Внедрение и совершенствование новых технологий — одна из важных задач «Схемы и программы развития электроэнергетических систем России». Для ее решения российские ученые предлагают энергетикам интересные инновационные разработки, внедрение которых позволит эффективно двигаться вперед.

С 2024 по 2029 год в России планируется ввести в эксплуатацию 15 734,3 мегаватта генерирующих мощностей, согласно прогнозу, изложенному в «Схеме и программе развития электроэнергетических систем страны». Примерно две трети новых мощностей должны обеспечить электростанции, работающие на газе и на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ). Развитие отрасли предполагает активное внедрение новых технологий, поэтому над реализацией программы вместе с энергетиками трудятся и представители науки.

Надежность ВЭС и ЛЭП

Поскольку тема ВИЭ набирает популярность, многие ученые выдвигают предложения по совершенствованию оборудования и эксплуатационных процессов.

Инженеры НИУ МЭИ представили новую разработку — инновационный электрический генератор для ветряных электростанций с интегрированным магнитным преобразователем скорости вращения. Новинка отличается тесным взаимодействием с магнитным преобразователем без использования традиционного зубчатого зацепления. Преобразование движения происходит бесконтактно, не влияя на надежность механизма. Кроме того, ученым удалось уменьшить габариты генератора и повысить его эффективность. Авторы идеи считают, что внедрение данной технологии в энергетические объекты позволит улучшить контроль за техническим состоянием оборудования и обойти ограничения производства мощных зубчатых редукторов. По словам ректора НИУ МЭИ Николая РОГАЛЕВА, представленный генератор ориентирован на отечественные производственные мощности и направлен на снижение себестоимости производимой энергии. Он также позволяет увеличить надежность устройства и использовать его в системах электроснабжения для отдаленных потребителей.

Другая интересная разработка ученых вуза — программа для оценки воздействия климата на аварийность линий электропередачи. Она включает в себя математическую модель для определения вероятности аварий в электросетевом комплексе из-за климатических факторов и информационную панель с визуализацией данных.

Программа показывает структуру климатических причин и количество технических нарушений в заданные пользователем интервалы времени для различных энергосистем и типов уязвимого оборудования.

Обращение ученых к этой теме связано с участившимися в последнее время массовыми авариями из-за климатических факторов, ликвидация которых требует значительных затрат. Чтобы обеспечить надежное электроснабжение, важно заранее оценить структуру аварийности в каждом регионе, опираясь на техническое состояние и прогностические данные о климатическом воздействии.

Энергия солнца

Новая технология изготовления солнечных батарей, разработанная учеными РФ совместно с коллегами из Швейцарии, Китая, Бельгии, Японии, Германии и Люксембурга, по мнению специалистов, может кардинально изменить ситуацию в «зеленой энергетике». Метод, предложенный учеными, позволяет выпускать солнечные эффективные батареи из перовскита. Их стоимость на порядки ниже, чем кремниевых, которыми в настоящее время укомплектованы 98% всех солнечных электростанций в мире. Кроме того, батареи из перовскита гораздо экологичнее и проще в изготовлении. Еще один плюс — КПД преобразования солнечного света в электроэнергию фотоэлемента не уступает кремнию. Если данная технология будет взята на вооружение, то она усилит позиции «зеленой энергетики», потеснив традиционные виды энергии.

Ученые новокуйбышевского филиала Политеха ранее предложили методику оптимизации проектов солнечной энергетики с помощью ИИ. Ее использование позволяет оценивать и прогнозировать деградацию (физическое старение материалов, воздействие окружающей среды, включая погодные условия, технические проблемы), что является важным условием эффективной эксплуатации СЭС. Прогноз может применяться в экономических моделях проектируемых объектов для корректировки капитальных затрат. Известно, что первые данные для разработки новой методики были получены на Самарской солнечной электростанции.

---

• инновационный электрический генератор для ветряных электростанций;
• солнечные эффективные батареи из перовскита;
• технология совместного использования солнечной энергии и природного газа;
• программа для оценки воздействия климата на аварийность линий электропередачи;
• новые химические реагенты для эффективного подавления угольной пыли;
• универсальные угольные сорбенты-очистители;
• новые суперконденсаторы с высокими показателями емкости;
• новая технология генерации электроэнергии на основе углекислого газа с использованием кислорода для сжигания топлива.

---

Использование солнечной энергии может способствовать усовершенствованию углеводородной энергетики. Ученые Самарского ГТУ предложили технологию (опубликована в журнале International Journal of Hydrogen Energy) совместного использования солнечной энергии и природного газа в газотурбинных установках для термохимической трансформации углеводородного топлива. Результат такой трансформации — обогащенный водородом газ, который в свою очередь используется в качестве топлива. По словам автора технологии, доцента кафедры промышленной теплоэнергетики СамГТУ Дмитрия ПАЩЕНКО, сочетание традиционных и возобновляемых источников энергии является одним из главных способов оптимизации энергетики и позволяет использовать сильные стороны технологий обоих типов.

Угольная тема

Увеличение производственного потенциала угольных предприятий в России актуализировало проблему эффективного подавления угольной пыли.

Новую методику для борьбы с ней на угольных предприятиях предложили специалисты научно-образовательного центра «Енисейская Сибирь» (разработка велась при грантовой поддержке правительства Хакасии). Для этого используются специальные химические реагенты (белковый кератиновый гидролизат и растительное масло).

Разработчики отметили, что применение химических реагентов вместо традиционной воды для умягчения угольных частиц с большим эффектом справляется с угольной пылью — последняя быстрее оседает и предотвращает ее повторное появление в воздухе после высыхания.

Впрочем, уголь может приносить и пользу. Так, ученые Сибирского федерального университета создали универсальные угольные сорбенты, которые можно использовать для очистки вод от нефтепродуктов и соединений тяжелых металлов, очистки питьевой воды, для фильтров респираторов, гражданских противогазов, в промышленных фильтрах очистки газоотводящих и газоочистных систем. Разработка представляет собой семь модификаций угольного сорбента, полученных с помощью созданной в СФУ технологии кавитационной активации сорбционных центров. Авторы идеи также отметили, что сорбенты можно легко доработать — активировать и доактивировать под решение самых разных задач по очистке воды и воздуха — они недорогие и эффективные.

«Наши сорбенты могут работать в промышленных и бытовых фильтрах очистки газов рабочей зоны. Все модификации имеют гигиенические сертификаты, паспорт безопасности и свидетельство государственной регистрации», — рассказала доцент кафедры инженерных систем зданий и сооружений ИСИ СФУ Ольга ДУБРОВСКАЯ.

Копить и отдавать

Материал, способный повысить энергоэффективность суперконденсаторов, которые нужны в альтернативной энергетике, разработан командой ученых Санкт-Петербургского государственного университета и Омского научного центра Сибирского отделения РАН. Речь идет о композитном материале из многослойных углеродных нанотрубок, оксида марганца и рения. Он отличается высокими показатели емкости — накапливаемого заряда на единицу массы. Его применение позволяет увеличить энергоэффективность используемых в альтернативной энергетике суперконденсаторов. Последние встречаются в транспортных системах, накопителях энергии, различных отраслях науки и техники, сообщила пресс-служба СПбГУ.

Забота об экологии

Обычные энергетические установки требуют сложных и дорогостоящих систем очистки для минимизации воздействия на окружающую среду. В Новосибирском государственном техническом университете разработали новую технологию генерации электроэнергии на основе углекислого газа с использованием кислорода для сжигания топлива.

Метод фиксирует избытки газа без дополнительных технических сложностей. Углерод сжигается в кислородной среде, в результате возникает углекислый газ, который вместе с водяным паром подается в турбину, которая и вырабатывает электроэнергию. Излишки газа в дальнейшем отправляются в подземные хранилища. При этом выбросы в атмосферу практически нулевые. Ученые уже получили патент на свою разработку и продолжают заниматься анализом различных конфигураций энергетических установок для определения наиболее эффективных решений.