Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 22-24 (2018)
Скачать выпуск PDF

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

12-27 266
Аннотация

Разработана методика определения прихода солнечной радиации на горизонтальную поверхность на примере территории Сирии с использованием базы метеоданных NASA и программы ArcGIS для создания карт и атласов. Для расчетов прихода солнечной энергии на наклонную площадку применялась, как наиболее достоверная для Сирии, методика, предложенная Лю и Джорданом (1962 г.), развитая Кляйном (1977 г.) и дополненная авторами данной статьи алгоритмом аппроксимации. Для адаптации методики был выполнен расчет значений для среднемесячной и среднегодовой суточной солнечной радиации на наклонную площадку и ее составляющих (прямой, диффузной и отраженной) в точке с широтой 33º и долготой 36º на территории Сирии и определены годовой и месячные значения оптимального угла наклона солнечной батареи. Предложенная методика была применена для 63 точек, покрывающих территорию Сирии. Проведено разделение территории Сирии на зоны, характеризуемые оптимальным углом наклона солнечной батареи и максимальным годовым приходом солнечной энергии на наклонную площадку при данных углах наклона солнечной батареи с помощью метода интерполяции обратно взвешенных расстояний в программе ArcGIS. Разработан атлас прихода солнечной радиации на территорию Сирии для рассчитанных оптимальных углов наклона. Показано, что годовой оптимальный угол наклона солнечной батареи для территории Сирии изменяется в диапазоне от 23º до 28º, при этом среднегодовой приход солнечной энергии на наклонную площад ку изменяется в диапазоне от 1 859 кВт·ч/м2·г. до 2 069 кВт·ч/м2·г. Кроме того, на основе базы метеоданных NASA был определен общий природный потенциал солнечной энергии на территории Сирии на оптимальные наклонные площадки, который составляет 362,1·103 ТВт·ч/год.

28-50 184
Аннотация
Задача оптимизации состава и мощности автономных ветродизельных установок для гарантированного энергообеспечения потребителей, несмотря на длительную историю исследований, многообразие подходов и методов, не потеряла своей актуальности. Для формирования облика автономной энергосистемы гарантированного электроснабжения с преимущественным использованием энергии ветра был проведен детальный анализ энергетических характеристик ветра на примере измерений скорости ветра на юге Европейской части России в течение 8 месяцев на разных высотах с дискретностью 10 минут. В результате была получена последовательность средних суточных скоростей ветра, а также последовательности, построенные путем произвольных вариаций распределения средних суточных скоростей ветра на этом интервале. Указанные последовательности были использованы для расчета балансов энергии в системах (ВЭУ + дизель-генератор + потребитель с постоянной и ограниченной суточной потребной энергией) и (ВЭУ + дизель-генератор + потребитель с ограничением потребления + накопитель энергии). В целях максимального использования энергии ветра предполагается, что ВЭУ интегрально за рассматриваемый период производит потребное количество энергии. Для обобщенного рассмотрения в работе введены относительные величины потребной энергии, произведенной ВЭУ и дизельгенератором энергии и емкости накопителя путем нормирования их на ометаемую площадь ветроколеса. В работе показано влияние средней за определенный период скорости ветра на энергетические характеристики системы (ВЭУ + дизель-генератор + потребитель), а именно, найдена близкая к кубической зависимость произведенной за период энергии ВЭУ, использованной потребителем энергии ВЭУ, расхода и экономии топлива от указанной средней скорости. Было выявлено, что для этой же системы при ограниченной потребной энергии и большой средней скорости ветра за период ( cp V ) ВЭУ с меньшим значением мощности генератора и меньшим радиусом ветроколеса использует энергию ветра более эффективно, чем ветроустановка с большей мощностью генератора и большим радиусом ветроколеса при меньшей средней скорости ветра. Для системы (ВЭУ + дизель-генератор + накопитель энергии + потребитель) с ростом средней скорости cp V при заданном объеме потребной энергии, который в целом за период покрывается выработкой ВЭУ потр ВЭУ Э T T Q , максимальная размерная емкость накопителя уменьшается. С уменьшением объема накопителя энергии влияние случайного характера изменения скорости ветра Vсут (i) снижается, и при некоторых значениях относительной емкости накопителя им можно пренебречь.
51-58 184
Аннотация

В статье приводятся экспериментальные и аналитические исследования трехлопастной ветроэнергетической установки. Дана методика определения угловой скорости вращения ветротурбины в зависимости от скорости ветра, вращающего момента и ее мощности. Выполнено сравнение результатов вычислений по предлагаемым формулам с показателями испытаний ветротурбины, выполненных в природных условиях. Испытания проводились при скоростях ветра от 0,709 м/с до 6,427 м/с. Известно, что коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) для идеальной традиционной установки составляет 0,45. По результатам аналитических вычислений коэффициент использования энергии ветра ветротурбины, оборудованной 3-мя стеклопластиковыми лопастями и 6-ю ветронаправляющими экранами, при скорости ветра от 0,709 м/с до 6,427 м/с составил 0,317, а в диапазоне скоростей от 0,709 м/с до 4,5 м/с – 0,351, при этом значение экспериментального коэффициента значительно больше. Анализ изменения КИЭВ показал, что работа установки с ветронаправляющими экранами при незначительных средних скоростях воздушного потока в заданный период времени оказалась более эффективной, чем работа без этих направляющих. С увеличением скорости воздушного потока значение КИЭВ постепенно снижалось. Такое близкое совпадение экспериментальных данных с аналитическими вычислениями подтверждается сравнением расчетного критерия Фишера с его табличными значениями. Это позволит при проектировании ветротурбин определять их мощность, задавать геометрические параметры и массу всех деталей и обеспечит их эффективную работу.

59-67 180
Аннотация

Проведён анализ эффективности работы различных конструкций ветротурбин с горизонтальной и вертикальной осью вращения, выделены достоинства и недостатки каждой конструкции, определены возможности каждой из них эффективно работать в условиях ветрового режима России. В результате анализа сделан вывод о том, что для дальнейшего развития ветроэнергетики наиболее приспособлены ветротурбины с вертикальной осью вращения, использующие принцип дифференциального лобового сопротивления, поскольку именно эти ветротурбины способны работать при очень малых скоростях ветра и в большей мере приспособлены для дальнейшего совершенствования. Даны рекомендации по устранению недостатков и развитию преимуществ этих ветротурбин. Предложен ряд патентов, которые позволяют регулировать угловую скорость вращения, вращающий момент и, соответственно, мощность ветротурбины в зависимости от скорости ветра. Представлен патент на конструкцию лопасти с изменяющимися размерами в зависимости от воздействия на нее воздушного потока – внедрение такого устройства содействует повышению аэродинамических характеристик лопасти. Использование ветронаправляющих экранов позволяет запускать ветротурбину в работу при скорости ветра от 0,5 м/с, что способствует эффективной работе в диапазоне скоростей ветра от 0,5 м/с до 4,5 м/с, а при скоростях от 4,5 м/с до 15,0 м/с скорость воздушного потока в объеме ветротурбины регулируется ветронаправляющими экранами. При появлении ураганных ветров ветронаправляющие экраны способны прикрывать ветротурбину, предотвращая ее разрушение. Применение таких ветротурбин положительно скажется на развитии ветроэнергетики на территории России.

68-79 251
Аннотация

Работа посвящена исследованию процесса гидротермального сжижения микроводорослей и изучению физико-химических свойств полученной бионефти. Приведено описание новой энергоэффективной установки, созданной для проведения процесса гидротермального сжижения микроводорослей с рекуперацией тепла, и результаты исследования процесса гидротермального сжижения биомассы микроводорослей Arthrospira platensis при температуре 280 ºС (время выдержки – 1 ч). В результате экспериментально проведённого гидротермального сжижения была получена бионефть со значительно боле е высоким содержанием углерода и более низким содержанием кислорода и азота по сравнению с исходной биомассой. Би онефть была получена без использования органических растворителей. Выход бионефти составил 29,5 % с тепл отой сгорания 34,2 МДж/кг. Для оценки фракционного состава бионефти был проведен термогравиметрический анализ: около 80 % пришлось на фракцию бионефти с температурой испарения до 400 ºС. Выход бензиновой фракции бионефти составил 26 %. Одним из основных преимуществ технологии гидротермального сжижения является возможность достижения относительно высокой термодинамической энергоэффективности процесса путем оптимизации теплотехнической схемы установки. Впервые проведены сравнительные термодинамические оценки затрат энергии при гидротермальном сжижении и сушке биомассы микроводорослей, а также вклада рекуперации тепловой энергии в повышение эффективности гидротермального сжижения. Представлены результаты расчетов, показывающие, что благодаря рекуперации тепла гидротермальное сжижение обладает высокой термодинамической эффективностью и поэтому представляется весьма перспективным способом переработки биомассы микроводорослей в биотопливо. Согласно полученным оценкам, рекуперация позволяет экономить до 35 % тепловой энергии, затрачиваемой на гидротермальное сжижение.

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

80-87 149
Аннотация

В Патагонии ветер является важным источником возобновляемой энергии, который может генерировать очень большое количество электроэнергии. Но в связи с нестабильностью генерации невозможно подключить такой большой объем энергии к сети. Электролиз может обеспечить хранение этой энергии в виде водорода, который может быть использован для производства пиковой мощности или для транспортных средств. Однако хранение и распределение водорода стоит очень дорого. С другой стороны, в Южной Патагонии имеются месторождения угля, которые сложно разрабатывать, но эту задачу можно решить, например, за счёт подземной газификации угля. К сожалению, использование угля приводит к высоким выбросам углекислого газа. Решить проблему превращения угля в метан и, в конечном итоге, генерирования электроэнергии можно с помощью водорода, полученного из энергии ветра. Таким образом, большое количество возобновляемой энергии может быть введено в энергетическую систему, и при этом выбросы углекислого газа будут снижены.

88-95 96
Аннотация

Целью этой работы является разработка и оценка математической модели процесса производства водорода в Венесуэле путем электролиза и с использованием гидроэлектричества, для того чтобы с помощью водорода передавать энергию в сельские районы страны. Были подготовлены регрессионные модели для оценки флуктуации основных переменных, участвующих в процессе: получение водорода, эффективность преобразования энергии, стоимость гидроэлектричества и стоимость электролизера. Наконец, предлагаемая модель была применена к разным временным горизонтам и генеральной совокупности, при этом были определены затраты на производство водорода в каждом случае. Полученные значения оказались значительно ниже упомянутых в других работах, в основном в связи с низкой стоимостью используемой электроэнергии, на которую приходится около 45 % общей стоимости системы.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

96-106 86
Аннотация

Методами просвечивающей электронной микроскопии, дифракции быстрых электронов, атомно-силовой микроскопии и Оже-электронной спектроскопии проведены исследования фазового состава, ориентации, субструктуры и морфологии пленок, образующихся при импульсной фотонной обработке излучением ксеноновых ламп пластин кремния (111) Si в атмосфере метана. Установлено, что в диапазоне плотности энергии излучения (Ep), поступающей на пластины толщиной 450 мкм за 3 с, от 267 Дж·см-2 до 284 Дж·см-2 на обеих поверхностях пластины как с облучаемой, так и с необлучаемой стороны образуются ориентированные нанокристаллические пленки -SiC. При этом на облучаемой стороне синтез пленок осуществляется при возможном участии фотонной активации процессов (ИФО), а на обратной стороне – только термической активации (БТО). Показано, что с увеличением плотности энергии излучения в пленках -SiC средний размер субзерен на облучаемой стороне возрастает с 4,2 нм (Ep = 269 Дж·см-2) до 7,9 нм (Ep = 284 Дж·см-2) и на необлучаемой стороне – с 3,9 нм до 7,0 нм соответственно. Шероховатость поверхности -SiC с увеличением плотности энергии излучения принимает значения на облучаемой стороне от 19 нм (Ep = 269 Дж·см-2) до 60 нм (Ep = 284 Дж·см-2) и на необлучаемой стороне от 11 нм до 56 нм соответственно. На основании температурных зависимостей среднего размера зерна и шероховатости оценены кажущиеся энергии активации процессов. Энергия активации роста субзерен -SiC практически не зависит от способа активации и составляет 1,3 эВ. Энергия активации развития шероховатости составляет при ИФО 2,5 эВ и при БТО 3,5 эВ.

ТРАНСПОРТНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

107-118 146
Аннотация

Потребность в изотопах в ядерной энергетике, медицине и в области контроля инженерных и строительных сооружений возрастает ежегодно, а существующие методы разделения изотопов не позволяют обеспечить спрос по значительному списку изотопов, а также чистоту изотопов лития. В настоящее время процесс амальгамирования является основной технологией обогащения 7Li. Другие методы имеют очень низкую эффективность разделения и непригодны для массового производства. Эта работа посвящена новому методу обогащения изотопа 7Li, параллельно приведен модифицированный авторами данной статьи метод разделения изотопов лития амальгамированием. Исследование относится к физической химии, в частности, к электромиграционным процессам и методам разделения изотопов лития. Новым перспективным подходом для разделения изотопов Li является электродиализный процесс, использующий в качестве электролита ионную жидкость. Приведены данные об актуальности и областях применения изотопов 7Li, рассмотрены существующие методы и критерии разделения изотопов лития. Кратко описаны: принцип новой технологии, режимы экспериментов по обогащению и детали анализа полученных продуктов. Новая технология демонстрирует хорошие экологические характеристики, поддается массовому производству и обладает очень низким энергопотреблением. Однако необходимо решить проблему чувствительности ионных жидкостей к примесям, которые неизбежно появляются в электролите в процессе разделения. Одной из важнейших характеристик методов и технологий разделения изотопов является удельное энергопотребление, поэтому сейчас остро стоит вопрос снижения энергозатрат, для чего требуется создание новых способов разделения и очистки изотопных систем, а также модернизация уже внедренных в промышленности технологий. Предложенный в статье способ обогащения изотопа 7Li осуществляется посредством управления процессом электромиграции ионов лития через ионообменные мембраны в отсеках электролитической установки. Работа в перспективе может обеспечить повышение эффективности процесса обогащения изотопа 7Li и снижение удельных энергетических затрат.

ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ, ИНФОРМАЦИЯ

119-122 14
Аннотация

29.11.2018  Вручение В.М. Арутюняну Медалей РАН И МГУ «Памяти академика Н.М. Эмануэля» И Международной ассоциации альтернативной энергетики и экологии

НОВОСТИ НАУКИ И ТЕХНИКИ



ISSN 1608-8298 (Print)