Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 10-12 (2018)
Скачать выпуск PDF

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

12-22 214
Аннотация

В статье описаны особенности энергоснабжения децентрализованных потребителей северных районов Республики Саха (Якутия). Проведено зонирование территории по показателям суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность и годовой продолжительности солнечного сияния. Представлена ретроспектива строительства солнечных электростанций в децентрализованной зоне республики, которая, несмотря на северное расположение, является пионером в области солнечной энергетики. Описаны конструктивные отличия некоторых электростанций, позволяющие специалистам местного предприятия на основе экспериментальных данных обосновывать приоритетные решения для климатических условий республики. Приведен перечень населенных пунктов с указанием суммарной мощности солнечных электростанций по районам республики. Дана динамика суммарных показателей выработки электроэнергии, экономии дизельного топлива и денежных средств на его приобретение за период 2011–2016 гг. На основе анализа функционирования солнечной электростанции в п. Джаргалах, расположенном за Полярным кругом, сделан вывод о преимуществах использования в арктических условиях монокристаллических модулей по сравнению с тонкопленочными и поликристаллическими. Фактические данные выработки электроэнергии по месяцам года свидетельствуют о характерном ярко выраженном летнем максимуме и практически отсутствии выработки в зимний период. Проиллюстрирована динамика выработки электроэнергии за пятилетний период каждой из семи построенных до 2015 г. солнечных электростанций и экономии денежных средств за счет вытеснения топлива на дизельных электростанциях. Установлено, что существенные изменения выработки электроэнергии связаны только с вводом дополнительного оборудования, а снижение затрат обусловлено повышением цен на дизельное топливо. По фактическим данным стоимости проектов строительства и экономии средств определены сроки окупаемости семи солнечных электростанций, расположенных в разных районах республики. Выявлено отсутствие влияния широтного размещения на сроки окупаемости проектов – наиболее существенным фактором выступает цена дизельного топлива. В связи с этим, даже в арктических районах республики с полярной ночью в зимний период, срок окупаемости проектов сооружения солнечных электростанций сопоставим с расположенными значительно южнее и не превышает 10 лет.

НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА, АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

23-33 129
Аннотация

Приведены результаты расчетно-экспериментальных исследований по обоснованию безопасного проведения ресурсных испытаний опытной партии тепловыделяющих сборок (ТВС) с низкообогащенным топливом. По результатам расчетных исследований, проведенных в Институте ядерной физики Республики Казахстан, для перевода исследовательского водо-водяного реактора «Казахстанец» (ВВР-К) на топливо пониженного обогащения (19,7 % по изотопу урана-235) была выбрана восьмитрубная ТВС с тонкостенными твэлами (толщина 1,6 мм), впоследствии названная «Тепловыделяющая сборка водо-водяного реактора “Казахстанец” низкообогащенный» (ТВС ВВР-КН). Новая ТВС имеет развитую поверхность теплосъема, что позволяет создавать на ее основе компактную активную зону без увеличения расхода теплоносителя и тем самым улучшать экспериментальные возможности реактора. Представлены результаты реакторных испытаний опытной партии ТВС (три опытные ТВС ВВР-КН были изготовлены на Новосибирском заводе химконцентратов, Россия) на подтверждение проектных характеристик и проверки работоспособности новой конструкции ТВС с низкообогащенным урановым топливом. Расчетным путем доказано, что достижение проектных параметров ТВС возможно в активной зоне реактора ВВР-К. Отмечена основная проблема данного исследования – создание необходимых режимов испытаний в активной зоне реактора ВВР-К, так как мощность опытной ТВС более чем в два раза превышает мощность штатной ТВС реактора с высокообогащенным урановым топливом. Установлено, что проведение ресурсных испытаний трех опытных ТВС в активной зоне реактора ВВР-К потребовало изменения конфигурации и состава активной зоны и, следовательно, проведения анализа безопасности испытаний. Результаты расчетов показали, что во время проведения ресурсных испытания трех опытных ТВС обеспечивается теплотехническая надежность активной зоны реактора ВВР-К.

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

34-42 160
Аннотация

Отказ от водорода как носителя ветровой и солнечной энергии в качестве решения проблемы глобального потепления был сделан уже тогда, когда бензин еще стоил 1 доллар за галлон. Стоимость водорода, полученного за счёт энергии ветра (путем электролиза воды и пара) и дающего энергию, эквивалентную энергии галлона бензина («эквивалент»), сейчас составляла бы менее 3 долларов США. А стоимость водорода, полученного за счёт солнечной энергии, снизилась бы с $8 до $5 за эквивалент, поскольку эффективность солнечной батареи сейчас увеличилась до 20 %2. В настоящее время цены на солнечную тепловую энергию в два раза ниже цен на фотоэлектрическую солнечную энергию (солнечные батареи). Используется прогноз максимального объема добычи нефти в мире [Прогноз добычи нефти Лахерра, 1950–2150 гг. Перепечатано с разрешения при переписке с Уильямом Хорватом, Министерство энергетики США, 29 марта 2001] на 2010 г. В перспективе источники энергии будут вырабатывать неисчерпаемую энергию из ветра, солнечного излучения, геотермальных вод, приливов и волн. Распространёнными носителями энергии будут водород и электричество, стоимость которых примерно в два раза ниже атомной энергии. Выращивание зерновых культур для производства алкоголя предполагает энергозатратные процессы и, в том числе, тепловые процессы ректификации. Это3 может увеличить парниковый эффект.

43-59 165
Аннотация
Для создания эффективного топливного элемента на базе высокотемпературного протонного проводника необходимо разработать долговечный протонный электролит. В общем случае долговременная химическая устойчивость фазы к СО2 обусловлена термодинамикой (невозможность реакции) или кинетикой взаимодействия (замедление реакции). В данной работе проведено сравнение химической устойчивости по отношению к СО2 (как термодинамической, так и связанной с кинетическими затруднениями) перспективных высокотемпературных протонных проводников на базе двойного перовскита Ba4-хCa2+хNb2O11 (х = 0,4; 0; –0,4) и двойного флюорита La6-хWO12-1,5 (х = 0,4; 0,6; 0,8; 1). Температура устойчивости к СО2 (выше которой фаза стабильна к СО2, ниже которой фаза взаимодействует с СО2) является важной технической характеристикой термодинамической устойчивости фазы к СО2: чем ниже температура устойчивости, тем стабильнее фаза к СО2. В работе применялись методы твердофазного синтеза, РФА, термогравиметрии с масс-спектрометрией и для измерения электропроводности – метод импеданса. Установлено, что материалы на базе La6WO12 относительно термодинамически устойчивы в обычном воздухе с СО2 (10-3 атм) в рабочем диапазоне 650–1 000 ºС (верхняя граница рабочих температур твердооксидного топливного элемента составляет 1 000 ºС). Фазы на основе Ba4Ca2Nb2O11 устойчивы к СО2 в воздухе в диапазоне 850–1000 ºС. Для того чтобы материал использовался в условиях его термодинамической стабильности, требуется температура устойчивости ниже рабочей температуры (400–700 ºС). Таким образом, фазы на основе Ba4Ca2Nb2O11 термодинамически неустойчивы к СО2 при 700 ºС, а фазы на основе La6WO12 устойчивы при 700 ºС. При отсутствии термодинамической устойчивости фазы в некоторых случаях может проявляться связанная с кинетическими затруднениями устойчивость данной фазы к СО2, достаточно долговременная для практического использования. Например, возможно образование сплошного блокирующего диффузию поверхностного слоя продуктов взаимодействия с СО2 (карбонатов Ba, Ca, La) на границе зерен основной фазы. Наблюдаемое для исследованных образцов увеличение зернограничного сопротивления может быть связано с образованием поверхностного слоя продуктов взаимодействия с СО2. Для керамических образцов La6-хWO12-1,5х (х = 0,4; 0,6; 0,8; 1) показано, что зернограничное и электродное сопротивление после выдержки 30 суток при 200 ºС во влажном атмосферном воздухе (СО2 10-3 атм) возрастает примерно в 3 раза при 800 ºС и в 10 раз при 400 ºС.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

60-69 147
Аннотация
Для повышения износостойкости деталей машин в промышленности и сельском хозяйстве применяются разнообразные синтетические смазки с мезогенными присадками, так как добавление присадки в базовую смазку приводит к снижению коэффициента трения и уменьшению износа детали. Такие многокомпонентные системы, как смазки, с присадками являются лиотропными жидкими кристаллами (ЖК) и демонстрируют богатый мезоморфизм, который также влияет на их трибологические характеристики. Построение фазовых диаграмм ЖК смазок с присадками в зависимости от концентрации и термодинамических величин является важной исследовательской задачей в связи с необходимостью оптимизации компонентного состава смазок и выяснения режимов их наиболее эффективного функционирования. В этой связи кроме проведения механических испытаний деталей в присутствии смазочных композиций необходимо изучать физико-химические свойства и проводить структурные исследования многокомпонентных смазок. Настоящее исследование было проведено с целью дополнить имеющиеся данные оптической и рентгеновской спектроскопии, электронной микроскопии и теоретические оценки термодинамических параметров смазочных композитов результатами диэлектрической спектроскопии. С помощью данного метода впервые исследованы электрические свойства смазочных композиций на основе Литола-24, включающие в себя мезогенные присадки в виде гомологов карбоксилатов меди (II), валерата и изовалерата меди, с концентрацией 1 масс. %, 5 масс. %, 10 масс. % и 20 масс. %. Получены частотные зависимости диэлектрической проницаемости, электропроводности, тангенса угла потерь, температурные и концентрационные зависимости электрических величин смазочных композиций при использовании измерительного электрического поля в диапазоне частот 100 Гц – 1 МГц и при нагреве от комнатной температуры до температур, превышающих температуры плавления Литола-24. Подтверждена возможность возникновения фазовых переходов между колончатой и изотропной жидкокристаллическими фазами при концентрациях присадок 1 масс. %, 5 масс. % и 10 масс. %, по порядку величин оценены энергии активации смазочных композиций. Полученные результаты применимы для анализа трибологических показателей смазочных композиций.

ТРАНСПОРТНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, ЛИТИЙ-ИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА И СУПЕРКОНДЕНСАТОРЫ

70-81 292
Аннотация

В настоящее время литий характеризуется одними из самых быстрых темпов роста цены, потребления и объемов добычи. Проведена оценка темпов потребления, роста объемов добычи и разведанных объемов литиевых минеральных ресурсов. Дан прогноз развития мирового литиевого рынка, роста добычи лития и динамики цен. Так, увеличение мировых объемов добычи лития к 2020 г. должно превысить 12 000 тонн в год. Показано, что рост потребления лития стимулировал рост геологической разведки его минеральных ресурсов и привёл к резкому росту разведанных запасов лития. Предпринята попытка оценить другие минеральные ресурсы, в том числе с низким содержанием лития. Анализ продемонстрировал, что в соответствии с существующими технологиями и скоростью роста производства лития литиевые руды закончатся примерно через 25 лет, а литиевые запасы разведанных ресурсов, связанные с соляными озерами, истощатся примерно через 50 лет. В статье предложено несколько путей решения этой проблемы. Первый – увеличение степени извлечения лития из существующих сырьевых источников, то есть применение более эффективных методов. Второй – использование бедных по литию ресурсов, таких как подземные рассолы и попутные нефтяные воды, которые могут стать самым перспективным источником лития (были показаны возможные направления и перспективы добычи). Третий – использование вторичных литиевых ресурсов и переработка отработанных литиевых батарей.

ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВА

82-104 182
Аннотация

Широкое внедрение полимерных композиционных материалов (ПКМ) в таких ключевых отраслях современной промышленности, как ветрои- и гидроэнергетика, авиа- и машиностроение и др., благодаря высокому уровню их упругопрочностных свойств, многофункциональности, экологичности и возможности обеспечения минимальной массы изделий, ставит проблему эффективной обработки этих материалов. Традиционные методы обработки (механическая и гидроабразивная) обладают рядом существенных недостатков: сильный износ режущего инструмента; расслоение материала из-за вибрационных и ударных нагрузок; ограничения на контур раскроя и т.д. В статье рассматривалась лазерная обработка ПКМ, которая в настоящее время считается наиболее перспективным бесконтактным, гибким в управлении, производительным и не требующим расходных материалов способом обработки. В ходе анализа теоретических и экспериментальных отечественных и зарубежных работ установлено, что перспективным направлением для качественной и производительной обработки ПКМ является применение промышленных волоконных иттербиевых лазеров. Результаты исследований с помощью экспериментальных технологических установок на базе наносекундных импульсных и непрерывных волоконных иттербиевых лазеров с мощностью излучения до 1 кВт и оптических двухосевых гальваносканеров с фокусирующей F-Theta линзой со скоростью перемещения луча до 20 м/с показали, что метод лазерной многопроходной обработки ПКМ с послойным удалением (абляцией) материала за счет механизма испарения позволяет осуществлять высококачественную прецизионную резку и сверление стекло- и углепластиков толщиной 1–3 мм.

105-124 353
Аннотация

В обзоре кратко перечислены основные моменты современного и мирового, и отечественного состояния разработки голографических сенсоров – нового класса диагностических устройств, представляющих собой толстослойные голограммы, записанные в специальной среде – гидрогеле, реагирующем на присутствие определенных веществ в жидких и газовых смесях. Под действием тестируемого компонента смеси, на который настроены сшивки гидрогелевой матрицы, чувствительный слой сенсора сжимается или разбухает – тем больше, чем больше концентрация, что дает возможность количественно оценивать концентрацию конкретного вещества. Описаны основные свойства, достоинства, измерительные возможности и возможные области применения голографических сенсоров. Весьма перспективными представляются исследования качества воды в городских системах водоснабжения, а также экосистем природных водоемов. С помощью голографических сенсоров можно измерять жесткость и кислотность воды, а также загрязненность ионами тяжелых металлов, бактериями и их спорами и т.д. Для мониторинга атмосферы существуют голографические сенсоры, позволяющие определять содержание горючих углеводородных газов в воздухе, его влажность и температуру. Показано, что сенсоры могут найти применение в медицине для определения концентраций широкого спектра соединений, содержащихся в биологических жидкостях. В обзоре более подробно обсуждались проблемы, возникающие при анализе содержания глюкозы в плазме и сыворотке крови. Проведено сопоставление голографических сенсоров с существующими диагностическими средствами. Рассматривались возможности применения цифровой техники обработки изображений, в том числе смартфонов, в качестве альтернативы спектрометрическим регистраторам отклика сенсоров, поскольку широко распространенная цифровая фототехника значительно снижает стоимость и упрощает измерения. Это имеет существенное значение для оперативного мониторинга экологических параметров, особенно в полевых условиях. Подробно описаны проблемы измерения длины волны отраженного от сенсора света для различных типов данных, доступных в цифровых камерах (форматов изображений). Приводятся известные в литературе обоснования важности разработки голографических сенсоров для возрастающего рынка экспресс-диагностики в практической медицине.

ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ

 
125 45
Аннотация

4–6 октября 2018 г. на базе Южно-Уральского государственного университета (национального исследова-тельского университета) состоится Международная научно-техническая конференция «Возобновляемая энер- гетика, энерго- и ресурсосбережение». Конференция посвящена обсуждению современных достижений в области использования возобновляемых источников энергии, разработки, производства и применения энерго- и ресурсосберегающих оборудования и установок. Конференция организуется для обмена опытом, поддержки дискуссий и публикации результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, проводимых отдельными учеными, высшими учебными заведениями, а также научно-исследовательскими и промышленными группами.



ISSN 1608-8298 (Print)