Вследствие особой актуальности создания и введения в эксплуатацию новых производств возобновляемых источников энергии и энергоэффективных технологий чрезвычайно важным вопросом является инвестиционная оценка масштабных проектов разработки и внедрения таких технологий. Настоящая статья нацелена на разработку метода оценки инвестиций в источники энергии, относящиеся к категории возобновляемых. В статье проанализирована актуальность проблемы изменения структуры генерации электроэнергии с целью увеличения доли низкоуглеродной генерации. Определена потребность в мощностях низкоуглеродной генерации. Рассмотрены критерии выбора местоположения ветроэнергетических установок. Изучена стоимость и себестоимость ветроэнергетических установок в производстве. Рассчитана экономическая эффективность инвестиционного проекта производства ветроэнергетических установок. Сделан вывод о целесообразности производства ветроэнергетических установок в современных экономических условиях. Предложенный авторами метод оценки инвестиций может быть масштабирован на процессы инвестиционного анализа других проектов, связанных с возобновляемыми источниками энергетики, включая водородную энергетику.

Водород как энергоноситель представляет собой промежуточное звено на пути трансформации отходов в источники энергии. Продемонстрированы возможности оптимизации процесса получения водорода из лигнина, пшеничной соломы и хвойных опилок в условиях кислотогенеза при 20 °С и 35 °С с применением гибридного подхода, основанного на сочетании физико-химических и микробиологических процессов. Кислотогенную активность биокатализатора удалось повысить не менее, чем на 40%, в результате его культивирования при рН 5,5 в течение 35 суток. Отказ от делигнификации и проведение комбинированной окислительной деполимеризации отходов в сочетании с кислотным гидролизом и термолизом обеспечило эффективный перевод органических веществ в растворенную форму, из них 22-36% представляли собой восстанавливающие сахара. Быстрее всего биогаз и водород накапливались при 35 °С в ходе биотрансформации предобработанной пшеничной соломы. Для получения водорода из сосновых опилок и лигнина рекомендована замена не менее 25% ХПК основного субстрата на глицерин. В оптимальных условиях в непрерывном режиме в UASB-реакторе выход биогаза составил 0,75 л/л реактора/сутки с содержанием водорода 50-67%.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью поиска новых путей утилизации твёрдых коммунальных отходов (ТКО) и развития технологий производства низкоуглеродного водорода в рамках перехода к устойчивой энергетике. Исследование посвящено обоснованию возможности вовлечения ТКО в процесс производства водорода на действующих теплоэлектростанциях (ТЭЦ). Цель работы заключается в оценке эффективности интеграции комплекса по производству водорода путем газификации ТКО в тепловую схему действующей парогазовой ТЭЦ. В качестве метода исследования используется математическое моделирование энергетического оборудования в САПР «United Cycle». Объектом исследования выбрана Южная ТЭЦ-22 города Санкт-Петербурга. В ходе выполнения исследования показано, что интеграция комплекса по производству водорода в состав действующей ТЭЦ не оказывает влияния на электро- и теплоснабжение существующих потребителей. Установлено, что внедрение комплекса способствует повышению энергетической эффективности парогазового блока независимо от морфологического состава перерабатываемых отходов до 11,1% при отсутствии охладителя синтез-газа. Показано, что интеграция охладителя синтез-газа в тепловую схему парогазового блока обеспечивает дополнительный энергетический эффект за счёт повышения коэффициента использования теплоты топлива (КИТТ) до 12%.

Процесс получения водорода с помощью применения тепловой энергии был изучен экономическим, технологическим и практическим способом. Получение водорода происходит с помощью природного газа способом паровой конверсии метана.

Метан улавливается и вступает в процесс приготовления водорода. Этот процесс выполняется путем термолиза метана в солнечном реакторе при высоких температурах. В данном процессе солнечная энергия является источником тепла. Выполняется электролиз воды при температуре от 700 до 1000 °C с целью извлечения водорода из воды. Далее происходит полное разложение метана путем крекинга.

Произведено сравнение методик процесса получения водорода. Описано применение данного химического элемента в промышленности в качестве энергетического носителя. Доказана эффективность промышленного применения водорода с использованием солнечной энергии.

Цель исследования – извлечение водорода технологией ионообменных мембран с применением солнечного электролизера.

Научная работа была выполнена двумя методами: прямое подключение фотоэлектрической системы к водородному анализатору и косвенный анализ водорода с помощью солнечного электролиза. Система солнечного электролиза включает в себя решетки с фотоэлементами и автоматический МРРТ контроллер поиска максимальной мощности. Для устойчивой круглосуточной работы контроллера на максимальной мощности применяется DC преобразователь постоянного тока. Данный преобразователь подает анализатору необходимый ток. Солнечно-водородные энергосистемы, которые применяют солнечный электролиз, содержат резервуары с водой. В дневное время происходит выработка электрической энергии, которая в дальнейшем употребляется при расщеплении воды на кислород и водород. В ночное время накопленный в резервуарах водород применяется для получения электрической энергии.

Метод прямого подключения к анализатору менее эффективен по сравнению с косвенным анализом. Недостатком прямого подключения является нестабильность излучения солнечных лучей в течение дня. Эффективность косвенного анализа выражена в добавлении гидроксида калия. Это повышает ионизацию электролита и соответственно улучшает поток водорода.

Переход на кислородно-топливные энергетические циклы для совместного производства электроэнергии и водорода является перспективным направлением снижения выбросов углекислого газа в атмосферу в энергетическом секторе. В настоящей работе описан разработанный кислородно-топливный энергетический комплекс с интегрированной установкой паровой конверсии метана на базе цикла SCOC-CC для производства электроэнергии и водорода с нулевыми выбросами CO₂ в окружающую среду. В ходе термодинамического исследования было выявлено, что при увеличении производства водорода на выходе установки ПКМ с 0 кг/с до 1,33 кг/с коэффициент использования теплоты топлива кислородно-топливного комплекса с интегрированной установкой ПКМ на базе цикла SCOC-CC выше на 1,71-6,14%, чем у аналогичного комплекса на базе цикла Аллама. Это обусловлено тем, что при использовании кислородно-топливного комплекса с интегрированной установкой ПКМ на базе цикла SCOC-CC расход метана, подаваемого в печь риформера, уменьшается на 0,26-0,92 кг/с относительно ближайшего аналога.

Структура цены электрической энергии стимулирует снижение пиков ее потребления. Для этого используются накопители. Выбор накопителя основывается, однако, лишь на усредненных показателях потребления.

Для нахождения коммерчески целесообразного накопителя необходим детальный анализ графика потребления. 

Создана численная модель процесса накопления и отдачи энергии в режиме «шаг за шагом» с учетом снижения энергоемкости накопителя в зависимости от количества и глубины циклов заряд-разряд.

С помощью модели осуществлено нахождение минимума оплаты электрической энергии путем варьирования отбора ее от внешней сети.

Построен алгоритм расчета минимально возможной оплаты электрической энергии при предполагаемом графике потребления в рамках 4-й ценовой категории.

Представленный метод позволяет минимизировать затраты на оплату электрической энергии, рассчитать срок окупаемости накопителя и дальнейшую экономию от его использования.

Проведён анализ оптимального энергосберегающего управления. С помощью метода синтезирующих переменных проанализировано существование решения задачи оптимального управления. Разработана программная и позиционная стратегии управления, исследована устойчивость системы оптимального управления. Построены модели оптимального управления нелинейными объектами, объектами с распределёнными параметрами, оптимального управления при воздействии возмущений и помех. Показано, что применение вектора синтезирующих переменных при исследовании устойчивости систем энергетического управления с позиционной стратегией позволяет визуализировать процесс анализа на множестве состояний функционирования, строить области устойчивости и области, где система устойчива с требуемой вероятностью.

Современное человечество стремится к прогнозированию природных явлений и процессов, чтобы своевременно подготовиться к потенциальным угрозам. Однако многие события наступают внезапно, не оставляя времени для принятия молниеносных, незамедлительных мер. Встает вопрос: насколько общество готово к таким неожиданным катастрофам, которые могут уничтожить целые поселения и города? Ответ на этот вопрос требует осмысления роли искусственного интеллекта и возможностей природы восстановить собственную гармонию.

На протяжении всей сознательной истории люди стремятся обезопасить себя и своих близких, включая домашних животных, от множества угроз. Тем не менее глобальные катастрофы ставят под сомнение способность человечества самостоятельно обеспечивать устойчивость своей среды обитания.

Автоматизация и управление природными процессами и явлениями с помощью созданных новейших технических систем, средств и устройств человеком становятся важной составляющей этой стратегии. Созданные на сегодняшний день технологии в своей перспективе имеют возможность и позволят, применив их, минимизировать риски, оптимизировать использование природных ресурсов и поддержать экологическое равновесие, учитывая прямое воздействие вредных выбросов и отходов технологических производств на состояние окружающей среды.

Помимо этого, важной задачей становится помощь в восстановлении и поддержании природного баланса при сохранении существующего миропорядка и уклада с дальнейшим развитием и выполнением национальных планов страны. Это требует комплексного подхода, объединяющего технологические, экологические и социальные стратегии.

Вместе с тем важным остается философский вопрос: что произойдет, если природа с рождения стремится к восстановлению своего изначального состояния, напоминающего рай на Земле? Возможно ли и допустимо ли предоставить природе эту возможность? В контексте такого обсуждения возникает необходимость разработки концепции совместного сосуществования человека и природы, которая предполагает сохранение реальности с некоторыми корректировками.

Эти корректировки должны учитывать виды деятельности, зарекомендовавшие себя как устойчивые и согласованные с логикой природных процессов и жизненных потребностей человечества. В частности, когнитивное моделирование и автоматизированные системы управления природными процессами и явлениями становятся важным инструментом для изучения возможных сценариев взаимодействия человека, природы и технологий.