвостовых частей котельных агрегатов из-за их коррозии. В статье представлен обзор современных технологий растопки пылеугольных котельных агрегатов, а также представлена оригинальная технология электровоспламенения и опыт внедрения на действующих энергопредприятиях.

В процессе эксплуатации энергоблоков АЭС в трубопроводах различных систем происходит накопление радиоактивных отложений, создающих впоследствии высокие дозовые нагрузки на персонал, выполняющий работы по демонтажу данных трубопроводов в рамках ремонта или вывода из эксплуатации энергоблоков АЭС.

Приведены экспериментальные результаты абразивной очистки металлических поверхностей от накопившихся загрязнений, имитирующих радиоактивные отложения пароводяных контуров ядерно-энергетических установок. Проведено сравнение качества очистки поверхностей различными абразивными составами с применением стандартизированного визуального метода. Даны рекомендации о дальнейших шагах по развитию методов бездемонтажной внутритрубной абразивной дезактивации.

Актуальность работы заключается в исследованиях способов, средств, режимов и условий включения локальных систем электроснабжения с малой генерацией в состав сети внешней электроэнергетической системы (ЭЭС). При этом работа локальных систем электроснабжения в ЭЭС становится возможной только при внедрении новых подходов к управлению средствами автоматизированного режимного и противоаварийного управления при преодолении существующих технических барьеров на пути осуществления параллельной работы с ЭЭС.

В статье в общем описаны способ и техническое средство решения задачи надежного и эффективного энергоснабжения потребителей при развитии технологий малой распределенной генерации, при формировании на их базе локальных систем энергоснабжения (ЛСЭ). Предлагается малозатратная интеграция ЛСЭ в существующие электрические сети систем централизованного энергоснабжения с режимом параллельной работы генераторов в общей сети при управлении специальной противоаварийной и режимной автоматикой, качественное преобразование ЛСЭ в локальные интеллектуальные системы электроснабжения (ЛИСЭ, Minigrid).

Полноценное внедрение ЛИСЭ в существующую энергосистему для малой распределенной генерации является эволюционным этапом её развития, поскольку это позволит объектам малой энергетики работать не только в автономном режиме, но и в составе региональной централизованной электроэнергетической системы, благодаря чему у них появляются дополнительные технические эффекты, прежде всего по обеспечению надежности электроснабжения потребителей.

Известно, что наибольший приход энергии Солнца на поверхность имеет место при нормальном падении на неё солнечных лучей. Однако, системы слежения за положением Солнца и ориентации солнечных установок (трекинга) требуют электрических приводов, весьма энергозатратны, дороги и ненадежны в эксплуатации.

Целью данного исследования является разработка силового модуля на основе диалотометрического эффекта в жидкостях и твёрдых телах для создания пассивного солнечного трекера, а также выбор жидкости и поиск эффективных полимерных добавок для создания композитных рабочих тел в системах трекинга.

Экспериментально показано, что наибольший эффект изменения объема в диапазоне температур от 20 до 80 0 С имеет чистый этиловый спирт. Другие органические жидкости (масла, антифризы) также могут использоваться в системах пассивного солнечного трекинга. Добавление твердых полимерных добавок к жидкой фазе не приводит к усилению эффекта объемного расширения.

Показано, что в результате нагрева жидкости в замкнутом объеме гидроцилиндра диаметром 20 мм могут быть перемещены массы весом до 10 кг.

На основании исследований предложена концепция силового модуля пассивного солнечного трекера.

Одним из наиболее сложных и ответственных видов автоматики в электрических сетях с синхронной генерацией, к которым относятся и генерирующие установки на водородном топливе, является автоматика ликвидации асинхронного режима. Моделирование входных сигналов, соответствующих точным настройкам данной автоматики для проверки правильности её функционирования, является непростой задачей. Это связано с тем, что необходимо моделировать точные параметры траектории измеряемого вектора сопротивления в асинхронном режиме, описываемой окружности (радиус, координаты центра в комплексной плоскости сопротивлений, направление вращения, скорость и т. д.), в то время, как доступные инструменты, встроенные в испытательные устройства, часто не поддерживают такие параметры напрямую. Для решения этой проблемы авторы представляют подход к моделированию мгновенных значений токов в линии и фазных напряжений во время асинхронного режима. Все предложенные решения позволяют сократить время ввода в эксплуатацию автоматики ликвидации асинхронного режима и, тем самым, повысить качество и скорость испытаний.

Самарский университет совместно с компанией «Силовые машины» займется разработкой технологий для первой отечественной газотурбинной установки на метано-водородном топливе.