Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 4-6 (2018)
Скачать выпуск PDF

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

12-24 136
Аннотация

В условиях мегаполиса одним из самых значимых факторов снижения выработки электроэнергии фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) является загрязнение их поверхностей. В работе проведен анализ различных литературных источников по видам загрязнений и их влиянию на работу ФЭП, а также методов борьбы с этими загрязнениями. Основными источниками загрязнения солнечных установок являются: частицы почвы; птичий помет; листья; снег; загрязнители воздуха, поступающие от промышленных предприятий; различные виды пыли, связанные с деятельностью человека; выбросы от автомобильного транспорта и т.д. Анализ этих работ показал, что производительность ФЭП снижается в первую очередь из-за углеродного загрязнения, далее – из-за почвенных частиц и частиц карбоната кальция. 

В рамках настоящей работы проведено экспериментальное исследование влияния различных видов загрязнений на эффективную эксплуатацию солнечных энергоустановок в Москве. Серия экспериментов была поставлена в осенне-зимний период, в основном в условиях низкой инсоляции. Один из ФЭП при каждом эксперименте был покрыт слоем пыли (золы, снега), второй (контрольный) – очищен. Температура воздуха составляла 0–2 ºC. Каждый эксперимент длился 60–90 мин. Кроме того, перед основной серией экспериментов осуществлялась верификация как чистых модулей, так и одновременно загрязненных. Экспериментальные исследования проводились для следующих типов загрязнения: пыль, зола и снег. В результате эксперимента были сделаны следующие выводы. Средняя погрешность измерения чистых модулей составляет 3 %, что согласуется с паспортными данными самих установок. Сухое запыление в Москве не играет существенной роли для выработки ФЭП. Влажное запыление углеродными частицами является главным источником снижения выработки электроэнергии на ФЭП (до 30 %). Оснежнение приводит к существенному снижению расчетных значений мгновенного КПД модулей (свыше 10 %). При низких значениях инсоляции происходит резкий рост погрешности измерений производительности ФЭП.

НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

25-36 92
Аннотация

Представлена актуальная проблема обеспечения атомной электростанции (АЭС) базисной электрической нагрузкой во внепиковые часы ночного минимума электропотребления. В поисках решения этого вопроса анализировались технологии аккумулирования энергии, например, такие, как гидроаккумулирующая электростанция. Но, поскольку сооружение данной станции сопряжено с разного рода рисками (техническими, экологическими, сейсмическими и т.д.) и вблизи АЭС невозможно, зарядку гидроаккумулирующей электростанции можно осуществлять только из энергосистемы по тарифу, в 2–3 раза превышающему себестоимость электроэнергии АЭС, что существенно влияет на стоимость производимой пиковой электроэнергии и на конкурентоспособность. В качестве более рентабельной технологии аккумулирования электроэнергии рассматривался водородный энергетический комплекс с производством водорода и кислорода электролизом воды за счет ночной избыточной электроэнергии АЭС, главным преимуществом которого является его расположение вблизи АЭС с возможностью зарядки по себестоимости её электроэнергии. При этом выработка водорода и кислорода с последующим их использованием в паротурбинном цикле АЭС носит периодический характер и связано с ежесуточными пусками и остановами основного оборудования.  Целью данной работы являлось определение рабочего ресурса основного оборудования водородного энергетического комплекса в условиях циклических нагрузок. На базе теории усталостного разрушения анализировался циклический режим работы пуска-останова основного оборудования водородного энергетического комплекса в комбинировании с АЭС. Произведена оценка скорости роста усталостной трещины в зависимости от частоты нагружений для критического элемента электролизных установок, компрессоров, металлических емкостей хранения водорода и кислорода, водород-кислородной камеры сгорания. Учтено влияние водородной коррозии на скорость роста усталостной трещины. Предложен комплексный критерий оценки числа циклов до разрушения. По критерию предельного числа циклов до разрушения определена и рекомендована граница зоны эффективного режима работы основного оборудования водородного энергетического комплекса.

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

37-56 249
Аннотация

На подавляющем большинстве атомных электростанций с блоками водо-водяных энергетических реакторов для защиты герметичного ограждения и размещаемого в ней оборудования и систем реакторной установки от повреждения в результате возгорания (взрыва) водорода предусмотрены система контроля концентрации водорода и система аварийного удаления водорода. Эти системы выполняют функции по предотвращению образования взрывоопасных смесей в зоне локализации аварий путем поддержания объемной концентрации водорода в смеси ниже пределов безопасности, что обеспечивает сохранение плотности и прочности герметичного ограждения и работоспособности других локализующих систем безопасности. Ключевым компонентом системы аварийного удаления водорода является пассивный каталитический рекомбинатор водорода, работа которого основана на принципе каталитической рекомбинации водорода и кислорода.  В работе принималась во внимание острая необходимость в проведении полномасштабных динамических расчетов развития аварийных режимов в контейнменте АЭС, сопровождающихся большим выбросом водорода. Для этого на основе имеющихся экспериментальных данных разработана и обоснована простая инженерная теплогидравлическая модель удаления водорода при работе пассивного каталитического рекомбинатора водорода. Представлены результаты применения модели в составе контурных отраслевых кодов: RELAP, TRACE, КОРСАР, – которые предназначены, в том числе, для проведения сквозных многофакторных и полномасштабных расчетов динамики аварийных процессов с выходом водорода в помещения АЭС. Данная модель позволяет обосновать динамику локальных концентраций газовых компонентов смеси в замкнутом пространстве, температур смеси, катализатора и стенок бокса, давления при подаче в бокс водорода, пара. Проанализированы различные скорости подачи водорода в закрытый бокс для численного обоснования времени, за которое достигается уровень максимальной концентрации. Рассчитана производительность для нескольких входных концентраций водорода. По результатам сопоставления расчетных и имеющихся экспериментальных данных получено удовлетворительное согласие динамики концентраций, температур катализатора и газа и производительности пассивного каталитического рекомбинатора водорода.

 

57-69 77
Аннотация

Серьезными сдерживающими факторами развития экологически чистой энергетики с применением водорода в качестве энергоносителя являются: высокая себестоимость производства водорода, несовершенные технологии транспортировки и хранения как жидкого, так и газообразного водорода, а также отсутствие логистических сетей снабжения и инфраструктуры топливных заправок. Например, транспортные расходы для сжатого газообразного водорода по стоимости сопоставимы, а иногда превышают стоимость его производства. При создании инфраструктуры производства жидкого водорода, транспортных логистических сетей его доставки, распределения и хранения вопросы безопасного бездренажного хранения жидкого водорода с минимальными потерями становятся первостепенными.

В статье рассматривались различные варианты организации конденсационных циклов с использованием холода типовых гелиевых рефрижераторов как при наличии, так и при отсутствии предварительного охлаждения жидким азотом основного потока водорода. Проведен анализ затрат работы в конденсационных и традиционных дроссельных циклах реконденсации паров водорода и выполнено их сравнение по этому показателю. Установлено, что включение второго детандера в схему гелиевого ожижителя не только приводит к росту капитальных затрат и усложняет ее технологически, но и незначительно снижает удельные затраты работы на конденсацию. Применительно к криогенным системам бездренажного хранения жидкого водорода на заправочных станциях и терминалах рассмотрены два начальных уровня температуры паров водорода, поступающих на конденсацию непосредственно из коллектора сбора при 300 К и из газового пространства криогенной емкости при 30 К. Сделан вывод о возможности и целесообразности применения типовых гелиевых рефрижераторов для организации реконденсационных циклов в системах бездренажного хранения путем включения их в общую структуру заправочных станций.

70-81 76
Аннотация

Проведены высокоразрешающие электронно-микроскопические исследования микроструктуры границ зерен анионного и электронного проводников в композиционных Ni/YSZ анодах до и после изучения вольтамперных характеристик модельных ТОТЭ. Предложен механизм двухступенчатой реакции окисления водорода, протекающей вблизи трехфазной границы в композиционных Ni/YSZ анодах ТОТЭ. На первом этапе происходит окисление металлического никеля до оксида никеля анионами кислорода, приходящими из мембраны анионного проводника, а на втором этапе – водород восстанавливает оксид никеля до металлического никеля с образованием воды. Показано, что измельчение зерен Ni вблизи их контакта с зернами анионного проводника является результатом образования нанозерен NiO и их последующего восстановления до металлического Ni в процессе работы ТОТЭ. Электронно-микроскопический анализ высокого разрешения показал значительные изменения микроструктуры границ зерен анионного и электронного проводников в композиционных Ni/YSZ анодах после протекания тока в ТОТЭ. После токовых испытаний в приповерхностных областях зерен Ni возникают наноразмерные зерна NiO. Наличие ориентационного соответствия между решетками YSZ и наноразмерного NiO однозначно свидетельствует об эпитаксиальном росте оксида никеля на поверхности YSZ как на субстрате, что возможно только в результате перехода анионов кислорода из анионного проводника YSZ на поверхность металла при протекании тока через твердооксидный топливный элемент. С помощью новой «in-situ» методики комбинационного рассеяния света изучены химические превращения в зоне электрохимической реакции композиционных электродов ТОТЭ в зависимости от плотности тока, текущего через ТОТЭ. Показано, что увеличение плотности тока приводит к росту интенсивности линии, отвечающей симметричным колебаниям группы CeO2. Это связано с изменением зарядового состояния катионов церия от Ce3+ до Ce4+ и является прямым доказательством переноса заряда в композиционном аноде через перенос анионов кислорода.

КАДРОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ОБРАЗОВАНИЕ

82-94 80
Аннотация

Представлены общие сведения об экологической экспертизе энергетических проектов в России согласно федеральному законодательству с учетом изменений и дополнений. Описаны основные виды экологической экспертизы, которые проводятся в России, и основные объекты обязательной государственной экологической экспертизы федерального уровня – в энергетике это прежде всего электрические станции, сжигающие природный газ, мазут и твердое топливо. Анализировалась текущая ситуация, связанная с повышением требований природоохранного законодательства РФ в энергетике и соответствующим влиянием научно-технической экологической экспертизы на внедрение наилучших доступных технологий. Перечислены главные причины, по которым независимая научная экологическая экспертиза энергетических проектов проводится недостаточно. Отмечено, что особая роль должна отводиться высшим образовательным учреждениям и научно-исследовательским институтам, имеющим в штате научных сотрудников – профессионалов в различных вопросах энергетической тематики. Рассмотрен вопрос экологической подготовки персонала энергетических холдингов и энергокомпаний на основе 20-летнего опыта работы Научно-образовательного центра «Экология энергетики» Московского энергетического института. Изложены соображения авторов по поводу экспертизы в области обращения с отходами (золошкалами) производства тепловой и электрической энергии с учетом правовых и нормативно-технических документов. Представлена блок-схема перспективной системы обращения с золошлаками на ТЭС с учетом возможности максимального сбора и отгрузки сухой золы, экологически приемлемых способов складирования невостребованной части сухой золы и др., – а также модернизированная структурная схема перспективной системы золошлакоудаления ТЭС. Описаны примеры реализации проектов модернизации систем обращения с золошлаками на ГРЭС с разным уровнем соответствия экспертизы современным тенденциям развития систем обращения с золошлаками ТЭС с применением наилучших доступных технологий в энергетике.

ТРАНСПОРТНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

95-107 84
Аннотация

Анализируется характерная особенность процесса разряда литий-кислородного источника тока (ЛКИТ) с электролитом на основе апротонного растворителя, которая заключается в закупорке пор положительного электрода не растворимым в электролите и неэлектропроводным продуктом реакции – пероксидом лития, Li2O2. Данный продукт образуется в результате многостадийной реакции, происходящей в процессе восстановления кислорода в присутствии ионов лития. При обратном (анодном) процессе – заряде ЛКИТ – происходит разложение накопленного при разряде пероксида лития на ионы лития, молекулы кислорода и электроны. При проведении разряда ЛКИТ желательно получить по возможности большое количество Li2O2, однако Li2O2 «закрывает» поры катода, препятствует поступлению в них кислорода, что затрудняет его дальнейшую наработку. Как показывают расчеты, катодный процесс разряда удается осуществить в основном в сравнительно тонком пористом слое, граничащем с газовой фазой. Поэтому, если не применять специальных мер, емкость, рассчитанная на квадратный сантиметр внешней поверхности катода, оказывается небольшой. Обычно при исследовании функционирования активного слоя катода выбирают для главной константы процесса заряда ЛКИТ – расход кислорода, который характеризуется параметром k, – одно определенное значение и работают с ним. В данной статье средствами компьютерного моделирования проводится варьирование параметра k в широких пределах. Показано, как при этом изменяются габаритные характеристики катода ЛКИТ. Объяснены причины происходящих в порах катода изменений. В результате проведенного исследования установлено, что с уменьшением константы k(что вело к снижению расхода кислорода, предназначенного для получения пероксида лития) и увеличением радиуса пор (при переходе от микропор к мезопорам) удельная емкость катода и количество накопленного Li2O2 уже не убывало, а возрастало. 

 

ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ

НОВОСТИ НАУКИ И ТЕХНИКИ



ISSN 1608-8298 (Print)