Фундаментальные исследования возобновляемых источников энергии в московском университете

В настоящее время становится очевидным, что необходимым условием инновационных технологий, отвечающих современным задачам и перспективам развития возобновляемой энергетики, является проблемный, комплексный подход к разработке методов эффективного использования неисчерпаемых энергоресурсов. В докладе, в контексте изменения отношения к значимости фундаментальных исследований, обсуждаются результаты теоретического и экспериментального изучения возобновляемых источников энергии, полученные в течение последних лет в Московском университете.

К числу приоритетных задач фундаментальных исследований возобновляемых источников энергии следует отнести:

• создание новых принципов трансформации природных энергоресурсов в формы практического их использования на основе развития технологий пространственно-временных наномас- штабных материальных взаимодействий;
• развитие нового поколения количественных методов описания процессов преобразования энергии первичных источников возобновляемой энергии с критическим анализом и оценками точности и границ применимости существующих теорий;
• использование междисциплинарных подходов для установления возможностей управления процессами структурной перестройки и самоорганизации элементов энергетических систем, нацеленными на достижения эффективных конечных результатов;
• формулировку энергетической концепции взаимоотношений антропогенной деятельности с природной средой и определением императивов и доминант экологически равновесного развития энергетики;
• разработку методологии и концепции, системных геоинформационных и экономико-математических исследований источников возобновляемой энергии;
• формирование новых подходов к выбору и созданию эффективных ресурсосберегающих технологий производства энергии из возобновляемых источников.

Исследования микроводорослевой биоконверсии солнечной энергии получили развитие в направлении поиска и создания способов существенного ускорения процессов искусственного создания углеводородного топлива, как аналога природного явления формирования ресурсов нефти и газа при фотосинтезе водорослей. В лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета Московского университета были организованы экспериментальные и теоретические работы с энергетически эффективной и высокоурожайной микроводорослью — спирулина платенсис. Были выделены штаммы микроводоросли спирулина платенсис, которые обладали способностью, устойчивого роста на пространственно протяженных плантациях. Путем отбора продуктивных микроводорослей достигнуто заметное временное сокращение процесса первичной аккумуляции солнечной энергии. В теоретических и экспериментальных работах были сформулированы и апробированы принципиально значимые концептуальные положения, определяющие увеличение эффективности микроводорослевых преобразователей солнечной энергии в биомассу:

• замкнутость системы по элементам питания;
• перемешивание как фактор интенсификации фотосинтеза;
• синергетика режима питания и освещенности питательной среды.

Была разработана технология крупномасштабного культивирования микроводоросли спирулина платенсис в резервуарах с питательной средой, расположенных в теплицах и на море. Биомасса микроводоросли использовалась для последующей микробиологической переработки в биологическое топливо — метан. Увеличение коэффициента полезного действия фотосинтеза достигалось за счет увеличения эффективной площади освещаемой поверхности при волновом перемешивании. По результатам испытаний показано, что при падающей солнечной радиации 1900 кВт ч /м2 в течение года с открытой на атмосферу морской плантации спирулины площадью 70 м2 может быть достигнут энергетический выход биогаза в количестве одной тонны условного топлива. Биогазовый завод наземного базирования с плантацией микроводоросли спирулина площадью в гектар способен обеспечить производительность 150 тыс. м3 метана в год. Водорослевое проект получил развитие в направлении объединения гибридного производства технической и пищевой составляющей энергии водорослевой биомассы, а также селекционных работ по клонированию продуктивных устойчивых штаммов микроводорослей, продуцентов липидов — основы жидких моторных топлив.

Перспективные результаты получены в направлении исследования процессов концентрации энергии потоками текучей среды, нагретой солнечным излучением в парниковых электростанциях. Предложен переход от прямоточных потенциальных течений к закрученным вихревым потокам. Показано, что рост энергоотдачи от солнечной энергии в энергию воздушных потоков на 2-3 % достигается при создании граничных условий сосредоточенного взаимодействия течений с источниками солнечного тепла.

Серия комплексных фундаментальных и прикладных исследований выполнена при создании конденсоров атмосферной влаги — продуцентов пресной воды с использованием ветряных энергоустановок. В экспериментах с модельными установками, использующими капиллярные конденсаторы достигалась производительность порядка 0,8 л /м2 в сутки.

В направлении развития геоинформационных исследований представляет интерес развитые методики картирования энергоресурсов с расчетами показателя суммарного удельного нормированного потенциала возобновляемых источников энергии и анализом перспектив их использования на основе типологии районов с учетом уровня обеспеченности ресурсами, имеющими наибольшее значение для данного региона.

В связи с актуальностью стандартизации возобновляемых источников энергии проводились исследования и разработка новых национальных стандартов России. Эта работа призвана исключить дублирование и разночтение одних и тех же терминов, которое неизбежно возникает в процессе реализации проектов возобновляемой энергетики.

Дата публикации: 04.03.2012

Похожие записи:

• Моделирование и оценка гидроэнергетических, ветроэнергетических и биоэнергетических ресурсов региона
• Контроль выхода по току на современных электролизерах
• Исследование тепловых процессов при гранулировании алюминиевых сплавов
• Математическое моделирование теплогидравлических режимов работы водяных систем отопления зданий
• Эксергетическии анализ систем комбинированного теплоснабжения с термотрансформаторами на низкокипящих веществах и новыми циклами
• Анализ эффективности инвестирования в теплоснабжение с учетом интересов участников инвестиционного процесса