Рассмотрен вопрос возможности использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, энергосбережения и энергообеспечения для отдельного экономически самостоятельного региона России, развивающегося в условиях рыночных отношений.  Обоснована актуальность подготовки высококвалифицированных кадров по направлению «Возобновляемые источники энергии» для энергетических предприятий Краснодарского края. Рассмотрены особенности энергетики на основе нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.  Приведены в качестве примера успешно функционирующие предприятия, на которых используются нетрадиционные и комбинированные установки энергоснабжения. 

В статье представлена история проблемы обоснования надежности гидроузлов, математического моделирования уникальных гидроэнергетических объектов. Выполнена оценка параметров стальной оболочки и арматуры турбинных водоводов  высоконапорных  ГЭС  по  нормативным  документам.  Представлена  методика  многослойного  пространственного моделирования водопроводящих трактов и определены ее преимущества. 

В статье представлена методика определения ударного давления в турбинном водоводе при закрытии регулирующих устройств. Приведена система разрешающих уравнений, описывающая неустановившееся движение жидкости в водопроводящем тракте ГЭС. Определены гидродинамические нагрузки на примере водопроводящего тракта Саяно-Шушенской ГЭС. Рекомендовано время закрытия аварийно-ремонтного затвора при одновременном закрытии направляющего аппарата турбины для минимального превышения давления.

В  статье  представлены  результаты  моделирования  и  исследования  режимов  работы  солнечной  фотоэлектрической станции с контроллером поиска точки максимальной мощности. Рассмотрены наиболее распространенные методы поиска точки максимальной мощности солнечных батарей: метод постоянного напряжения; метод напряжения холостого хода; метод  короткого  замыкания; метод  случайных  возмущений; метод  приращения  проводимости. Построена  комплексная модель фотоэлектрической станции, включающей в себя  солнечную батарею,  силовой преобразователь  с контроллером управления. Приведены  результаты  моделирования  рабочих  режимов  системы  при  изменении  солнечной  инсоляции  и температуры солнечной батареи.  Выполненный обзор различных методов поиска точки максимальной мощности солнечной батареи и анализ их функционирования при различных климатических условиях может быть полезен широкому кругу специалистов в области фотоэнергетики. Все предложенные модели компонентов фотоэлектрических систем реализованы в MATLAB/Simulink, что позволяет использовать их после несложной доработки для исследования систем произвольной конфигурации с другими типами преобразователей и контроллеров поиска точки максимума отбора мощности.

Исследовано  производство  пара  с  помощью  концентратора  солнечной  энергии  для  различных  климатических  зон. Приведена методика расчета мощности солнечного концентратора, расположенного под произвольным углом к горизонту. Рассчитаны характеристики параболоцилиндрического концентратора в зависимости от величины поступающей солнечной радиации. Определена выработка пара солнечным концентратором при различной величине солнечной радиации. Рассчитана суточная  генерация пара в июле для условий России (г. Екатеринбург), Таджикистана и Египта. Проведены экспериментальные  испытания  для  условий  России  с  целью  верификации  методики  определения  производительности концентратора,  результаты  которых  совпали  с  рассчитанными  значениями. Среднесуточное  удельное  значение  расхода генерируемого концентратором пара  составит 137  г/(ч·м2) для России, 190  г/(ч·м2) для Таджикистана и 214  г/(ч·м2) для Египта. Возможно широкое применение  солнечного  концентратора  для  выработки пара на  технологические и  бытовые нужды в обеспеченных солнечной радиацией странах. 

В работе рассмотрены новые фотоэлектрические модули, включающие фотоприемники и концентраторы и обеспечивающие эффективное преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую. Проведено математическое моделирование для создания алгоритма расчета конструкции теплофотоэлектрического модуля с заданными энергетическими параметрами и с использованием законов геометрической оптики, а также тепло- и массообмена. Приводятся математические модели расчета оптико-энергетических параметров солнечного модуля с линейчатым фотоприемником и со вторичными отражателями асимметричного параболоцилиндрического концентратора. Показаны следующие расчетные зависимости:  распределения  концентрации  освещенности  на  поверхности  линейчатого фотоприемника  от ширины фокальной области; углов полного отражения от вторичных отражателей концентрированного излучения от параметрического угла γ; геометрических  размеров  верхнего  и  нижнего  отражателей  от  параметрического  угла  γ;  координатного  расположения (профиля)  вторичных  отражателей  относительно  фотоприемника.  Профиля  модуля (на  основании  которого  в Avtocad вычерчены лекала для изготовления концентратора и модуля в целом); величины продольного затенения фотоприемника ∆L, зависимости временного интервала  tр простоя двигателя системы слежения, количества интервалов (работы двигателя) в единицу времени k от угла отклонения (параметрического угла γ) падающего солнечного излучения на мидель концентратора, зависимости расхода электроэнергии двигателем системы слежения в течение дня, года. Использование подобных модулей, в основе которых находится параболоидный концентратор и фотоприемник с системой  протока  теплоносителя,  дает  возможность  создания  когенерационных  установок  для  выработки  электричества  и тепла.  Макетные образцы, разработанные по данной методике, исследуются в настоящее время на соответствующих стендах и испытываются в натурных условиях.  

В данной статье рассматриваются преимущества, структура и функции инновационно-демонстрационных площадок, спроектированных с использованием волновых ветродвигателей. Использование потенциала  таких инновационных проектов способствует привлечению заинтересованных групп людей к экологическому развитию территории, ее продвижению и экологически сознательному позиционированию. Обоснована целесообразность использования разработок альтернативной ветроэнергетики в устойчивом развитии территорий, не имеющих уникальных природно-климатических, биологических  и  исторических  факторов,  а  напротив,  обладающих  негативной  экологической  и  биологической  репутацией. Сформулированы  наиболее  распространенные  проблемы  используемых  в  настоящее  время  ветродвигателей,  которые связаны с использованием в качестве движущей силы силу лобового сопротивления или подъемную силу и имеют горизонтальную или вертикальную ось вращения, что сказывается на уровне акустического шума в области низких и инфра-низких частот. Выявлены преимущества дизайнерских кинетических скульптур, в основе которых лежит волновой принцип  преобразования  энергии  ветра. Они  заключаются  в  эстетической  привлекательности,  безопасности,  низком  уровне шума, возможности использования скульптур непосредственно вблизи посетителей площадок. Сделан вывод о высоком потенциальном вкладе инновационно-демонстрационных площадок в улучшение социального и инвестиционного климата территорий в рамках устойчивого развития региона или отдельных административно-территориальных единиц, предложены дополнительные экологические демонстрационные мероприятия.

Во введении дан критический анализ технологий, принятых в последнее время на практике при переработке отходов сельскохозяйственного и промышленного производства,  а  также дана оценка  способам, описывающим  энергосберегающие технологии. В разделе фотосинтез рассмотрены основные фотохимические процессы, протекающие в процессе развития растений. Дана количественная оценка содержания углерода в различных частях биосферы. Показано, что нарушение баланса продуктов синтеза (потребление) и утилизации может привести к необратимым экологическим последствиям. Рассмотрены процессы фотосинтеза растений и установлено, что скорость этих процессов зависит как от внешних условий, так и от техногенных воздействий на окружающую среду. В работе дан анализ обращенного уравнения фотосинтеза и  дан  анализ  механизмов  электронных  превращений  в  растительных  клетках.  При  рассмотрении  физико-химической сущности фотосинтеза установлено, что основным источником энергии, накапливаемой растениями, является солнечное излучение, а входящие в структуру растений ферменты и системы преобразования представляют сложный механизм по превращению  энергии Солнца в  энергию биомассы. При анализе спектров поглощения растительной клеткой показано, что основные виды представителей флоры имеют характерные спектры поглощения, максимумы длин которых лежат в области красного излучения и фиолетового. Основная видимая часть спектра (желтый,  зеленый,  голубой), как правило, отражается биологическим объектом. На основании спектральных характеристик поглощения растений сделаны выводы о том,  что  для  повышения  эффективности  энергосберегающих  технологий  необходимо  использовать  не  традиционные применяемые источники искусственного освещения для выращивания растений (ртутные газоразрядные лампы), а сконструированные на основе светодиодов экономичные и с большим ресурсом работы светодиодные преобразователи. Дан анализ скорости процессов преобразования энергии в системах разной светочувствительности и показано, что этот процесс может быть оптимизирован применением систем, позволяющим использовать регулировку светового потока искусственных источников излучения. Рассмотрены экологические процессы, связанные с развитием растений, с точки зрения влияния температуры окружающей среды и соответствия водного режима для аккумулирования биомассы.

В статье рассмотрены вопросы перевода сельского производителя на самообеспечение электроэнергией за счет производства  биодизельного  топлива  из  произведенного  растительного  масла (или  отработанного  масла)  и  изопропилового спирта. Описывается  сравнительно  недорогая  небольшая  установка,  использующая СВЧ-энергию  в  качестве  основного источника изготовления  биотоплива. Применение  электромагнитного поля  сантиметрового  диапазона позволяет многократно ускорить реакцию переэтерификации растительных масел в эфиры жирных кислот, составляющих основу биотоплива. Добавление наноактиватора приводит к повышению энергетических характеристик биотоплива на 10-20%.

Описан двухкамерный реактор с заторможенным каталитической насадкой циркуляционным псевдоожиженным слоем, предназначенный для производства  синтез-газа паровой  конверсией метана. Результаты  эксперимента удовлетворительно согласуются с моделированием процессов. На основании системы уравнений теплового баланса двух камер и уравнений (в табличной форме) зависимости равновесных  концентраций  продуктов  паровой  конверсии метана  от  температуры  при  отношении CH4:H2O = 1:1  найдены оптимальные параметры исследуемого реактора.

В работе путем проведения совместного катионного и анионного допирования индата бария Ba2In2O5 получены составы из области гомогенности Ba0,8-0,5хLa1,2In2O5,6-хFx (0 ≤  х≤ 0,2). Методом полнопрофильного анализа Ритвельда установлено, что составы характеризуются кубической симметрией (пр. гр. Pm3m). Показано, что фазы способны к проявлениюпротонной проводимости во влажной атмосфере. Наблюдается тенденция к небольшому росту параметра элементарнойячейки  с увеличением концентрации фтора. Выявлено, что для  составов Ba0,8-0,5хLa1,2In2O5,6-хFx наблюдается полианионный эффект, заключающийся в росте электропроводности в области малых концентраций фтора.

Проблема преднамеренных  электромагнитных деструктивных воздействий (ПЭДВ) на  электроэнергетические системы  становится  в  последнее  время  все  более  актуальной  в  связи  с  двумя  современными  тенденциями:  расширяющимся применением микроэлектроники и микропроцессорной техники в электроэнергетике – с одной стороны, и интенсивными разработками  средств  дистанционного  поражения  электронной  аппаратуры –  с  другой. Наиболее  мощным  и  разрушительным средством поражения электронной аппаратуры является электромагнитный импульс высотного ядерного взрыва (ЭМИ ЯВ). История экспериментальных высотных ядерных взрывов насчитывает уже полвека. За это время были опубликованы многие десятки научных работ, детально описывающих  это  явление и меры  защиты от него. С учетом  этого можно было бы предположить, что проблема  защиты от ЭМИ ЯВ давно решена и современные  электроэнергетические системы хорошо защищены от этого явления. Исследование, проведенное автором, показывает, что на самом деле это не так, и  за прошедшие десятилетия ни в одной стране мира не предпринято никаких практических мер по  защите национальных инфраструктур от ЭМИ ЯВ и все ограничивается лишь написанием отчетов и рекомендаций. В статье анализируются причины такого положения дел, в частности, политические и военные аспекты этой проблемы.    

Для энергетически и экологически эффективного решения транспортной проблемы российского Севера перспективны амфибийные суда на воздушной подушке (АСВП), но известные АСВП для этого ограниченно годны. В интересах разработки  новых АСВП  создан  программный  комплекс,  реализующий  комплексные  математические  модели  ряда АСВП  с разными масштабами и конструктивными решениями, учитывающие динамику движения по водной и твердой горизонтальной и наклонной поверхностям  с различными неровностями и крупными препятствиями (торосы), различные  типы движителей (контактные  колесные,  аэродинамические  винты,  гребные  колеса),  гибких  ограждений (классические  и  состоящие из гибких конусов), нагнетатели, двигатели, и др. Для уточнения рабочих характеристик ряда подсистем проведены подробные 3D вычисления. Показаны преимущества инновационных  технических решений по АСВП для российского Севера.

Предложен  способ  получения  электродного  материала  на  основе  полианилина (ПАни),  допированного  п-толуол-сульфокислотой (ПТСК) – ПАни-(ПТСК)0,5 –  смешением растворов  эмералдин  основания (ЭО) и ПТСК  в муравьиной кислоте в отношении 1 моль ПТСК на 2 мономерных звена в полимерной цепи полианилина. Электрохимические свойства пленки ПАни-ПТСК, политой на Ni подложку, исследованы методами циклической вольтамперометрии (ЦВА) и снятия зарядно-разрядных кривых в 1 М LiClO4 в пропиленкарбонате. Было показано, что введение допанта ПТСК приводит к  быстрому  достижению  стационарного  состояния ЦВА  и  значительно  увеличивает  емкость ПАни-ПТСК  электрода в апротонном  литиевом  электролите. При  увеличении  тока  заряда-разряда  от 1 А/г  до 10 А/г  емкость меняется  незначительно от 260 Ф/г до 244 Ф/г соответственно. Влияние п-толуолсульфокислоты в ПАни как допанта, введенного на стадии формирования полимерной матрицы, на морфологию, кристалличность и проводимость ПАни-(ПТСК)0,5 было исследовано методами ИК спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии.

В приборах для измерения фотовеличин применяются датчики на основе фоторезисторов, фотодиодов, вакуумных и газонаполненных фотоэлементов. При  этом,  как  правило,  к  этим фотодатчикам  приходится  добавлять  светофильтры и системы  светофильтров. На  основе  проведенных  экспериментов  установлено,  что  в  качестве  фотодатчиков  можно  ис-пользовать светодиоды. В ходе лабораторных испытаний установлено, что светодиоды разного цвета свечения реагируют на определенный участок оптического излучения. Светодиоды нечувствительны к излучениям с длиной волны длиннее той, на которой они излучают свет. Установлено, что максимум чувствительности всех светодиодов немного сдвинут в область  более  короткой  длины  волны,  чем  та,  которую  светодиод  излучает. На  основе  светодиодных  датчиков можно изготавливать люксметры, RGB-датчики, измерители фотосинтез-активной радиации и измерители ближнего УФ излучения. С функцией относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для ночного зрения совпадает чувствительность желтого светодиода с рабочей длиной волны 590 нм, а с функцией относительной спектральной  световой  эффективности  монохроматического  излучения  для  дневного  зрения  совпадает  чувствительность красных светодиодов с рабочей длиной волны 625 и 628 нм. Для создания RGB датчиков понадобятся светодиоды с рабочими  длинами  волны 660, 625  и 525  нм. При  этом  отсутствует  необходимость  в  применении  корректирующих  свето-фильтров.

Рассмотрено применение агрегатных моделей и использование стандартных математических зависимостей для описания процессов и управления технологическим оборудованием в составе единых агротехнологических систем.

Для проведения забора проб грунта использован комплекс на базе мобильного робота вертолетного типа – квадрокоптера. Исходя из критических условий, когда объем грунта максимален и он твердый, определены размеры активной части грунтозаборника и создана модель привода для забора проб с коническим буром с режущей кромкой.

Предложен экологически чистый способ уничтожения сорняков импульсами высокого напряжения. Приведена методика исследования воздействия высоковольтных импульсов на корневую систему сорных растений и методика определения степени повреждения корневой системы после воздействия. Для исследования степени повреждения корня при электроимпульсном воздействии в зависимости от глубины его залегания в почве нами был выбран наиболее злостный сорняк – бодяк полевой, имеющий глубокий стержневой корень. Получены зависимости степени повреждения корня бодяка полевого от глубины его залегания и влажности почвы при напряжении обработки 20 кВ и энергии импульсов 10 Дж.