Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 10-12 (2017)
Скачать выпуск PDF

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА, СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

14-23 324
Аннотация

Проектирование преобразователей постоянного напряжения (ППН) с оптимальными параметрами является сложной задачей.  В теоретической части статьи приведена принципиальная схема силовой части рассматриваемого мостового ППН, а также описан принцип работы этой части ППН с последовательным резонансным инвертором для солнечных электростанций. С помощью временных диаграмм объяснены особенности симметричного и несимметричного управления силовыми транзисторами преобразователя, а также приведены характеристики, позволяющие сравнить два способа управления.  Для управления резонансными ППН существует большое количество аналоговых контроллеров на серийных микросхемах, но они предназначены только для реализации симметричного управления. В работе предложена схема реализации на дискретных компонентах алгоритма несимметричного управления транзисторами последовательного резонансного инвертора в виде виртуальной модели в среде Matlab-Simulink. На данный момент несимметричный способ управления описан только в одной иностранной работе, в которой приведены осциллограммы тока резонансного контура и управляющих напряжений на затворах MOSFET-транзисторов преобразователя, а также блок-схема системы управления. Таким образом, описанный в данной статье алгоритм несимметричного управления является оригинальным, а результаты исследования – новыми по сравнению с существующими мировыми практиками. В экспериментальной части статьи приведены результаты моделирования (переходный процесс, установившийся режим, внешние характеристики, зависимости для КПД преобразователя). Полученные характеристики согласуются с результатами теоретических расчётов, представленных в предыдущих работах авторов.

 

 

24-32 220
Аннотация

Описывается и демонстрируется электротепловая система противообледенения, которая использует эффект теплопроводности в твердых телах и предназначается для очистки лицевой поверхности солнечного модуля от снега и наледи в условиях низких температур (ниже нуля градусов по Цельсию), а также в период смешанных осадков. В связи с этим рассмотрены существующие и разрабатываемые методы удаления наледи и снега с рабочей поверхности солнечных модулей, обоснована необходимость применения предлагаемой системы. В данной системе противообледенения размещение и функции основных элементов нацелены на повышение эффективности работы системы при выпадении осадков на её поверхность. Подробно показана и описана конструкция многослойной структуры системы противообледенения. Представлена компьютерная имитационная модель и построены графики, демонстрирующие эффективность предлагаемой электротепловой системы в различных состояниях. Демонстрируются успешные экспериментальные данные полевых испытаний рабочей электротепловой системы противообледенения солнечного модуля в климатических условиях Южного Урала. Наглядно показано, что электротепловая система противообледенения солнечного модуля, питаясь от аккумуляторных батарей, может увеличить время непрерывной работы солнечных модулей в период выпадения смешанных осадков.

 

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА

33-44 202
Аннотация

В статье приведена информация об объемах, рынках и производителях в области ветроэнергетики. Рассмотрена статистика по общей установленной ветровой мощности в период с 2012 г. по 2016 г. – по результатам анализа в конце 2016 г. мировые ветроэнергетические мощности достигли показателя в 500 ГВт. Выстроен рейтинг стран по установленной ветровой мощности, где лидером в течение последних лет остается Китай. Представлен глобальный анализ континентальных регионов по установленной ветровой мощности за 2000–2015 гг. На примере лидирующих стран в области ветроэнергетики в качестве успешных практик внедрения ветроэнергетических проектов рассмотрено понятие «общественной энергии» и то, как граждане (физические лица) могут владеть и управлять локальными ветроэнергетическими объектами. Как показала статистика, общественные энергетические проекты могут стать звеном в местной инфраструктуре и способствовать общему экономическому развитию территории, при этом внешние или иностранные инвесторы имеют меньше шансов успешно реализовать ветроэнергетические проекты по сравнению с объединившимися гражданами. Обозначены риски и возможные пути их снижения при разработке ветроэнергетических проектов и последующей эксплуатации установок. Описано влияние создаваемых проектов в области ветроэнергетики на количество рабочих мест в регионах. Рассмотрены наиболее оптимальные рычаги и инструменты, которые могут задействовать государства в качестве стимула к использованию возобновляемых источников энергии.

 

 

ЭНЕРГИЯ БИОМАССЫ

45-54 260
Аннотация

В статье изучены особенности использования энергии биомассы, представлены основные направления применения биогаза. Показана связь основных показателей качества биогаза с возможностью его использования в различных технологических процессах. Обоснована актуальность повышения качества биометана для синтеза водорода высокой степени чистоты. Приведена классификация способов разделения и очистки метаносодержащих газовых смесей, проанализированы их преимущества и недостатки. Даны сравнительные характеристики представленных способов по качеству очистки, удельным энергетическим затратам, конструкционным особенностям. Для очистки биогаза предложен метод короткоцикловой безнагревной адсорбции как наиболее экономически целесообразный для установок небольшой производительности. Рассмотрены основные типы промышленных адсорбентов. Показана зависимость сорбирующих свойств от эффективных диаметров пор сорбирующих материалов. Отмечены отличительные особенности адсорбции в микропористых структурах, из которых наиболее существенной является высокое значение энергии адсорбции в сравнении с адсорбционными материалами, имеющими в структуре поры более крупных размеров. Среди микропористых адсорбентов выделены цеолиты как наиболее перспективные. Проведен анализ адсорбционных свойств синтетических и природных цеолитов. Рассмотрены теоретические основы процессов адсорбционной очистки, произведена оценка адсорбционной конкуренции основных макрокомпонентов очищаемой газовой смеси. Описана схема экспериментальной установки и процесс разделения и очистки биогаза с помощью природного цеолита в качестве адсорбента. Приведены результаты применения природного цеолита для получения биометана высокой степени чистоты за счет очистки от водяных паров, сероводорода и адсорбции углекислого газа. В качестве наиболее перспективного направления использования энергии биомассы отмечена конверсия биометана в водород, показаны преимущества использования природных цеолитов для получения биометана высокой степени чистоты.


ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

55-62 127
Аннотация

Исследовано взаимодействие интерметаллического соединения CeCo3 с водородом (давление 25 атм) и аммиаком (давление 6–8 атм) при температурах 20–450 ºC: установлен состав продуктов, определены условия образования гидридных и нитридных фаз. Показана зависимость направления реакции интерметаллида с аммиаком, проходящая в присутствии NH4Cl (10 мас. % от количества интерметаллида) как активатора, от температуры. Установлено образование гидридной фазы состава CeCo3H4 при гидрировании интерметаллида CeCo3 как водородом, так и аммиаком при нагревании до 100 ºC. Обработка исходного сплава аммиаком при температурах до 250 ºC также заканчивается образованием тетрагидрида CeCo3H4. Использование аммиака как гидрирующего агента в таких условиях приводит к диспергированию исходного сплава, что подтверждено увеличением удельной поверхности продукта с 5,7 м2/г до 18,4 м2/г при температуре гидрирования 100 ºC и 250 ºC соответственно. При этом рассчитанный средний размер частиц составляет ~1 мкм и ~0,3 мкм соответственно. Удельная поверхность продукта, полученного после проведения 5 циклов сорбции – десорбции при использовании водорода составляла только 0,3 м2/г, что свидетельствует о явных преимуществах применения аммиака для диспергирования. В условиях дальнейшей температурной обработки (300–350 ºC) аммиак вызывает аморфизацию сплава. Установлено, что при нагревании интерметаллида в атмосфере аммиака в температурной области 400–450 ºC по данным рентгенофазового анализа образуется смесь продуктов (CeHx, CeN, Ce2Co17Hx, Co). Рассмотрена перспективность использования интерметаллида как рабочего вещества в металлогидридном аккумуляторе водорода, работающем при температурах до 150 ºC. Аккумулятор водорода на основе CeCo3 будет обладать хорошими эксплуатационными характеристиками: относительно низкой температурой десорбции водорода, приемлемой емкостью по водороду, легкостью заряда и сравнительно низкой стоимостью.

 

 

63-74 225
Аннотация

Статья посвящена исследованию процесса генерации водорода при окислении магния в солевых водных растворах в условиях низких температур. Определен состав водных растворов, которые обеспечивают окисление магния при низких температурах с выделением водорода, а также температурная зависимость скорости протекания данной реакции для создания водородогенерирующей установки. Для этого был проведен ряд экспериментов по окислению магния в различных водных растворах. Эксперименты показали, что при 0 ºC степень превращения магния для раствора MgCl2 составляет 94,5 %, для AlCl3 – 84,5 %; при –20 ºC для раствора MgCl2 степень превращения – 32,5 %, для AlCl3 – 65,1 %; при –40 ºC для раствора AlCl3 – 85,2 %. В работе показано, что применение порошка магния при низких отрицательных температурах позволяет получать водород с высокой степенью превращения. Полученные результаты могут лечь в основу создания энергетических установок для использования в арктических условиях, а также для энергообеспечения беспилотных летательных аппаратов (на высоте 6 000 м, Tвоздуха = –24 ºC).

 

 

75-85 318
Аннотация

Промышленные способы получения водорода имеют ряд недостатков. Они либо сопровождаются большим количеством выбросов вредных веществ, в том числе диоксида углерода (например, при конверсии углеводородов), либо требуют наличия электроэнергии (электролиз воды). Рассматривается водородная заправочная станция с получением водорода на основе разработанного гидротермального метода окисления промышленных порошков алюминия. Технология основана на процессе непрерывного поступления в реактор смеси порошка алюминия с водой требуемого состава. Химическая реакция протекает при температуре 300–320 ºС и давлении 11–13 МПа. В процессе работы реактора идет непрерывный отвод продуктов реакции: пароводородной смеси и гидроксида алюминия. Большое количество тепла, которое получается в результате реакции (15,3 МДж/кг алюминия), преобразуется на паровой турбине для выработки электроэнергии, используемой для работы компрессоров и насосов установки. Благодаря этому водородная заправочная станция является полностью автономной, то есть не зависящей от внешних энергетических источников, и может устанавливаться в местах, удаленных от централизованного энергоснабжения. Получаемый на установке водород соответствует марке А (99,99 % Н2), не требует дальнейшей очистки и может использоваться в топливных элементах, а гидроксид алюминия (бемит) является ценным сырьем с высокой товарной стоимостью. Приведены характеристики водородной заправочной станции производительностью до 200 кг водорода в сутки.

 

 

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

86-93 209
Аннотация

Образование частиц сажи при сжигании углеводородного топлива связано с неполнотой его сгорания – степень химического недожога может достигать 10–15 %. Изучена экстинкция сажи, образующейся в пламени углеводородных топлив. Частицы сажи могут проявлять себя как однородная структура или содержать многообразные функциональные группы, связанные с углеродным скелетом. Определение наличия молекул и их осколков или иных химических связей в веществе осуществлялось с помощью Фурье-спектрометра ФСМ-1201. Спектрограммы анализируемых образцов записывались в диапазоне частот 4 000–400 см-1. Сильное поглощение излучения в широком спектральном диапазоне 4 000–500 см-1 характерно для образцов сажи предельных углеводородных топлив. Поглощение излучения радикалами С = С, СН, СН2, СН3 в диапазоне частот 3 000–1 000 см-1 и гидроксильной ОН-группой в диапазоне частот 3 600–3 200 см-1 характерно для образцов сажи ароматических соединений. Выявлено наличие наноструктур типа С60 (ν = 1 430 см-1) и С70 (ν = 1 460 см-1). Углеродные нанотрубки, выращенные каталитическим путем из метана, как бездефектные структуры обладают высокой прозрачностью. Наблюдается наличие линий поглощения радикалами С = С, СН, СН2, СН3 в диапазоне частот 1 800–1 000 см-1. Частицы сажи являются основным излучателем в инфракрасной области спектра, определяющим эмиссионную способность пламени. Определены активные центры в ансамбле частиц сажи, места дислокации и характер их структуры, проявляющиеся при термическом воздействии (дожигании). Частицы сажи с более развитой поверхностью обладают меньшим временем индукции реагирования с кислородом воздуха и большей активностью. Время индукции активных центров в высокодисперсной саже значительно выше.

 

 

ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ , ТЕХНОЛОГИИ, УCТРОЙСТВА И ИХ ВНЕДРЕНИЕ

94-103 302
Аннотация

В рамках работы производится оценка потенциала использования реакторов плазмохимического осаждения из газовой фазы 5-го поколения (Gen5 (1.4 m2) KAI PECVD), которые изначально разрабатывались в целях создания двухкаскадных тонкопленочных кремниевых (микроморфных) модулей, для производства высокоэффективных гетероструктурных кремниевых (Si-HJ) солнечных ячеек. Показано, что данные реакторы могут обеспечивать отличную равномерность как оптических, так и электрических свойств слоёв гидрогенизированного аморфного кремния по всей поверхности подложкодержателя, размеры которой составляют 110 130 см2. На кремниевых подложках n-типа, изготовленных методом зонной плавки (n-type FZ c-Si), достигается пассивация поверхности с низкой скоростью поверхностной рекомбинации (<4 см/с). Первая часть работы проводилась на пилотной линии ООО «НТЦ ТПТ» (ФТИ им. Иоффе, Россия, Санкт-Петербург), где >были получены гетероструктурные кремниевые солнечные ячейки со средней эффективностью, составляю-щей более 21,5 %. В дальнейшем данные результаты были перенесены на производственную линию завода ООО «Хевел» (Россия, Чебоксары), где при использовании коммерческих 6-дюймовых CZ c-Si подложек и плазмохимических реакторов Gen5 KAI PECVD также были получены Si-HJ солнечные ячейки со средней эффективностью более 21,5 %. Показано, что данные реакторы потенциально могут быть успешно применены для производства солнечных ячеек с эффективностью преобразования более 22 %. Из полученных высокоэффективных гетероструктурных кремниевых солнечных ячеек были собраны солнечные модули. Продемонстрирован потенциал для получения солнечных модулей с вырабатываемой мощностью более 300 Ватт.

 

 

ИНФОРМАЦИЯ



ISSN 1608-8298 (Print)