Аксимум на 100 лет, поэтому развитие альтернативной или возобновляемой энергетики является актуальным, прибыльным и своевременным направлением в исследованиях
| Вид материала | Документы |
- Энергетическая революция: Перспективы устойчивого развития энергетики, 120.47kb.
- Как наладить производство гибридных систем альтернативной энергетики, 210.52kb.
- Инновационные технологии возобновляемой энергетики, 126.63kb.
- «о перспективе развития альтернативной и малой энергетики муниципальных образований, 34.6kb.
- Перспективы развития альтернативной энергетики на Дальнем Востоке, 40.49kb.
- Форума по возобновляемой энергетике на Северо-западе России Даты, 81.1kb.
- Программа подготовки: Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии Квалификация, 134.53kb.
- Доклады на пленарном заседании Международного Форума возобновляемой энергетики 2010, 380.15kb.
- Росликова Ольга Викторовна, воспитатель мдоу «Детский сад ов №50» пояснительная записка, 101.72kb.
- Рекомендации участников международного Круглого Стола Международный Круглый Стол, 44.29kb.
Сформированный базовый массив отчетов о НИОКР раскрывает не только широкие возможности для анализа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по развитию альтернативной энергетики, но и несет объемную информацию научным сотрудникам, аспирантам, студентам, руководящим работникам. Для удобства проведения анализа количественного и процентного значения выполненных НИОКР была проведена систематизация отчетов о НИОКР по тематическим научным направлениям. В табл. 2.2 приведены эти научные направления, расположенные по убыванию количества выполненных НИОКР.
Таблица 2.2
Распределение НИОКР по тематическим направлениям научных исследований
| | Тематическое направление | Количест-во НИОКР, ед. | % |
| | Ветроэнергетические установки и станции | 36 | 46,75 |
| | Установки прямого преобразования энергии светового излучения в электрическую | 19 | 24,68 |
| | Гелиоэнергетические установки | 14 | 18,18 |
| | Установки прямого преобразования химической энергии в электрическую | 4 | 5,19 |
| | Структура и распределение энергоресурсов | 1 | 1,30 |
| | Геотермические электрические станции и установки | 1 | 1,30 |
| | Общие вопросы гелиоэнергетики | 1 | 1,30 |
| | Установки прямого преобразования тепловой энергии в электрическую | 1 | 1,30 |
| ИТОГО | 77 | 100,00 |
Анализ табличных данных показал, что исследования проводились по 8 научным тематическим направлениям. Наибольшее количество научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ выполнено по следующим 3-м тематическим направлениям: «Ветроэнергетические установки и станции» - 36, или 46,75 % общего количества НИОКР, «Установки прямого преобразования энергии светового излучения в электрическую» и «Гелиоэнергетические установки» - соответственно 19, 14, или 24,68 и 18,18 % НИОКР их общего количества. Значительно меньше выполнено исследований по тематическому направлению «Установки прямого преобразования химической энергии в электрическую» - 4, или 5,19 % и всего по 1 НИОКР (1,3 %) по тематическим направлениям: «Структура и распределение энергоресурсов», «Геотермические электрические станции и установки», «Установки прямого преобразования тепловой энергии в электрическую», «Общие вопросы гелиоэнергетики».
2.3. Динамика выполнения НИОКР по альтернативной энергетике
Представляет интерес анализ динамики выполнения НИОКР.
На рис. 2.1 представлена гистограмма динамики выполнения НИОКР по нетрадиционной энергетике за исследуемый период.
Рис. 2.1. Динамика выполнения НИОКР
Анализ показывает, что развитие нетрадиционной энергетики в ретроспективе 1993-2008 гг. характеризуется 3-мя периодами: 1995-1998 гг., 1999-2003 гг. и 2004-2008 гг., которые имеют возрастающую активность проводимых исследований. В среднем количество исследований колеблется примерно в пределах 5-6 работ в год. Набольшая активность научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проведенных в 2008 г., подтверждает мировую актуальность развития альтернативной энергетики и стремление Казахстана активизировать исследования в данном направлении.
2.4. Приоритетные научные проблемы и тематические направления исследований по альтернативной энергетике
П
роведенная систематизация выполненных НИОКР по выявленным приоритетным научным проблемам и тематическим направлениям позволила провести анализ их научной обеспеченности. Рис. 2.2. Распределение НИОКР по приоритетным научным проблемам
На диаграмме (рис. 2.2) видно, что наибольшее количество НИОКР выполнено по 3-м научным проблемам: «Ветроэнергетика» - 36, или 48 % работ общего количества НИОКР, «Прямое преобразование энергии» – 24, или 31 %, «Гелиоэнергетика» - 15, или 19 % НИОКР. По 1 НИОКР приходится на проблемы: «Энергоресурсы. Энергетический баланс» и «Теплоэнергетика. Теплотехника».
Рис. 2.3. Распределение НИОКР по тематическим направлениям научных исследований
А
нализ диаграммы (рис. 2.3) показывает, что наибольшее количество исследований проведено по следующим тематическим направлениям: «Ветроэнергетические установки и станции», «Установки прямого преобразования энергии в электрическую», «Гелиоэнергетические установки», имеющие соответственно 48, 25 и 18 % НИОКР, их общего количества. Следует отметить, что большинство научных проблем имеют небольшое количество тематических направлений. На рис. 2.4 приведена проблема с наибольшим количеством тематических направлений.Рис. 2.4. Приоритетные тематические направления научных исследований по проблеме «Прямое преобразование энергии»
2.5. Внутритематический анализ научных исследований НИОКР
Представляет интерес внутритематический анализ проводимых научных исследований по альтернативной энергетике. По проблеме «Энергоресурсы. Энергетический баланс» выполнена одна работа, направленная на оптимальное размещение нетрадиционных источников энергии. Приведены схемы расчета эффективности, пригодные для оптимального выбора энергоисточников. Показано, что эффективная плотность энергии традиционных ископаемых энергоносителей соизмерима с плотностью солнечной и ветровой энергий [12].
Одна работа выполнена по проблеме «Теплоэнергетика. Теплотехника», где объектом исследования являются подземные термальные воды. Целью исследования является выделение перспективных бассейнов термальных подземных вод Южного и Восточного Казахстана. Здесь были собраны и обобщены материалы по термальной воде указанных районов. Показана высокая эффективность использования термальных вод в народном хозяйстве как источника трансформирования тепловой энергии в электрическую [13].
Наиболее обширные исследования проведены по тематическому направлению «Ветроэнергетические установки и станции» научной проблемы «Ветроэнергетика». Исследования преследовали решения следующих задач: разработка стендовых установок для настройки и проведения испытаний планетарных редукторов и регуляторов скорости ветроэлектрических агрегатов мощностью 30 кВт. Целью проектирования является подтверждение расчетных параметров для агрегатов этого класса [14]. Некоторые работы посвящены разработке и созданию ветроагрегатов «Дарье» и «Бидарье», где были проведены теоретические исследования данных ветроагрегатов, созданы математические модели, разработаны, спроектированы и изготовлены лабораторные модели, рассчитаны кинематические и динамические параметры, изготовлены опытные и промышленные образецы ВЭУ [15-30]. Разработаны преобразователи электронной техники для нетрадиционных источников энергии [31, 32]. Разработаны, исследованы и изготовлены опытные и промышленные образцы виндроторных электростанций, созданы агрегаты для испытаний образцов ветроэлектростанций, подготовлены конструкторские документации на ветромеханическую часть установок [33-38]. Исследованы конструкции ВЭУ системы «Савониуса» с автоматическим регулятором оборотов и выходной мощности работы электрогенератора [39]. Разработана технологическая документация и опытный образец передвижной ветроэнергетической установки для полевых условий работы [40]. Приведена
функциональная схема преобразования энергии ветра в электрическую, разработана конструкция ветроустановки с диффузором, позволяющим вырабатывать ток большего (на 40-50 %) напряжения [41, 42]. Разработаны и изготовлены опытные образцы ветроэлектрической установки ВЭ-5Т-2М [43]. Разработана методика определения кадастровых параметров ветрового потока, рекомендованы основные технические характеристики ветроэнергетических установок [44]. Разработана методика построения электронной карты ветроэнергоресурсов, компьютерная имитационная модель ветроэнергетической установки, технические задания и конструкторская документация ветроводоподъемной установки, изготовлены экспериментальные образцы установок, обеспечивающих круглогодичное стабильное водообеспечение объектов [45]. Разработаны прикладные программы для выбора оптимальных параметров ВЭУ [46]. Проведены анализ и классификация систем ветродвигателей, выполнены расчеты аэродинамики и механической прочности ветроколеса ветроэлектрической установки малой мощности [47]. Обоснованы конструктивно-технологические схемы и параметры, изготовлены экспериментальные и опытные образцы ветроводоподъемной и ветроэлектрической установок, проведены их производственные испытания [48]. Создан опытный экземпляр ветроэнергетической установки с диффузором с использованием композитов [49].
По научной проблеме «Гелиоэнергетика» выполнено значительное количество работ, одна - по тематическому направлению «Общие вопросы», где отражены вопросы использования солнечной энергии в теплоснабжении в условиях высокогорья, показана эффективность применения тепловых насосов со специальным тепловым накопителем и большим полем низкотемпературных солнечных коллекторов [50] и 14 НИОКР по тематическому направлению «Гелиоэнергетические установки». В этом направлении решался ряд исследовательских задач. Создание макетных и экспериментальных образцов гелиоустановок ГЭ-300, ГЭ-1000, ГМ-80, отопительных КАО-15, АО-10; электроводонагревателей ЭК-16, ЭК-1, ЭК-5, ЭВН-60, водоподъемника воздушного, устройств пакерных, гидравлических к погружным электронасосам, ветрогелиоэлектрической установки ВГЭ-5Т, проведены госиспытания ГЭ-300, ведомственные испытания ГЭ-1000, ВГЭ-5Т, предлогаемое оборудование обеспечивает снижение себестоимости животноводческой продукции до 20 %, трудоемкости процессов - до 30 % [51]. Разработана конструкция солнечных коллекторов с цельной листо-трубной алюминиевой теплоприемной панелью в металлических, деревян-ных и алюминиевых корпусах, подготовлена конструкторско-техническая, технологическая, технико-экономическая документация, изготовлены опытно-промышленные образцы гелиоколлекторов, проведены их испытания, оценена технико-экономическая эффективность [52, 53]. Обоснованы конструктивно-технологические схемы, изготовлены макетные образцы гелиомодуля производительностью 150 л воды с температурой 50-60 oС, площадью 1,8 м2, мощностью 1,8 кВт, проведены лабораторно-хозяйственные испытания гелио-, ветро-биоустановок, разработаны технические задания и конструкторская документация на гелиоколлектор-аккумулятор ГКА-150 вместимостью 150 л, двухконтурную гелиоустановку ДГУ-0,8/3,5 (тепловая мощность - 3,5 кВт), отопительный агрегат АО-10 мощностью 12 кВт и тепловой модуль мощностью 16 кВт, проведены лабораторно-производственные испытания макетных образцов гелио установок [54-57]. Создание системы аккумулирования солнечной энергии для нефтепромысловых объектов, показаны отсутствие теплового загрязнения атмосферы, дешевизна, выработка энергии в неограниченном количестве [58]. Разработка проекта комбинированной солнечно-ветровой установки ЭКА-1 для обессоливания нефти с тепловой мощностью зимой до 150 кВт [59]. Разработка конструктивно-технологической схемы гелиоколлектора, обоснование материала, его основных параметров и режимов работы, изготовление опытного образца [60-62]. Разработка и изготовление конструкции гибридного одноэлементного солнечного модуля с оригинальной контактной системой и жидкостной системой охлаждения с выходной электрической мощностью 10 Вт при температуре теплоносителя 50-55 oC, проведение лабораторных и натурных испытаний [63]. Изготовление, испытание и освоение производства нетрадиционных источников энергии для энергообеспечения автономных жилых и сельскохозяйственных обьектов [64]. По научной проблеме «Прямое преобразование энергии» исследования велись по 3-м тематическим направлениям: «Установки прямого преобразования химической энергии в электрическую», «Установки прямого преобразования энергии светового излучения в электрическую» - 19, «Установки прямого преобразования тепловой энергии в электрическую» - 1. По первому направлению выпонены 4 НИОКР: модифицирована лабораторная установка для нанесения слоев углерода на графитные катоды и получение образцов механически устойчивых к изгибам [65]; предложен способ изготовления электродов для никель-кадмиевых аккумуляторов, упрощающий технологию производства на начальных стадиях, обоснован метод формирования дендритной матрицы для электродов и способ стабилизации литий-марганцевой шпинели, позволяющий существенно повысить характеристики аккумуляторов без дополнительных затрат [66, 67]. Синтез и исследование наноструктурированных композиционных материалов для электрохимических преобразователей энергии [68]. Значительно больше исследований проведено по второму тематическому направлению, где решались следующие задачи. Разработка отечественной технологии опытно-экспериментального производства солнечных элементов, освоение производства автономных источников питания на основе солнечных батарей [69, 70]. Разработан базовый модельный образец фотопреобразователя и характеристики процесса изготовления солнечного элемента на основе CdS/CdТe и изготовлен опытный образец источника автономного питания напряжением 9 и 12 В [71-73]. Разработана технология изготовления кремниевых солнечных элементов и батарей, изготовлен опытный образец солнечной фотоэнергетической установки для автономного электропитания [74,75]. Сконструирована и изготовлена опытная установка трафаретной печати для нанесения пастообразных композиций на кремниевые подложки, исследовано влияние паст и фотоформ для трафаретной печати на конфигурацию получаемого рисунка, получена опытная партия солнечных элементов с КПД 10-14 % [76,77]. Получен пленочный преобразователь солнечного излучения в электрическую энергию на основе CuInSe и наноструктурного материала CdTe, который может быть использован в гетероструктурном элементе стекло/SnO2/CdS/CdTe [78, 79]. Разработка методов формирования и управления электрофизическими свойствами металлизированных токосборных контактов и эффективных антиотражающих слоев для солнечных элементов [80]. Изготовление солнечных элементов с использованием силана из казахстанского ферросилиция, синтезированы силан, силанопроизводные газы [81]. Разработана конструкция концентраторного солнечного элемента с оригинальной контактной системой, изготовлен опытный образец, определены технологические режимы нанесения фронтального и тыльного контактов и формирования сквозных отверстий в кремниевых солнечных элементах, усовершенствованы способ и устройство для создания фронтальной контактной сетки с улучшенными характеристиками, изготовлен гибридный концентраторный модуль с выходной электрической мощностью 10 Вт при температуре теплоносителя 50-55 oC [82-84]. Получены многослойные наноразмерные пленки полупроводниковых соединений из металлоорганических соединений (мос-гидридная эпитаксия) для каскадных фотопреобразователей, эффективность которых составляет 30 % в условиях околоземного космоса и 35 % в наземных условиях [85]. Отработан метод молекулярной эпитаксии многослойных полупроводниковых гетероструктур с толщиной слоев 1 нм - 10 мкм на основе соединений A3B5 [86]. Изготовление тонкопленочных солнечных элементов, фотодатчиков, устройств, формирующих изображение [87].
По третьему тематическому направлению выполнена 1 НИОКР, посвященная разработке технологии коммутации ветвей термоэлемента и освоение технологии сборки термоэлектрической батареи (ТЭБ) [88].
2.6. Научно-исследовательские и другие организации, выполнившие НИОКР по проблемам альтернативной энергетики
Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по развитию альтернативной или нетрадиционной энергетики осуществлялось 29 организациями (табл. 2.3). Анализ табличных данных показал, что наибольшее количество исследований проведено двумя организациями: «Научно-производственный центр механизации сельского хозяйства» и «НИИ экспериментальной и теоретической физики при КазНУ» - 12, 11, или 15.6 и 14.3 % НИОКР соответственно. Казахским Национальным университетом им. аль-Фараби выполнены 6 НИОКР, или 7.8 %
Таблица 2.3
Распределение НИОКР по организациям их выполнения
| | Организация | Количество НИОКР | % |
| | Научно-производственный центр механизации сельского хозяйства | 12 | 15,6 |
| | НИИ экспериментальной и теоретической физики при КазНУ | 11 | 14,3 |
| | Казахский национальный университет им. аль-Фараби | 6 | 7,8 |
| | Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского | 5 | 6,5 |
| | НИИ механики и математики при КазНУ | 5 | 6,5 |
| | Алматинский институт энергетики и связи | 4 | 5,2 |
| | Научно-технологический парк при КазНУ | 4 | 5,2 |
| | Центр физико-химических методов анализа при КазНУ | 3 | 3,9 |
| | Институ т физики .высоких энергий НАН РК | 2 | 2,6 |
| | Казахский государственный агротехнический университет им. С. Сейфуллина | 2 | 2,6 |
| | Казахский национальный технический университет им. К.И.Сатпаева | 2 | 2,6 |
| | Кокшетауский государственный университет им. Ч.Ч. Валиханова | 2 | 2,6 |
| | ТОО "Континент" | 2 | 2,6 |
| | Физико-технический институт | 2 | 2,6 |
| | АО "Казгылым" | 1 | 1,3 |
| | АО Научно-производственный консорциум "Карагандаинтервинд" | 1 | 1,3 |
| | АО открытого типа НТЦ "Новые технологии" | 1 | 1,3 |
| | Военный институт Сил воздушной обороны им. Т.Я. Бегельдинова | 1 | 1,3 |
| | Закрытое АО Компания "Жайлау" | 1 | 1,3 |
| | Институт проблем горения при КазНУ | 1 | 1,3 |
| | Казахстанско-Американский университет | 1 | 1,3 |
| | Компания "Казметалл" | 1 | 1,3 |
| | Малое научно-внедренческое предприятие "Механика" при КазГУ | 1 | 1,3 |
| | Научно-инженерный центр «Нефть» | 1 | 1,3 |
| | Научно-инженерный центр "Энергия" | 1 | 1,3 |
| | Научно-производственная ассоциация "Ыстык СУ" | 1 | 1,3 |
| | Национальный центр по радиоэлектронике и связи РК | 1 | 1,3 |
| | НИИ механики, математик и информационных технологтй при КазНУ | 1 | 1,3 |
| | ТОО "Вояджер" | 1 | 1,3 |
| ИТОГО | 77 | 100,0 |