- gildiaplast.ru

Министерство образования и науки
Российской Федерации
*
Ф е д е р а л ь н о е г о с у д а р с т в е н н о е автономное о б р а з о в а т е л ь н о е
учреждение в ы с ш е г о п р о ф е с с и о н а л ь н о г о о б р а з о в а н и я
«Уральский
федеральный
университет
имени первого Президента России Б.Н.
Приоритетный
национальный
проект
Ельцина»
«Образование»
Посвящается созданию Уральского
энергетического института УрФУ
Энерго- и ресурсосбережение.
Энергообеспечение.
Нетрадиционные и возобновляемые
источники энергии
Сборник материалов Всероссийской студенческой
олимпиады, научно-практической конференции и выставки
работ студентов, аспирантов и молодых ученых
13 - 16 декабря 2011 г.
Под общей редакцией
профессора, д-ра экон. наук II. И. Данилова
Екатеринбург
2011
В У р Ф У при к а ф е д р е « А т о м н а я э н е р г е т и к а » создан и р а з в и в а е т с я «Центр
в о з о б н о в л я е м о й э н е р г е т и к и и э н е р г о с б е р е ж е н и я » , который в о з г л а в л я е т о п ы т н ы й
п р о и з в о д с т в е н н и к , б ы в ш и й р у к о в о д и т е л ь о д н о г о и з к р у п н ы х У р а л ь с к и х заводов,
доцент к а ф е д р ы АЭ, к.т.н. П о п о в А . И . (рис. 5).
Разнообразие
то,
тематики
указывает
на
развитой
нефтегазовой
структуре
источников
что
в
стране
работ
с
самой
составляющей
энергии
в
возрастает
внимание к п о д г о т о в к е с п е ц и а л и с т о в для в о з о б н о в л я е м о й э н е р г е т и к и .
Трое в ы п у с к н и к о в к а ф е д р ы (по с п е ц и а л ь н о с т и Н В И Э ) з а щ и т и л и канди­
( Е ф и м о в а А . В . в 2006 г.,
которая заряжается от э л е к т р о м е х а н и ч е с к о г о п р е о б р а з о в а т е л я э н е р г и и волн.
В х о д е создания м о д е л и п р о в е д е н а патентная п р о р а б о т к а , в к о т о р о й мож­
но в ы д е л и т ь : э л е к т р о м е х а н и ч е с к и й преобразователь э н е р г и и [1] и спасатель­
ный ж и л е т , о с н а щ е н н ы й т е р м и н а л о м спутникового о т с л е ж и в а н и я [2].
Рис. 5. Председатель экспертной комиссии выставки,
директор Центра возобновляемой энергетики и
энергосбережения УрФУ П о п о в Л . И . вручает диплом
за лучший экспонат в н о м и н а ц и и «Нетрадиционные
и
возобновляемые
источники
энергии»
студентам
УрФУ
датские д и с с е р т а ц и и
" ния и с в е т о и з л у ч а ю щ и е э л е м е н т ы , п о л у ч а ю щ и е э н е р г и ю от б а т а р е и питания,
Матвеев А.В.
в 2 0 0 8 г.,
Стари­
ков Е.В. в 2010 г.). В н а с т о я щ е е время з а к а н ч и в а ю т свои д и с с е р т а ц и о н н ы е ис­
следования в ы п у с к н и к и к а ф е д р ы К л и м о в а В.В., Арбузова Е.В., Б о р и с о в а Е.В.,
Булыгин А.А., п о я в и л и с ь п е р в ы е м а г и с т р а н т ы п о п р о ф и л ю Н В И Э Ф е д о р о в Е.В.,
и первый м а г и с т р а н т из з а р у б е ж ь я - С а р б а с о в А . Ж . ( К а з а х с т а н )
В 2011 г. в р а м к а х р е о р г а н и з а ц и и У р а л ь с к о г о ф е д е р а л ь н о г о университета
был создан Уральский э н е р г е т и ч е с к и й институт, к о т о р ы й в н о в ь о б ъ е д и н и л элек­
т р о т е х н и ч е с к и й и т е п л о э н е р г е т и ч е с к и й факультеты. В с т р у к т у р е У р а л Э Н И Н а
кафедра АЭ получила не т о л ь к о своё место, но и новое н а з в а н и е - кафедра
« А т о м н ы х станций и в о з о б н о в л я е м ы х и с т о ч н и к о в э н е р г и и » .
В у с л о в и я х о б о с т р и в ш и х с я после с о б ы т и й на АЭС « Ф у к у с и м а » в Я п о н и и
(март 2011 г.) споров о п у т я х развития атомной энергетики в м и р е , Россия де­
монстрирует у с и л е н и е с в о и х п о з и ц и й в области атомного э н е р г о с т р о е н и я , обес­
печивая 45 % м е ж д у н а р о д н ы х заказов на в о з в е д е н и е А Э С . П р и этом возобнов­
л я е м ы е источники э н е р г и и п о д д е р ж и в а ю т с я п о д а в л я ю щ и м б о л ь ш и н с т в о м насе­
ления, о д н а к о т е х н о л о г и ч е с к и пока не в состоянии р е ш и т ь з а п р о с ы крупной
п р о м ы ш л е н н о с т и . В з а и м н о д о п о л н я я друг друга, атомная э н е р г е т и к а и возоб­
Задачей создаваемой м о д е л и является у в е л и ч е н и е д л и т е л ь н о с т и работы
терминала спутникового о т с л е ж и в а н и я и системы с в е т о и з л у ч а ю щ и х элементов,
п о л у ч а ю щ и х э л е к т р о с н а б ж е н и е от батареи питания, за с ч е т п р и м е н е н и я элек­
т р о м е х а н и ч е с к о г о п р е о б р а з о в а т е л я энергии волн.
П о с т а в л е н н а я задача р е ш а е т с я тем, что спасательный ж и л е т , содержащий
тельную и г о л о в н у ю ч а с т и , п о д д е р ж и в а ю щ и й пояс, к а р м а н , D - о б р а з н о е кольцо,
т е р м и н а л с п у т н и к о в о г о о т с л е ж и в а н и я и с в е т о и з л у ч а ю щ и е э л е м е н т ы в виде
лент, с о д е р ж и т э л е к т р о м е х а н и ч е с к и й преобразователь э н е р г и и в о л н , состоящий
из б л о к а л и н е й н о г о г е н е р а т о р а и батареи питания, в к л ю ч а ю щ е г о в себя магни­
ты, р а с п о л о ж е н н ы е в п о л я р н о й оппозиции друг к другу и н а х о д я щ и е с я в ци­
л и н д р и ч е с к о й н е м а г н и т н о й т р у б к е с н а м о т а н н ы м и н а н е й о б м о т к а м и , блок
электроники и светоизлучающие диоды.
Результатом д а н н о й р а б о т ы является: создание м о д е л и , которая решает
п о с т а в л е н н у ю задачу, т а к ж е по итогам разработанной к о н с т р у к ц и и направлена
и п о л о ж и т е л ь н о о д о б р е н а з а я в к а на получение патента н а п о л е з н у ю модель [3].
Д л я д а л ь н е й ш е й р е а л и з а ц и и идеи предполагается р а з р а б о т к а математиче­
ской модели э л е к т р о м е х а н и ч е с к о г о преобразователя э н е р г и и в о л н с использо­
ванием м а т е м а т и ч е с к о г о п а к е т а MathCad.
Библиографический
список
7
1. Пат. 6790090 С Ш А , М П К Н02К 35/02, Н02К 35/00, Н 0 2 К 035/00. Генератор мектроэнергии на основе взаимодействующих магнитов / Джефри Т. Ченг, Хао Ксинь; заявитель
и патентообладатель Калифорн.. науч.-ислед. ин-т. № 2003019743/23; заявл. 28.09.2004,
опубл. 23.10.2003, Бюл. № 10 (I ч.). 15 с.
7
2. Пат. 2389036 Российская Федерация, МИК G0IS5/02. Система спасения установ­
ленная для спасательного жилета / Ким Я ш Сан.; заявитель и патентообладатель КИМ Яш
Сан (KR) № 2007141501/09; заявл.05.04.2006; опубл. 20.05.2009, Бюл. № 15 (II ч.). 9 с.
7
3. Заявка 2011130766 Российская Федерация, МПК В63С 9/08, Н02Н 35/02. Спаса­
тельный жилет / Сатгаров P.P. Гайсин Б.М.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО
УГАТУ. Положительное решение на выдачу патента на полезную модель от 10.10.2011.7с.
новляемые и с т о ч н и к и э н е р г и и обеспечат ф у н д а м е н т э н е р г е т и ч е с к о й безопасно­
сти планеты не только в э т о м столетии - на м н о г и е годы в п е р е д .
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ В Л И Я Н И Я РАЗМЕРОВ
ЧАСТИЦ СУБСТРАТА НА ГЛУБИНУ РАЗЛОЖЕНИЯ
СПАСАТЕЛЬНЫЙ ЖИЛЕТ С ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ ВОЛН
Уфимский
государственный
авиационный
технический
Гайсин Б.М
университет
bulat-wil/@mail. ги
ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ОТХОДОВ КРС
Гяадиков И.А. Арбузова Е. В., Щеклеин С. Е.
УрФУ
Г л у б и н а р а з л о ж е н и я органического вещества ( О В ) с у б с т р а т а характери­
зуется с т е п е н ь ю р а с п а д а а. Ее величина показывает к о л и ч е с т в о органического
В связи с у ч а с т и в ш и м и с я а в и а к а т а с т р о ф а м и и р и с к а м и , присутствующи­
ми при перевозке п а с с а ж и р о в на открытой воде (моря, о к е а н ы ) , б ы л разработан
вещества, которое п р е о б р а з о в а н о в биогаз, и определяет э ф ф е к т и в н о с т ь про­
цесса анаэробной о ч и с т к и о т х о д о в К Р С .
сцасательный ж и л е т , в к л ю ч а ю щ и й в себя т е р м и н а л с п у т н и к о в о г о отслежива406
407
Степень р а с п а д а О В можно о п р е д е л и т ь по формуле 1.
^0'-ргУс>а
р,
Ум
(1)
7
d-(100-й )-(100-4)
3
Выход биогаза,
мЗ/мЗ
—••—Измельчённый
• Не измельчённый
3
где Vu - суточная д о з а загрузки метантенка, м ; Уя- объем метантенка, м ; W влажность навоза, % ; Ас - зольность навоза, %; /? - к о э ф ф и ц и е н т р а с ш и р е н и я
навоза
к_
(2)
У"
3
где V" - объем н а в о з а при температуре брожения, м ; V'"- объем н а в о з а при
3
3
температуре о к р у ж а ю щ е й среды, м ; рг - плотность биогаза, кг/м ; рн - плот­
3
ность биогаза, кг/м ;
3
3
Vcvm
- удельный в ы х о д биогаза с единицы объема метан­
тенка, м /м .
Степень р а с п а д а ОВ зависит от следующих факторов:
>
>
>
>
>
>
>
>
т е м п е р а т у р ы сбраживаемой массы;
Время сбраживания, сут
состава м и к р о ф л о р ы ;
рН и б у ф е р н ы х свойств питательной среды;
Рис. 2. В ы х о д биогаза из субстрата (с измельченным сухим веществом и
с неизмельченным сухим веществом)
к о н ц е н т р а ц и и ингибиторов;
зольности субстрата;
Из г р а ф и к а на р и с . 2 м о ж н о видеть з н а ч и т е л ь н ы й э ф ф е к т от и з м е л ь ч е н и я
влажности субстрата;
сухого в е щ е с т в а и с х о д н о г о навоза (увеличение в ы х о д а биогаза в 2,6 раза).
п л о т н о с т и субстрата;
П о ф о р м у л е (1) б ы л и о п р е д е л е н ы к о э ф ф и ц и е н т ы р а с п а д а о р г а н и ч е с к о г о
периода сбраживания и т. д.
Экспериментальные
исследования
[1]
показали
следующий
характер
вещества, к о т о р ы е п р я м о п р о п о р ц и о н а л ь н ы выходу биогаза. П р и расчетах б ы л а
3
учтена п л о т н о с т ь и з м е л ь ч е н н о г о (ризм = 1001 кг/м ) и н е и з м е л ь ч е н н о г о (рнеИзм
в л и я н и я влажности на степень р а с п а д а ОВ (рис. 1).
=
3
1020 кг/м ) с у б с т р а т а .
Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т о в п р е д с т а в л е н ы на г р а ф и к е (рис. 3)
Степень
влажность,^)
Рис. 1. Зависимость степени распада ОВ от влажности субстрата
На рис! 1 в и д н о , ч т о о п т и м а л ь н а я с точки зрения выхода б и о г а з а влаж­
ность составляет 91,4 % . П о э т о м у д л я исследований в л и я н и я величины частиц
субстрата на в ы х о д б и о г а з а субстраты б ы л и доведены и м е н н о до этой влажно­
сти.
О
2
4
6
409
4»
10
12 |
Рис. 3. Степень распада органического вещества в зависимости от времени пребывания суб­
страта в реакторе (с измельченным сухим веществом и с неизмельченным сухим веществом)
Результаты э к с п е р и м е н т а л ь н ы х исследований п р и в е д е н ы на р и с . 2.
408
8
Время сбраживания, сут
В целом и с с л е д о в а н и я п о к а з а л и , что у в е л и ч е н и е степени р а с п а д а пропор­
ционально у в е л и ч е н и ю а к т и в н о й поверхности органического вещества, участ­
вующего в п р о ц е с с е м е т а н о о б р а з о в а н и я , и имеет с у щ е с т в е н н о н е л и н е й н ы й ха­
рактер, что п о з в о л я е т и с п о л ь з о в а т ь этот э ф ф е к т для и н т е н с и ф и к а ц и и газовыде­
ления в биогазовых т е х н о л о г и я х .
Библиографический
список
1.
Ковалев А.Л. Технологии и технико-энергетическое обоснование производства
биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм: дис. докт. техн. наук:
05.14.08. М, 1998. 244 с: ил Р Г Б О Д , 71:99-5/708-9.
ОЦЕНКА Э К С Е Р Г Е Т И Ч Е С К О Й ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОГАЗОВОЙ
ТЕХНОЛОГИИ
Гладиков И.А. Арбузова Е. В., Щеклеин С. Е
УрФУ
I
—4-
400
600
Объем реактора
Рис. 1. Коэффициент эксергии-нетго для психрофилыюго р е ж и м а
анаэробного сбраживания
Для п р о в е д е н и я э к с е р г е т и ч е с к о г о анализа э ф ф е к т и в н о с т и б и о г а з о в ы х ус­
тановок и их о п т и м и з а ц и и б ы л использован метод, п р е д л о ж е н н ы й Е . И . Янтовским для э н е р г е т и ч е с к и х у с т а н о в о к , - метод с у м м ы удельных затрат эксергии
(СУЗЭКС).
Это п о д в е д е н н а я э к с е р г и я
- з а т р а т ы э к с е р г и и за единицу в р е м е н и ; тс - время изготовления обо­
где
рудования и с т р о и т е л ь с т в а у с т а н о в к и ; гэ - срок эксплуатации у с т а н о в к и .
О т в е д е н н у ю э к с е р г и ю м о ж н о рассчитать п о ф о р м у л е :
0
т-
0
••
200
о
где Е
- эксерги». приучаемая в етиттипу в р е м е н и ; г =0 - момент вяола в экс­
оэффииииггэксерги
-
-
i —
400
600
Объем реактора
|
-
800
1000
го чтя ммофильного режима анаэробного сбпчживания
плуатацию у с т а н о в к и .
К р и т е р и е м э ф ф е к т и в н о с т и служит к о э ф ф и ц и е н т эксергии-нетто
к
где Е
+ Еа
- вся эксергия, з а т р а ч е н н а я на строительство установки и создание
оборудования; Есн - э к с е р г и я на собственные н у ж д ы БГУ (затраты энергии на
поддержание н о р м а л ь н о й р а б о т ы Б Г У ) .
О п е н к а к о э ф ф и ц и е н т а эксергии-нетто была проведена для у с т а н о в о к раз­
личного объема и
анаэробного с б р а ж и в а н и я : п с и х р о ф и л ь н ы й (рис. 1), м е к , ильный (j
мофильный ( р и с . 3), э к с п л у а т и р у е м ы х на т е р р и т о р и и Уральского р е г и о н а .
0
200
400
600
800
1000
Объем реактора
3. Коэффициент эксергии-нетто для термофильного режима анаэробного сбраживали»:
410
411
С р о к эксергетической окупаемости для тех же условий ток - п е р и о д време
ни, в течение к о т о р о г о полученная эксергия компенсирует затраченную, - он
ределяется из у р а в н е н и я
(4)
Результаты о ц е н к и сроков окупаемости представлена на рис. 4-6 для психрофильного, м е з о ф и л ь н о г о и термофильного режимов соответственно.
0
200
400
600
800
1000
Объем реактора
Рис. 6. Срок энергетической окупаемости для термофильного режима
анаэробного сбраживания
- Металл
-Кирпич
- Бетон
-Септик
Выводы
1.
Э к с е р г с т и ч е с к а я э ф ф е к т и в н о с т ь б и о г а з о в ы х т е х н о л о г и й снижается
с п о в ы ш е н и е м т е м п е р а т у р н о г о р е ж и м а п р о ц е с с а , что с в я з а н о с увеличением
расхода э к с е р г и и на с о б с т в е н н ы е нужды у с т а н о в о к . :
О
200
400
600
800
объем реактора
2.
С р о к и э к с е р г е т и ч е с к о й о к у п а е м о с т и , напротив, и м е ю т т е н д е н ц и ю к
снижению в с л е д с т в и е п о в ы ш е н и я выхода б и о г а з а и его п о л н о й э к с е р г и и .
3.
Д л я всех р е ж и м о в м е т а н о г е н е р а ц и и имеет м е с т о с у щ е с т в е н н о е по­
вышение э ф ф е к т и в н о с т и и с н и ж е н и е с р о к о в о к у п а е м о с т и д л я
Рис. 4. Срок энергетической окупаемости для психрофильного режима
анаэробного сбраживания
БГУ объемом
свыше 100 к у б . м.
ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ Т Е П Л О Т Ы ПУТЁМ
КОНВЕРСИИ ЭТАНОЛА
/'ладких МЛ
С.'л'-трский ;v>cvV)f//v ••*"•>,iri технический с е
В п о с л е д н и е годы С
.
. ьнимаши
.. ,
,
на и с с л е д о в а н и и в о п р о с о в получения и и с п о л ь з о в а н и я а л ь т е р н а т и в н о г о
ческого т о п л и в а . К ч и с л у о с н о в н о г о б и о т о п л и в а м о ж н о о т н е с т и , прежде
, этанол и л и д р у г о е н а з в а н и е б и о э т а н о л . К о л и ч е с т в о н а у ч н ы х публикаций,
м а т р и в а ю щ и х в о п р о с ы п р и м е н е н и я э т о г о о р г а н и ч е с к о г о вещества, посто0 растет и за п о с л е д н и е 10 лет у в е л и ч и л о с ь без м а л о г о в т р и раза (по данреферативной базы SCOPUS).
Т а к о й б о л ь ш о й и н т е р е с к этой т е м е не случаен, т а к ктк уже сегодня
Яноэтапо • •
ти и с п о л ь з о в а н и я I
Направлен,;
НОВЫ
413