Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 19-21 (2018)
Скачать выпуск PDF

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

12-22 242
Аннотация

Показана необходимость оптимизации режимов электропотребления и энергобаланса интеллектуальной сети (Smart Grid) с функцией двустороннего потока энергии от альтернативных источников энергии. В связи с этим для активных потребителей введено понятие генерирующего потребителя, что обеспечивает возможность гибко регулировать потоки энергии и выравнивать график нагрузки, а также свести к минимуму финансовые затраты на потребляемую энергию. Ключевым моментом является использование собственных ветроресурсов, которые достаточно велики в прибрежной зоне Дальнего Востока и на островах Русский и Попова. Разработана новая математическая модель оптимального энергобаланса при участии генерирующих потребителей и альтернативных источников энергии в виде ветроресурса как интеллектуальной системы с двусторонним потоком энергии. Предложена система выбора приоритетности источников генерации, обеспечивающая минимизацию материально-финансовых затрат электропотребителя. При этом в качестве универсального метода решения оптимизационной мультикритериальной задачи задействован алгоритм роя частиц роевого интеллекта. Новая концепция интеллектуальной сети с активными потребителями и двусторонним потоком энергии от альтернативных источников с функцией аккумулирования позволяет существенно повысить энергоэффективность использования ветроресурсов. Учитывая особый статус некоторых территорий в этой зоне и дефицит традиционных энергоресурсов, использование энергии ветровых потоков может в значительной мере решить энергетические проблемы.

23-33 182
Аннотация

Рассмотрены особенности работы ветродизельных установок при высокой частоте вариаций скорости ветра. На примере реального графика нагрузки п. Усть-Воямполка в Камчатском крае, параметров отечественных дизель-генераторных установок и суперконденсаторных систем, а также ветроэлектрогенераторов китайского производства, хорошо зарекомендовавших себя в условиях работы в российском Заполярье, проанализированы различные варианты компоновки ветродизельного комплекса. Оценки сделаны на основе балансовой модели и двух алгоритмов расчета, которые отличаются детализацией исходных данных о ветровом режиме (периодичность данных 3 часа и 2 секунды соответственно). Предполагается, что оптимизация состава энергетического комплекса может проводиться путем секционирования дизель-генераторной установки и использования суперконденсаторной батареи для компенсации переменной выработки ветроэлектрогенераторов. Показано, что при характерных ветровых условиях заданной местности и суточных графиках нагрузки потребителя оптимальная емкость суперконденсаторной батареи в составе ветродизельной установки составляет 324 Втч. При этом наращивание емкости суперконденсатора не ведёт к снижению расхода топлива. Сравнение технико-экономических характеристик суперконденсаторов и аккумуляторов с аналогичной энергоемкостью дает основание полагать, что суперконденсаторный модуль может иметь преимущество перед аккумуляторной батареей благодаря стоимостным и ресурсным показателям, а также более высоким допустимым токам заряда/разряда. Показано, что введение в состав автономной энергетической системы ветроэлектрогенератора может привести не только к снижению потребления дизельного топлива, но и к ухудшению технико-экономических показателей дизель-генераторной установки ввиду ее работы на малых мощностях.

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

34-39 202
Аннотация

Начиная с обзора причин, опасностей и последствий антропогенного изменения климата, с акцентом на повышении уровня моря, в  статье анализируется роль энергетических носителей и  объясняется, почему концепция носителей является ключом к выявлению системных решений по изменению климата.

Кроме того, в статье излагаются шесть пунктов, в которых даётся обоснование того, почему водородная и электрическая энергии (hydricity) должны доминировать в будущих энергетических системах, при условии, что у нас будет шанс избежать всемирной климатической катастрофы. В заключение приводится несколько мыслей о hydricity и о том, почему активный переход к hydricity еще не начался.

40-51 141
Аннотация

Методами вольтамперных характеристик и спектроскопии электрохимического импеданса исследованы особенности переноса протонов и электронов в высокопористых электродах водородного топливного элемента, содержащих Nafion преимущественно в островковой форме, в широком диапазоне концентрации.

Электродные структуры изготавливались в два этапа: 1) механическое смешивание платинированной углеродной сажи типа E-TEK, углеродных нановолокон типа Таунит МД (производство г. Тамбов) и водно-и-пропанольной дисперсии Nafion; 2)  ультразвуковая гомогенизация для получения однородной дисперсии электродного материала. Далее полученную дисперсию наносили непосредственно на протонпроводящую мембрану типа Nafion-212. Количество исходных компонентов измеряли гравиметрически, компонентный состав электродного материала контролировали посредством термогравиметрического анализа. Структуру полученных материалов исследовали методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии.

Изготовленные электроды в составе мембранно-электродного блока активировали путем многократного циклического изменения разности потенциалов: от потенциала разомкнутой цепи до ~0 до стабилизации вольтамперных характеристик. Ионное сопротивление, определяемое сопротивлением переносу протонов, измеряли методом электрохимического импеданса в области высоких частот годогрофа и методом вольтамперных характеристик во влажном (активированном) электроде в составе мембранно-электродного блока. Электронное сопротивление измеряли в воздушно-сухом электроде, в котором ионное сопротивление сухого Nafion на несколько порядков больше электронного и практически не вносит вклад в измеренное сопротивление.

Установлено, что зависимость ионного сопротивления от содержания Nafion имеет минимум при 40 % масс. Электронное сопротивление линейно возрастает с увеличением содержания Nafion. Экстремальный характер зависимости ионного сопротивления от содержания Nafion объясняется снижением концентрации центров генерации воды (наночастиц платины) при увеличении содержания Nafion до некоторого практического значения, при котором вырабатываемой воды недостаточно для полного увлажнения Nafion.

52-61 79
Аннотация

В работе обсуждалась перспективность использования металло-воздушных электрохимических источников тока, в частности, преимущества применения магния в качестве анода. Анализировались способы повышения эффективности анода, электролита и катода. Приведены сравнительные электрохимические характеристики, эффективность, преимущества и доступность различных металлов, применяемых в качестве анода. Вместе с тем анализировался ряд проблем, характерных для металло-воздушных источников тока, и пути их преодоления. Рассматривались методы снижения стоимости получения магния путем регенерации побочного продукта реакции – гидроксида магния на основе новой технологии (ООО «ЭКОАТОМ», Армения).

62-71 88
Аннотация

Рассмотрены вопросы, связанные с перспективой использования топливных элементов в качестве источника энергии летательных аппаратов. Впервые для этих целей предложено использовать системы аккумулирования водорода на основе алюмогидридов как наиболее безопасных и эффективных по энергетической емкости, температуре экстракции. Технологии получения материалов на основе алюмогидридов могут быть перенесены из производства электролитических конденсаторов. Приведен краткий сравнительный анализ существующих видов топлива и известных форм хранения топлива. Дано обоснование по применению алюминия для аккумулирования водорода в форме металлогидрида. Наиболее подробно рассмотрен вопрос анодной обработки алюминия, поскольку для формирования гидрида алюминия должна быть использована фольга с высокой степенью развития поверхности. Такая степень развития поверхности материала позволяет осуществлять процессы быстрой зарядки материала ионами водорода, которые участвуют в образовании алюмогидридов. Наличие пор на поверхности фольги обеспечивает повышение степени адаптации функциональных свойств накопителя под режимы работы энергоустановки. Данное свойство обусловлено возможностью гибкого управления процессом формирования структуры пор заданной морфологии, обеспечивающих необходимый редукционный эффект. Представлены основные позиции, определяющие особенность анодной обработки алюминиевой фольги, в которых рассмотрены физико-химические свойства как чистого алюминия, так и его соединений: оксидов и гидридов, – а также их поведение в условиях электрохимических реакций. Указаны возможности протекания параллельных процессов на электродах: окисление и восстановление воды, – что является необходимым условием обеспечения самосогласованных процессов при обработке алюминия (экспериментальные данные получены с помощью установок внутреннего трения). Показаны перспективы применения алюмогидридов в авиации и приведено обоснование решения энергетических проблем в авиации на основе углубления и расширения масштаба исследований технологий водородной энергетики. Результаты работы могут быть использованы в технологиях объемного хранения и транспорта электрической энергии.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

72-90 74
Аннотация

Рассмотрены особенности пиролитического синтеза и аттестации углеродных наноструктурных материалов. Отмечено, что при проведении пиролиза на формирование продукта могут влиять следующие факторы: конструкция реактора, способ введения энергии, подготовка и химический состав газовой смеси, а также выбор и подготовка катализатора. Проведено исследование наноуглеродных продуктов в процессе их нагрева от комнатной температуры до 1 400 ºС, установлен температурный интервал взаимодействия этих продуктов с воздухом. Показано, что особенности окисления на воздухе различных углеродных наноматериалов являются индивидуальными для каждой наноструктуры. Исследования сажи, фуллерита, нанотрубок, графита позволили дать качественную оценку наличия в продуктах синтеза (неизвестного состава) различных углеродных структур. Температуры изменения массы оказались полезными для определения состава их смесей.

В работе показано, что анализ кривых, соответствующих окислению исходной фуллереносодержащей сажи, свидетельствует о присутствии в образце по меньшей мере трех фаз. Кроме того, анализ продуктов пиролиза показал, что на параметры взаимодействия (скорость и температура) углеродных наноструктур с кислородом воздуха особое влияние оказывает степень графитизации таких структур. Так, при пиролизе ацетилена на стенках кварцевого реактора образуется зеркальная графитоподобная пленка, причем характер кривых окисления этой плёнки идентичен характеру окисления графита МПГ-7, но несколько смещен в высокотемпературную область. Впервые проведен комплексный анализ углеродных наноструктур, полученных различными методами, а также показана возможность классификации углеродных наноструктур по их термической устойчивости на воздухе при нормальном давлении.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

91-100 69
Аннотация

Анализировалась проблема значительной суточной неравномерности энергопотребления, которая требует изменения производства электроэнергии в течение суток, что, в свою очередь, приводит к снижению коэффициента использования установленной мощности и повышению расхода топлива на ТЭС. Расходование электроэнергии на нужды отопления позволяет решить проблему накопления и последующего использования «ночной» электроэнергии в часы провалов графика нагрузки энергосистемы с применением двухтарифного принципа ценообразования. Эффективность системы электроотопления заметно возрастает при небольшом перегреве здания в ночной период на 1–4 ºС, что практически не оказывает влияния на комфортность режима проживания.

Предложенная в данной работе схема незначительного перегрева здания ведет к некоторому росту потребления электроэнергии для отопления, но при этом снижаются финансовые затраты вследствие переноса нагрузки на ночной период с низким тарифом и значительного сокращения потребления электроэнергии для отопления в дневной период. Расчеты на основе нестационарного теплового баланса многоквартирного дома в г. Екатеринбурге с электроотоплением показали возможное снижение финансовых затрат на отопление на 3,86–5,18 руб/м2 при перегреве строительных конструкций здания на 2–3 ºС по сравнению с электроотоплением без перегрева в ночной период. Сравнение с конвективно-водяным отоплением также говорит о целесообразности применения предлагаемой схемы электроотопления с суточным регулированием.

ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ, ИНФОРМАЦИЯ



ISSN 1608-8298 (Print)