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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

5-8 May 2019 | Dresden, Germany

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.

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.

ПОСВЯЩАЕТСЯ 105-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Д.Т.Н., ПРОФЕССОРА МАТВЕЯ МАТВЕЕВИЧА ГУДИМОВА

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