Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 31-36 (2018)
Скачать выпуск PDF

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

12-22 171
Аннотация

В статье рассмотрены проблемы работы фотоэлектрических станций (ФЭС) в распределительной сети (РС), а именно, влияние генерации ФЭС на узловые напряжения и устойчивость сети, а также имеющие место на практике отключения инверторов от сети во избежание перенапряжений. Инвертор ФЭС, работающий в составе РС, рассматривается в рамках редуцированной двухузловой схемы замещения. Один узел этой схемы описывает инвертор, выход которого через соединительную линию подключен к повышающему трансформатору, то есть ко второму узлу модели, представляющему эквивалент РС. Редуцированная двухузловая схема, в отличие от многоузловых схем, имеет точные решения для потоков мощности между ФЭС и сетью. Эта модель позволяет в аналитическом виде определить область устойчивости по напряжению, условия отсоединения от сети (островкования), зависимости узловых напряжений от соотношения уровней генерации и потребления. На основе указанной модели проанализированы экспериментальные данные поминутного мониторинга мощности и выходных напряжений трехфазных инверторов Growatt мощностью 30 кВт, соединенных с узлом подключения к распределительной сети (трансформатором) относительно коротким отрезком линии. Подобная схема подключения типична для частных и небольших промышленных фотоэлектрических систем. Устойчивая работа ФЭС в сети зависит от соотношения уровней генерации и потребления в узле на стороне станции, а также от пропускной способности соединительной линии. При анализе перенапряжения в узле ФЭС в случае большого уровня солнечной радиации следует учитывать ограниченные возможности инверторов по уменьшению выходной мощности переменного тока за счет изменения положения рабочей точки инвертора. В статье выполнены оптимизационные расчеты для определения параметров, характеризующих инвертор и пропускную способность линии. Разработанный метод анализа мониторинговых данных современных инверторов может быть полезным инструментом при решении задач диагностики оборудования ФЭС, а также при прогнозировании объема электроэнергии, выдаваемой в сеть.

23-34 238
Аннотация

Биомасса водорослей рассматривается как альтернативное сырье для производства биотоплива. Поиски новых видов сырья, в том числе высокоэнергетических видов микроводорослей (МКВ), являются актуальными, поскольку доля моторных топлив в структуре мирового топливно-энергетического баланса остаётся стабильно высокой (порядка 35 %), и цена на нефть характеризуется большой волатильностью. Авторами рассмотрены преимущества микроводорослей как источников сырья для получения топлива. В качестве технологий их переработки предлагаются биохимическая и термохимическая конверсия. В данной работе представлены результаты исследования пиролиза биомассы клоновой культуры сине-зеленой микроводоросли/цианобактерии Arthrospira platensis rsemsu 1/02-P из коллекции НИЛ возобновляемых источников энергии МГУ имени М.В. Ломоносова. Эксперимент по изучению процесса пиролиза биомассы МКВ проводился на экспериментальной установке ОИВТ РАН в среде чистого азота марки 6.0 для создания бескислородной среды с линейной скоростью нагрева 10 ºС/мин от комнатной температуры до 1 000 ºС. Весь процесс пиролиза протекал в области эндотермии. Были экспериментально определены удельные количества твердого остатка, пиролизной жидкости и газообразных продуктов. В результате пиролиза биомассы МКВ массой 15 г были получены следующие продукты: 1) уголь – масса твердого остатка 2,68 г, или 17,7 % от исходной массы МКВ (при этом 9,3 % от исходной массы МКВ остались в реакторе); 2) пиролизная жидкость – масса 3,3 г, или 21,9 % от исходной массы; 3) неконденсируемые пиролизные газы – масса 1,15 л. Удельный объемный выход газа (количество газа, выделяющегося из 1 кг исходного материала) составил 0,076 нм3/кг. Проведен анализ состава и удельного объемного выхода неконденсируемых пиролизных газов, образующихся в процессе пиролиза, в зависимости от температуры. Показано, что с ростом температуры возрастает доля высококалорийных компонентов газовой смеси (водорода, метана и монооксида углерода). Проведена оценка теплотворной способности смеси этих газов.

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

35-51 227
Аннотация

Пригодность водорода для решения вопроса регулирования энергопотребления на гидроэлектростанции в центральной части Италии оценивается с точки зрения жизненного цикла. Рассматривается производство водорода в непиковые часы посредством электролиза, а также потенциальное хранение водорода в гидридах металлов с последующим использованием водорода в пиковые часы для выработки электроэнергии с помощью технологии топливных элементов. Выработка гидроэлектроэнергии и выработка водорода определяются как подсистемы, в наибольшей степени соответствующие девяти оцененным категориям воздействия (например, глобальное потепление, абиотическое истощение и совокупная потребность в энергии). Получаемый возобновляемый водород демонстрирует более благоприятные экологические и энергетические характеристики в течение жизненного цикла, чем традиционный водород, образующийся при риформинге с водяным паром. Кроме того, при расширении системы с использованием водорода для выработки электроэнергии возобновляемый продукт электроэнергии показывает лучшие параметры жизненного цикла по сравнению с традиционным электричеством для итальянской электрической сети. В целом, с точки зрения жизненного цикла, водород является подходящим энергетическим решением на гидроэлектростанциях как в виде самого водорода (например, для транспортировки), так и в качестве исходного сырья для последующего производства электроэнергии в часы пик.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АЭЭ

52-61 213
Аннотация

На фоне сокращающихся традиционных источников энергии, увеличивающееся негативное влияние на природу, в том числе из-за некоторых секторов энергетики, а также нарастающая угроза экстремального увеличения отходов в глобальном масштабе, вторично возобновляемые источники энергии (ВВИЭ) могут сыграть роль одного из ключевых методов достижения устойчивого баланса, без ущерба экономическому развитию. На практике если допустить, что население Земли составляет 7 млрд человек, то как минимум 5 млн тонн отходов производятся ежедневно (не считая промышленные). Из них около 2 млн не подлежат рециклированию, но из них можно получать энергию. Современные технологии позволяют до 50 % исходного материала конвертировать в бесплатную энергию, то есть в результате можно получать 1 млн МВт/ч ежедневно, или 300–350 ТВ/ч в год. Это равно потреблению электроэнергии 5–10 малых развитых стран, таких как, например, Болгария, Словения и т.д. Дальнейшее улучшение и применение технологий для использования ВВИЭ потребует значительных средств для научных исследований и опытно-конструкторских работ. Часть из них может быть получена за счет льгот для альтернативных источников энергии, другая часть – за счет внешних источников финансирования, в том числе, государственных бюджетов, грантов, как часть государственно-частного партнёрства и т.д. В предлагаемой статье рассматривалась экономика ВВИЭ и связанные с ними факторы, их роль и место в энергетическом секторе, значение для охраны окружающей среды и достижения Целей устойчивого развития (ЦУР), принятых ООН. Предпринята попытка развить существующие и предложить новые критерии для более четкого и универсального определения ВВИЭ, систематизировать и сделать сравнительный анализ основных проблем ВВИЭ, а также привлечь внимание и спровоцировать более широкую дискуссию по данной теме. Отдельное внимание уделено аспектам «отходы-вэнергию», включая возможности, связанные с водородом. Впервые вводиться термин «double-green-solution».
Статья может представлять интерес для широкого круга экономистов, инвесторов и практиков.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ

62-70 146
Аннотация

В работе обсуждались преимущества переработки концентратов пирита с помощью новой технологии, использующей обжиг в атмосфере водяного пара. Существуют различные технологии переработки пиритовых концентратов, содержащих драгоценные и цветные металлы, Au, Ag, Cu, а также другие элементы. Эти технологии часто имеют такие недостатки, как нежелательное выделение диоксида серы в окружающую среду, неполная экстракция полезных металлов.
Приведены оптимальные режимы проведения технологических процессов, таких как температура обжига, соотношение паровой и твердой фаз, длительность процесса, размеры частиц и др. Особое внимание уделялось десульфуризации пиритного концентрата с предотвращением выделения сернистого ангидрида в атмосферу и с переводом его в фазу твердой элементарной серы или сульфида натрия.
Разработанная технология позволяет получить железный огарок, и с последующей магнитной сепарацией и восстановлением в атмосфере водорода получить железо в виде губки – высококачественного продукта для выплавки сталей или чугунов.
Предлагаемая технология обеспечивает замкнутый цикл и безотходность с минимальным загрязнением окружающей среды. Технология испытана в пилотной лабораторной установке с использованием концентратов пирита Каджаранского месторождения Армении.

ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВА

71-85 133
Аннотация

В статье рассматривались модельные/тестовые эксперименты по лазерному термоупрочнению с регистрацией динамики модификации поверхности материала в реальном масштабе времени с использованием лазерного проекционного микроскопа (монитора) в геометрии «pump-probe». Упрочнение материалов с помощью лазерного излучения, а также размерная обработка по сравнению с традиционными методами намного экологичнее, так как происходит очень быстро, почти без выбросов вредных веществ. А возможность наблюдения поверхности в момент процесса упрочнения позволяет улучшать качество обрабатываемых изделий. С помощью лазерного проекционного микроскопа можно выявить момент появления переходной области, возникающей при взаимодействии лазерного излучения с веществом, проследить за динамикой ее расширения, регистрировать возникновение теплового фронта, фронта плавления, окисных фронтов, что является актуальным при процессах термообработки. Важность и эффективность методов диагностики с использованием лазерного проекционного микроскопа для изучения различных динамических процессов при взаимодействии лазерного излучения с веществом подтверждается большим числом публикаций. В данной работе проведена модернизация лазерного проекционного микроскопа с включением в зондирующий канал оптического жгута. Выявлены базовые физические принципы работы полученной системы и возникающие при этом проблемы, а также перспективы их преодоления в различных условиях конкретных процессов лазерного термоупрочнения, в том числе, с помощью компьютерной симуляции для поиска оптимальных оптических схем и режимов. Обсуждались проблемы с глубиной резкости для получаемого изображения через оптическое волокно/оптический жгут при регистрации таких динамических процессов и способы их решения путем выбора соответствующей оптической схемы. Анализ проводился и на основе компьютерного моделирования. Эти вопросы важны при реализации различных режимов термоупрочнения в экспериментах с однопучковым и многопучковым излучением силового лазера, воздействующим на объект при соответствующей настройке лазерного монитора в зондирующем канале.

86-96 161
Аннотация

Рассчитаны потенциально эффективные для фотобиологических процессов значения плотности потоков света для дуговой натриевой трубчатой лампы (ДНаТ) мощностью 250 Вт и светодиодной (СИД) лампы мощностью 46 Вт. Предложено понятие коэффициента использования света для фотобиологических реакций с целью оценки энергетической составляющей спектра света, пригодной для оптимальной активации фоторецепторных систем растения, которые осуществляют управление процессами формообразования и изменения ориентации биологической системы в пространстве на раннем этапе развития для достижения максимальной эффективности фотосинтетической реакции. В расчётах использованы экспериментально полученные значения коэффициентов поглощения листа растения Cucumis sativus L. На основе данных о линейных размерах листа растения и зависимости спектра поглощения от возраста растения, а также спектрах действия фотобиологических реакций (фотосинтеза, диссипации избыточной энергии в виде тепла, фототропической реакции, синтеза хлорофилла, фотоморфогенеза) и спектрах излучения источников света рассчитана масса накопленных углеводов на раннем этапе развития растения Cucumis sativus L. Для верификации методики аналитической оценки было проведено экспериментальное исследование влияния излучения данных осветителей. Для ДНаТ 250 масса углеводов и сухая масса растения составили0,24 г и0,20 г соответственно, для СИД 46 –0,05 г и0,05 г соответственно. Предложенная система оценки эффективности спектра и интенсивности излучения по линейным параметрам растения является интеллектуальной основой для создания энергоэффективной системы автоматического управления светодиодным освещением теплицы с обратной связью по измеряемому параметру растения.

97-120 88
Аннотация

Рассматривался и анализировался важный этап развития лазерных систем на парах металлов с точки зрения биомедицинских применений. С момента появления первого поколения отечественных медицинских установок с импульсными лазерами на парах металлов, в частности парах меди (ЛПМ), которые были созданы в ФГУП «НПП «Исток», прошло не так много времени. В настоящее время аналогичные исследования получили широкое развитие и включают в себя разнообразные применения, например, в онкологии для лечения методом ФДТ, ангиопластике внутрисосудистого разрушения атеросклеротических поражений, дерматологии и косметологии для лечения дефектов кожи лица, а также в оториноларингологии, гинекологии, проктологии, урологии и др. В этих случаях используются установки типа «Янтарь-2Ф» и «Яхрома-2», разработанные на базе ЛПМ «Курс», с длинами волн излучения λ = 510,6 нм и 578 нм, средней мощностью излучения Р изл = 5–10 Вт и перестраиваемого по длинам волн в диапазоне λ = 620–670 нм. Доставка лазерного излучения в область пораженной зоны биообъекта производится с помощью гибкого световодного кабеля, являющегося одним из самых удобных медицинских инструментов и имеющего диаметр кварцевого волокна 400 мкм, 600 мкм или 800 мкм. В дерматологии и косметологии применяется компактная с воздушным охлаждением медицинская установка нового поколения «Яхрома-Мед» на базе импульсного ЛПМ «Кулон» со средней мощностью излучения на выходе световодного кабеля Ризл. = 1–3 Вт (совместно с Физическим институтом РАН им. П.Н. Лебедева). Сегодня «Яхрома-Мед» является лидером неабляционных технологий и оптимальна для удаления сосудистых, пигментных и неокрашенных дефектов кожи, лечения акне и разглаживания морщин (применяется в более чем 100 клиниках России и за рубежом). Кроме того, для научной и практической медицины в области онкологии, лазерной низкоинтенсивной терапии и хирургии, дерматологии и косметологии и др. разработана компактная с воздушным охлаждением промышленная многофункциональная высокоинтенсивная медицинская установка нового поколения «Кулон-Мед» (аналог «Яхрома-Мед») на базе двух импульсных лазеров: ЛПМ «Кулон» со средней мощностью излучения Ризл. = 10 Вт и ЛРК с перестраиваемым по длинам волн излучением в диапазоне λ = 620–750 нм и мощностью излучения Ризл. = 1–3 Вт (совместно с ООО «НПП «ВЭЛИТ», ГНЦ «Курчатовский институт» и МНИОИ им. П.А. Герцена). Транспортировка лазерного излучения производится по четырем гибким световодным кабелям с диаметром проводящего кварцевого волокна 400 мкм и 600 мкм, что позволяет производить лечебно-профилактическую процедуру одновременно в нескольких кабинетах. Медицинские установки этого класса были поставлены во многие лечебные учреждения.

УКАЗАТЕЛИ

ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ



ISSN 1608-8298 (Print)