Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 4-6 (2019)
Скачать выпуск PDF

ПРЕДИСЛОВИЕ

IV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА 12. Водородная экономика

14-27 103
Аннотация

Ископаемые виды топлива (нефть, природный газ и уголь), которые сегодня удовлетворяют большую часть мирового спроса на энергию, быстро истощаются. Кроме того, продукты сгорания этих видов топлива вызывают глобальные проблемы, такие как парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди и загрязнение, которые представляют большую опасность для окружающей среды и, в конечном итоге, для жизни на нашей планете. Многие инженеры и ученые сходятся во мнении, что для решения этих глобальных проблем необходимо заменить существующую систему на основе ископаемого топлива водородной энергетической системой. Водород - очень эффективное и чистое топливо, при сгорании которого не образуется парниковых газов, химикатов, разрушающих озоновый слой, компонентов кислотных дождей (или незначительное количество) и загрязняющих веществ. Водород, произведенный из возобновляемых источников (например, солнечной) энергии, приведет к созданию постоянной энергетической системы, которую никогда не придется менять.

Однако существуют другие энергетические системы, предлагаемые для постнефтяной эры, такие как система синтетического топлива из ископаемых. В этой системе синтетический бензин и синтетический природный газ будут производиться с использованием обильных залежей угля. В некотором смысле это обеспечит продолжение существующей системы на основе ископаемого топлива.

Две возможные энергетические системы для эпохи без использования ископаемого топлива (то есть солнечная водородная энергетическая система и система синтетического топлива на ископаемых) сравниваются с существующей системой на основе ископаемого топлива с учетом производственных затрат, ущерба окружающей среде и эффективности использования. Результаты показали, что для устойчивого будущего солнечно-водородная энергетическая система является лучшей энергетической системой, которая должна заменить систему на основе ископаемого топлива до конца XXI века.

28-35 87
Аннотация

Модель ветро-солнечной водородной энергетической системы была применена к штату Сеара, Бразилия, и были изучены перспективы сокращения выбросов загрязняющих веществ, образующихся при сжигании ископаемого топлива в данном федеральном штате. Это долгосрочное исследование моделирует три сценария введения водорода в энергетический баланс штата Сеара: быстрый, медленный и без введения водорода. Без учёта оксидов азота, если сжигание топлива продолжится, то, как показывают результаты, в обоих сценариях введения водорода в штате Сеара все выбросы загрязняющих веществ, образующихся при сжигании ископаемого топлива, в конечном итоге сократятся до нуля к 2060 г.

36-45 55
Аннотация

В статье рассматриваются вопросы влияния озона и низких температур на свойства изоляции электротехнических материалов.

Сочетание холодильного хранения продуктов с использованием электронно-ионных технологий (ЭИТ, включая озон) позволяет во многом решить проблему минимизации потерь продуктов при хранении и снизить энергопотребление. Реальные объекты работают при различных рабочих температурах, область значений которых обычно находится в интервале от минус -24 °С до +24 °С, и в этом же интервале температур применяется озон.

Приведены и проанализированы результаты экспериментальных исследований совместного влияния низкой температуры, озона различной концентрации и механического нагружения на электроизоляцию силовых, электрических и информационных линий связи. Объектом исследований служили образцы электротехнической продукции, использующиеся в низкотемпературных камерах хранения пищевых продуктов.

Выявлено, что все образцы после длительного воздействия низких температур и высоких концентраций озона сохранили свои электроизоляционные свойства. Исключение составляют образцы электротехнических материалов марки КГ. Наблюдалось растрескивание изоляции некоторых образцов марки ВВГ, ВВГнг, ПВС и ПВ-3 при температурах охлаждения -18 °С и -24 °С, что связано с тем, что образцы были нагружены в большей степени по сравнению с их нагружением в реальных условиях.

Результаты экспериментальных исследований позволяют сделать заключение о том, что современные промышленные низкотемпературные камеры хранения пищевых продуктов могут применять ЭИТ технологии, и при этом электротехнические материалы сохраняют свои электроизоляционные свойства.

46-50 76
Аннотация

В данной работе проведены экспериментальные исследования процесса получения водорода в плазменном разряде, инициируемом в потоке жидкостей различного химического состава. Двухфазный поток создавался при прохождении жидкой среды под высоким давлением через гидродинамический излучатель. В жидкости за счет перепада давления и понижения энтальпии потока формируется сверхзвуковое двухфазное парожидкостное течение при пониженном давлении. Плазменный разряд инициировался с помощью внешнего источника питания, который создает электрическое поле внутри реакционной камеры. Были проведены испытания нескольких форм и размеров реакционных камер с различным расположением электродов.

В качестве исходных жидкостей использовались вода, спирты, сложные эфиры и их смеси с водой. В результате экспериментальных исследований показано, что инициируемая в условиях потока жидкофазной среды в разрядном промежутке между электродами низкотемпературная плазма способна эффективно разлагать водородсодержащие молекулы органических соединений в жидкости с образованием газообразных продуктов со значительной долей водорода. Показано, что процесс наиболее эффективен при использовании в качестве сырья смесей спиртов и воды. Это открывает возможность применения данного процесса при переработке неочищенного этанола и других продуктов брожения дешевого растительного сырья. При разложении органических соединений в плазме образуются также незначительные количества наночастиц углерода и наночастиц оксидов материалов разрядных электродов.

51-64 109
Аннотация

Несмотря на такие технические преимущества, как высокий КПД преобразования энергии, малая шумность, автономность и пр., водородные топливные элементы до сих пор не нашли массового применения в силу недостаточно высокой экономической конкурентоспособности. Известно, что значительную долю в себестоимости водородного топливного элемента составляют электродные материалы и электроды. В связи с этим в настоящей работе рассматриваются электродные материалы и электроды водородного топливного элемента. Производительность пористых электрохимических электродов определяется: электродной активностью, эффективностью переноса вещества и эффективностью переноса зарядов. Поскольку эти факторы действуют, как правило, противоположно направленно, задача подбора компонентного состава электрода часто сводится к получению оптимизационных зависимостей. При этом транспортные потери в работающем топливном элементе, как правило, являются доминирующими. В связи с этим особое внимание в данной работе уделялось структуре и транспортным характеристикам.

Полагалось, что определяющими факторами диффузионной составляющей функционирования топливного элемента являются характеристики пористой структуры электрода, влияющие на условия массового обмена и процессы конденсации воды. Большое значение имеет неоднородность ионного сопротивления, связанная с неоднородностями влажности и температуры, так как ионное сопротивление протон-проводящего компонента зависит от этих параметров.

Для управления пористой структурой и транспортными свойствами в электродный материал вводилась высокопористая функциональная добавка с большой долей транспортных пор и создавалась островковая структура протон-проводящего полимера Nafion. В качестве функциональных добавок исследовали два материала: углеродные нановолокна и терморасширенный графит. Изготовленные электродные материалы и мембранно-электродные блоки изучались с помощью методов: электронной микроскопии, снятия вольтамперных характеристик, циклической вольтамперометрии, электрохимического импеданса.

Результатом работы являются зависимости, связывающие состав электрода и его пористость, удельное ионное и электронное сопротивление, удельную площадь поверхности платины. Приведены результаты исследования диффузионного сопротивления массовому транспорту в зависимости от состава. Разработана технология электродного материала с увеличенной эффективностью массового и зарядового транспорта. Полученные результаты позволяют прогнозировать электрические характеристики катода, изготавливать электроды с заданными свойствами.

65-82 127
Аннотация

Отмечены недостатки электроэнергетических систем переменного тока по сравнению с системами постоянного тока в части устойчивости, управляемости, надежности и резервирования. Выявлена необходимость перехода от цифровизации в виде автоматических систем управления технологическим процессом к умным сетям, а в последующем к мультиагентным сетям постоянного тока (МСПТ) с повышенной степенью резер-вируемости. Указанные сети позволяют при повреждении одного из элементов сохранять энергоснабжение потребителей и автоматически восстанавливать работу поврежденного элемента за счет отработанных алгоритмов диагностики и восстановления исходного режима.

Рассмотрена распределенная генерация в составе традиционных источников и возобновляемых источников электроэнергии, а также накопители и статические преобразователи в составе МСПТ. Приведены характеристики данных элементов для моделирования режимов МСПТ с целью выбора структуры и алгоритмов управления, обеспечивающих повышенную степень надежности и неуязвимости энергоснабжения. Для математического моделирования режимов предложены и описаны схемы замещения и аналитические выражения возобновляемых источников и накопителей электроэнергии. Рассмотрены наиболее перспективные твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ). Коммерциализация в области малой и распределенной энергетики пока сдерживается высокой удельной стоимостью ТОТЭ, однако они обладают серьезными преимуществами -высоким КПД и экологичностью. Перспективы применения ТОТЭ в большой энергетике неочевидны, однако за рубежом в микро- и малой энергетике их коммерциализация идет нарастающими темпами, несмотря на ограничения. Так, с 2007 г. по 2016 г. объем реализации ТОТЭ на мировом рынке вырос в 13 раз с объемом продаж до 480 МВт. В России имеется огромный внутренний рынок для внедрения ТОТЭ, который к 2035 г. составит 114 ГВт с потребностями до 44 млн микромощностей, сотнями тысяч малой мощности (до 200 кВт эл.) и десятками тысяч большей мощности (свыше 2 МВт эл.). Указанный объем внутреннего рынка позволяет перевести отечественные разработки в область промышленного освоения и коммерциализации в ближайшей перспективе.

83-102 61
Аннотация

Представлен обзор работ, посвященных воздействию слабых (с индукцией, не превышающей 0,3 Тл) импульсных и постоянных магнитных полей на диэлектрические характеристики водородсодержащих сегнетоэлектрических кристаллов. На примере номинально чистых триглицинсульфата и дигидрофосфата калия показано, что столь слабые магнитные поля вызывают у этих веществ существенное увеличение диэлектрической проницаемости, коэрцитивного поля, а также заметное смещение температуры сегнетоэлектрического фазового перехода. Интерес к таким исследованиям вызван тем, что рассмотренные эффекты не находят объяснения с точки зрения классической термодинамики. Долгое время существовало мнение, что магнитные поля с индукцией меньше 1 Тл в принципе не могут каким-либо образом влиять на физические свойства диамагнитных материалов. Однако эксперименты с многочисленными диамагнетиками, подвергнутыми обработке слабыми магнитными полями, показали ошибочность такого мнения. Сегнетоэлектрические кристаллы, о которых идет речь в данной работе, также являются диамагнитными, поэтому для объяснения влияния обработки слабыми магнитными полями на свойства этих кристаллов не подходит аппарат классической термодинамики. Эффекты воздействия объясняются участием протонов водородных связей, стабилизирующих дефектные комплексы, в электронных переходах, ответственных за распад этих комплексов и/или открепление от них доменных стенок. Косвенным подтверждением такого объяснения является отсутствие эффекта воздействия магнитных полей (по крайней мере, при индукции 0,02-0,30 Тл) на монокристаллические образцы титаната бария BaTiO3 - сегнетоэлектрика кислородно-октаэдрического типа, не имеющего в своей структуре водородных связей.

 
102 32
Аннотация

Информация о конференции:  11-13 сентября 2019 года. НИИ химии и технологии полимеров им. академика В. А. Каргина, г. Дзержинск Нижегородской области

XXII. ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ . 41. Информация

 
103 27
Аннотация

Международная ассоциация альтернативной энергетики и экологии (IAAEE) по представлению Наградного комитета редколлегии Международного научного журнала «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE) № 209/2019 вручает международную научную награду - Золотой орден редколлегии Международного научного журнала «Альтернативная энергетика и экология» «FORHONORANDADVANTAGEINASCIENCE» в номинации “За честь и достоинство в науке” главному редактору Международного журнала по водородной энергетике (IJHE) доктору наук Турхану Неджату Везироглы

 
110 21
Аннотация

Date: 18th June 2019 – 19 th June 2019 Location: Berlin – Germany



ISSN 1608-8298 (Print)