Целью представленной работы, которая была представлена на конференции [1], является обзор современных агривольтаических систем, технологий производства зелёного водорода с помощью солнечной энергии и возможностей совместного применения этих систем.

Для повышения надежности энергоснабжения в автономных энергетических системах требуется расши­рение временного диапазона регулирования. Это необходимо для создания адекватного резерва ресурсов, спо­собного компенсировать пиковые нагрузки и эффективно управлять резервной мощностью. В настоящее время существует два ключевых метода решения данной проблемы. Первый метод основан на математическом мо­делировании предполагаемого уровня солнечной инсоляции путем анализа исторических данных о реальных уровнях инсоляции в прошлом. Второй метод опирается на актуальные прогнозы инсоляции, разработанные с учётом глобальных и региональных климатических исследований и прогнозов. Помимо этого, совершенст­вование систем сбора климатической информации посредством наземных и космических средств наблюдения способствует увеличению точности метеорологических прогнозов, что делает их применимыми в практических задачах энергетической отрасли.

Работа посвящена исследованию возможностей повышения точности среднесрочного прогнозирования энерговыработки солнечными электростанциями с использованием метеорологических данных и кластерно­го анализа метеорологических условий. Основная цель исследования проверить эффективность косвенного метода прогнозирования, который основывается на открытых метеорологических данных, таких как солнечная инсоляция и облачность.

В статье исследуется использование глобальных климатических моделей для прогнозирования энерговыра­ботки солнечных электростанций. Приводится методика расчета прихода солнечной радиации на поверхность, расположенную под углом к горизонту.

Представлены результаты экспериментов, проведенных на действующей солнечной электростанции ФСНИЭС-65, расположенной на южном фасаде учебного корпуса Уральского федерального университета в Екатеринбурге. В ходе эксперимента сравнивались прогнозные значения солнечной инсоляции и облачности, полученные с помощью климатической модели Integrated Forecast System (IFS), с фактической энерговыработ­кой солнечной электростанции за среднесрочный период. Были построены графики зависимости фактической и прогнозной мощности, а также рассчитаны отклонения прогноза.

Результаты показывают высокую точность климатических моделей в среднесрочном прогнозировании и возможность их использования для снижения затрат на компенсацию недовыработки энергии солнечными элек­тростанциями

В данной работе представлены результаты экспериментального исследования солнечной станции, под­ключенной к сети, установленной на фасаде Уральского энергетического института (Россия, г. Екатеринбург). За 3 месяца эксплуатации в осенне-зимний период ФЭС произвела свыше 20000 кВ*т  электрической энергии, обеспечивая освещение 3500 кв. метров коридоров учебного корпуса (не имеющих естественного освещения); позволила верифицировать разработанные модели оценки выработки энергии по данным метеорологических прогнозов; снизить эмиссию диоксида углерода более, чем на 8 тонн.

В статье представлены результаты исследований характера изменения графика зависимости температуры стенки от плотности теплового потока, по которому установлено, что независимо от положения трубы и направ­ления течения жидкости при сверхкритических давлениях и t ~ t , наступает режим с улучшенной теплоотда­чей. Наступление улучшенного теплообмена при достижении температурой внутренней поверхности стенки псевдокритической температуры исследуемой жидкости (н-гептана), несомненно, свидетельствует о влиянии изменения теплофизических параметров на процесс теплоотдачи. В указанных условиях все теплофизические свойства, резко изменяясь получают свои экстремальные значения. Причем, с удалением от критического дав­ления, как показывают результаты исследований теплофизических свойств, в области псевдокритической тем­пературы темп изменения физических параметров заметно ослабляется, что должно оказать определенное вли­яние на теплообмен.

В данной статье представлены результаты исследований физических свойств гидрогенизированных аморфных тонких пленок сплавов a-Si_1-xGex:H и a-Si_1-xC_x:H, полученных плазма-химическим осаждени­ем. Определены оптические константы (n, n1, a, R, d) и ширина запрещенной зоны исследуемых пленок (E₀ = 1,05-3,00 эВ). На основании исследования оптических свойств различных режимов осаждения (Т_под, d, H₂), температура подложки, толщина пленок и уровень гидрогенизации сплавов характеризуются раз­личными структурными фазами. С изменением технологических параметров получаются также различные структурные и полимерные фазы кристаллитов: нанотрубки, нанопроволока, наночастицы, квантовые ямы, квантовые точки, графены, графиты, графины, фуллерены, алмазные частицы, кластеры и др.

Структура осажденных пленок hk-SkH является смешанной-двухфазной и состоит из нанокристаллитов hk-SkH, «распределенных» в аморфной сетке. Отжиг кристаллических пленок при температуре 700 ^оС увеличи­вает размер кристаллитов до 50-100 А^о в диаметре, а проводимость изменяется слабо. Также при введении водо­рода в аморфную пленку кремния при низких температурах (Ts < 100 °C) с более высоким содержанием водорода (~ 30 атм. % и более), материал содержит избыток группы SiH3, а также несколько больше водорода в поли­мерном виде (SiH2)n. Концентрация углерода и водорода в пленках a-Si_1-xC_x:H зависит от условий осаждения и исходной газовой смеси SiH₄, CH₄, H₂. В зависимости от выбора режимов с повышением концентрации водорода H₂ и CH₄ пленки осаждаются в полимерном виде.

Проанализированы возможности применения технологии плазмохимического осаждения пленок a-Si1 _xGex:H (x= 0-1), нелегированных и легированных PH3 и B2H6, для использования их в p-i-nструктурах солнечных элементов. Рассмотрены оптические свойства, также определено количество водорода, содержащегося в данной пленке. Найдено, что свойства пленки сильно зависят от состава и уровня гидрогенизации. Количество атомов водорода в пленках варьировали путем изменения составов газовой смеси и измеряли ИК поглощение для пленок a-Si:H и a-Ge:H. На основе пленок a-Si:H и a-Si₀88Ge₁₂:H изготовлены трехслойные солнечные элементы с площадью элемента 1,3 см² и эффективностью (£) 9,5%.

Получение удобных для хранения, транспортировки и использования энергоносителей для прямого использования в энергетике и транспорте является одной из актуальных задач. В настоящей работе экспериментально-теоретическими методами оценивается энергоэффективность технологии периодического действия получения этанола из сахаросодержащего сырья на этапах сбраживания и ректификации.

В данной работе была экспериментально исследована промышленная термоэлектрическая установка после продолжительного времени работы на реальном объекте. Сделан вывод по причинам несоответствия и дегра­дации полупроводниковых структур. Предложены методы оптимизации конструкции данных установок путем создания пассивной системы терморегуляции.

В ходе выполнения работы для проведения экспериментов и выявления воспроизводимости были собраны 3 экспериментальных стенда. Также было изучено воздействие ультразвуковых колебаний на процесс электро­лиза. Для достижения результата были решены следующие задачи:

1. Выполнен литературный обзор отечественных и зарубежных патентов по устройствам электролитиче­ского разложения воды при воздействии ультразвука.
2. Разработана экспериментальная установка для раздельного получения водорода и кислорода.
3. Разработаны методики измерения объёма и давления газов, выделяющихся в процессе электролиза.
4. Выполнена оценка погрешностей измеряемых величин. Погрешность по измерению давления газа Брау­на составляет ±0,3%; объёма выделившегося водорода ±3,32 см³;
5. Проведены экспериментальные исследования по установкам при токах от 3 до 8 А при подведении уль­тразвука фиксированной частоты низкочастотного ультразвукового диапазона.
6. Использование водорода и газа Брауна возможно в системах хранения химической энергии для последу­ющего преобразования в электрическую либо в ДВС на гидратированном топливе.

Для утилизации пищевых отходов, количество которых увеличивается с каждым годом, в рамках проекта РНФ № 22-49-02002 (https://rscf.ru/project/22-49-02002/) была разработана экспериментальная установка для темновой ферментации органических отходов. Данное исследование направлено на оценку влияния кратности подачи предобработанного в АВС субстрата на эффективность получения биоводорода в процессе темновой ферментации. Согласно полученным данным, кратность подачи предобработанного в АВС субстрата в реактор темновой ферментации имеет существенное влияние на динамику образования биоводорода из органического вещества: снижение кратности подачи приводило к уменьшению амплитуды при увеличении среднего значения объемного выхода биоводорода (на 18% до 0,62 л/(л • ч) при снижении кратности в 3 раза). Таким образом увеличение частоты подачи субстрата позволяет снизить суточные колебания выхода биоводорода при одновременной интенсификации процесса темновой ферментации.

Накопление органических отходов, в том числе побочных продуктов животноводства и пищевых отходов, представляет собой серьезную экологическую проблему, и в то же время органические отходы являются крупным источником возобновляемой энергии. Для утилизации органических отходов в рамках проекта РНФ № 22-49-02002 (https://rscf.ru/project/22-49-02002/) была разработана экспериментальная установка для
двухстадийной анаэробной биоконверсии органических отходов для производства биоводорода на стадии темновой ферментации и биометана на стадии метаногенеза. Данное исследование направлено на оценку влияния применения микробной электролизной ячейки на интенсивность производства биометана из эффлюента реактора темновой ферментации при двухстадийном анаэробном сбраживании предобработанной в АВС модели пищевых отходов. Согласно полученным данным, применение микробной электролизной ячейки в системе двухстадийного анаэробного сбраживания предобработанной в АВС модели пищевых отходов позволяет повысить выход газообразных носителей водорода в виде биометана на 57% при разнице потенциалов на электродах МЭЯ 1,2 В. Энергетический вклад темновой ферментации в общий объемный энергетический выход составлял 58,8-66,2%. Таким образом применение микробной электролизной ячейки с разницей потенциалов 1,2 В позволяет повысить энергетический выход системы двухстадийного анаэробного сбраживания предобработанной в АВС модели пищевых отходов на 33%.

В настоящее время при рассмотрении проблемы влияния энергетики на изменение климата международное сообщество считает основным фактором, определяющим парниковый эффект и, как следствие, повышение тем­пературы геосферы планеты техногенное повышение содержания в атмосфере углекислого газа. В то же время хорошо известно, что главным парниковым газом, обеспечивающим температурную стабильность планеты, яв­ляются присутствующие в составе атмосферы пары воды.

В данной работе сделана попытка учета дополнительного усиления парникового эффекта с учетом паров воды, поступающих в атмосферу вследствие энергетического производства на электростанциях разного типа, использующих разные виды топлива (газ, уголь, мазут, уран).

Целью работы является расширенное рассмотрение всех основных источников поступления газовых про­дуктов, сопровождающих энергетическое производство, для выбора перспективных технологических решений, препятствующих дальнейшему усилению парникового эффекта и изменению климата.

В работе представлены материалы исследований взаимодействия заряженных частиц и электромагнитных волн в разработанной авторами плазменной установке «Магнитный V диполь». Экспериментально доказано, что увеличение тока в специально сформированном электромагнитном результирующем поле возникает в результате параметрического резонанса и фазовых преобразований электрической энергии, кинетической энергии заряженных частиц и магнитной энергии. Формируется петля тока, в которой образуются бифилярные токи разнополярных частиц, что ведет также к увеличению тока, нарастающего с каждым циклом вращения плазмоида вокруг центра масс системы. Процесс стабилизируется в фазе излучения электромагнитной энергии, которую можно снимать на нагрузке в виде электроэнергии. В экспериментальных запусках установки получена прибавка мощности на 42% от мощности питания не в резонансном режиме и на 142% в резонансном режиме.

Способ и установка успешно применены к разрушению кристаллической решетки минералов, промышленных отходов с разделением полезных компонентов и экстракции металлов. Разработан способ плазменного резонансного электролиза и проведены экспериментальные исследования по осаждению золотосодержащей пульпы. Экспериментально показана возможность получения газообразного водорода с применением высокочастотного плазменного резонансного электролиза. Процесс может быть встроен в установку MVD.

В ходе выполнения работы для проведения экспериментов и исследования эффективности была доработана ранее разработанная установка и выполнены экспериментальные исследования в диапазоне расходов от 0,4 до 1,15 л/с для греющей и нагреваемой сред для расчетной температуры кипения промежуточного теплоносителя в закрытых двухфазных вакуумированных водонаполненных термосифонах, равной 60 °С.
Установлено, что для передачи тепла использование термосифона в наклонном положении более эффективно. Показано, что влияние наклона на мощность термосифонного теплообменника зависит от режима кипения рабочего тела максимально при работе в пузырьковом кипении и минимально при работе в снарядном и гиперснарядном режимах.

Использование электроэнергии для отопления позволяет решить проблему накопления и последующего использования «ночной» электроэнергии в часы провалов графика нагрузки энергосистемы с применением двухтарифного принципа ценообразования. Расчеты с использованием нестационарного теплового баланса многоквартирного дома в г. Екатеринбурге с электроотоплением показали возможное снижение финансовых затрат на отопление на 3,86-5,18 руб./м² при перегреве строительных конструкций здания на 2-3 ^оС по сравнению с электроотоплением без перегрева в ночной период.

Эффективность системы электроотопления заметно возрастает при небольшом перегреве здания в ночной период на 1-4 ^оС, что практически не оказывает влияния на комфортность режима проживания.