Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0123

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0123
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Применение ветроэнергоагрегатов в установках опреснения морских и солоноватых вод методом обратного осмоса с термической утилизацией солевых концентратов и импульсным ультрафиолетовым обеззараживанием
Докладчик
Кострица Владимир Николаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка и создание экспериментального образца комбинированной ветроэнергетической установки для опреснения морских и солоноватых вод
(5-7 промилле) для практического применения в условиях Крыма и других южных регионов России.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность в возобновлении водного ресурса наблюдается в регионах с малым запасом пресной воды, а именно, в Крыму и южных регионах России. Дешевые источники энергии, развитие экономически доступных технологий опреснения морских и солоноватых вод для получения пресной воды смогли бы улучшить ситуацию с запасами пресной воды в этих регионах и обеспечить необходимые условия для создания саморазвивающейся территориальной системы. Опыт показывает, что таким недорогим источником энергии являются ветроэнергетические установки. Применение автономных ветроэнергоагрегатов в установках опреснения позволило бы обеспечить пресной водой жилые и промышленные объекты, фермерские хозяйства в районах, расположенных вблизи морского побережья или имеющих источники подземных солоноватых вод.
Новизна исследования заключается в применении суперконденсаторов в качестве накопителей энергии в автономном ветроэлектрическом агрегате; в достижении гидравлического КПД модуля обратноосмотического опреснения не менее 50 % для морских вод и не менее 70 % для солоноватых вод при температуре исходной воды свыше 5 °С; в использовании облучения воды высокоинтенсивным импульсным ультрафиолетовым излучением сплошного спектра при автоматическом контроле качества воды в области ультрафиолетового спектра и автоматическом контроле интенсивности облучения воды; в предложении экономически целесообразной дальнейшей переработки упаренного концентрата с целью получения морской соли с последующей реализацией ее для индивидуальных ванн и как сырье для медицины и косметики; а также с целью получения полезных материалов для строительства.
Описание исследования

На основании проведенного анализа и выполненных расчетов была разработана эскизная конструкторская документация и изготовлен экспериментальный образец комбинированной ветроэнергетической установки (ЭО КВЭУ). Основными элементами ЭО КВЭУ являются: модуль электропитания установки МЭПУ, модуль обратноосмотического опреснения воды МОО, блок термической утилизации концентрата БТУК, модуль импульсного ультрафиолетового обеззараживания воды МИУФО и блок кондиционирования воды БК.

Особого внимания заслуживают модули МИУФО и МЭПУ.

Обеззараживание воды в модуле МИУФО осуществляется при помощи облучения воды высокоинтенсивным импульсным УФ излучением сплошного спектра. Такое воздействие на воду вызывают, как правило, необратимые фотохимические повреждения жизненно важных биологических структур микроорганизмов, не устраняемые внутриклеточными репарационными механизмами, чем достигается высокая эффективность обеззараживания воды по отношению к самым устойчивым (споровым) формам микроорганизмов и вирусов. Эффективность обеззараживания воды не менее 99,99 %. Источником излучения является импульсная ксеноновая лампа. В отличие от традиционных установок УФ обеззараживания воды с ртутными лампами модуль МИУФО работает в полностью автоматическом режиме, обеспечивая гарантированный антимикробный барьер. Новизна решений примененных в МИУФО защищена патентом на полезную модель [Патент на ПМ 161633 РФ МПК С02F 1/32/ Автоматическая установка для обеззараживания воды/ В.П. Архипов, В.В. Багров, И.А.Желаев и др.//Бюл.-2016.-№12]. Эффективность обеззараживания воды подтверждена Сертификатом соответствия № РОСС RU.АГ19Н03010 от 26.04.2016.

Автономность работы комбинированной ветроэнергетической установки обеспечивает модуль электропитания установки МЭПУ, который состоит из автономного гибридного ветроэлектрического агрегата АГВЭлА и накопителя энергии. МЭПУ питает электроэнергией все блоки и модули установки. Опыт эксплуатации ветроэнергетических установок ВЭУ показывает, что энергия ветра, заключенная в кратковременных флуктуациях, может достигать величины 80 % от энергии ветра без флуктуаций. Освоение электроэнергии, заключенной в флуктуациях ветра, повысила бы коэффициент полезного действия ВЭУ, как вновь проектируемых, так и существующих. Поэтому в МЭПУ введен накопитель энергии НЭ и произведена доработка контроллера с целью создания канала для питания блока суперконденсаторов. Накопитель энергии НЭ сглаживает кратковременные флуктуации электроэнергии, вырабатываемой ветроэнергетической установкой ВЭУ, и накапливает энергию, заключенную в кратковременных флуктуациях, в блоке суперконденсаторов с последующей отдачей электроэнергии в цепь электропитания без кратковременных флуктуаций.

На полученном упаренном концентрате из вод Черного моря следует остановиться особо. Наличие сероводорода наложило отпечаток на состав морской соли таким образом, что вода Черного моря ближе всего по составу микроэлементов к составу крови человека. В морской соли сохраняются все натуральные элементы, которые присутствуют в морской воде. Таких элементов насчитывается около 60. Перечислим только два важнейших лечебных свойства соли Черного моря. Это - повышение иммунитета и восстановление эндокринной системы человека. Поэтому в дальнейшем планируется реализовывать морскую соль для индивидуальных ванн и как сырье для косметики. Для достижения этой цели в данном проекте предусмотрено получение карбонатов кальция, магния и гипса, которые успешно можно применить как сырье для строительных материалов и поваренной соли.

Исследовательские испытания ЭОКВЭУ проводились на рабочем теле, моделирующем состав солоноватых вод и морских вод, имеющих среднее солесодержание и годовую температуру воды Черного моря и Азовского моря в акватории Крыма. В процессе выполненных испытаний было установлено:

– степень конверсии (гидравлический КПД) МОО изменялся от 60 до 85 % для солоноватых вод при температуре исходной воды свыше 5 °С;

– степень конверсии (гидравлический КПД) МОО изменялся от 50 до 60 % для морских вод при температуре исходной воды свыше 5 °С;

– солесодержание пермеата изменялось от 57 до 257 мг/л.

Экспериментально установлено, что при изменении температуры исходной воды от плюс 28 до плюс 2 °С удельное энергопотребление модулем МОО изменяется от 2,1 до 4.3 кВт·ч/м3, что соответствует 51 % увеличению энергопотребления модуля МОО. Физически это объясняется тем, что при уменьшении температуры исходной воды снижается подвижность молекул воды и в связи с этим возрастает вязкость воды.

Результаты исследования

Выводы

1 Проведены исследовательские испытания экспериментального образца комбинированной ветроэнергетической установки. Получена техническая характеристика установки.

2 Применение модуля импульсного ультрафиолетового обеззараживания воды, в котором вода облучается высокоинтенсивным импульсным УФ излучением сплошного спектра, позволило повысить эффективность и надежность обеззараживания воды по сравнению с традиционными методами и впервые полностью автоматизировать процесс получения пресной воды.

3 Использование накопителя энергии на базе блока суперконденсаторов и доработка контроллера позволили использовать энергию, заключенную в флуктуациях ветра. Это дает возможность в дальнейшем провести модернизацию существующих автономных ветроэнергетических агрегатов с целью увеличения их мощности при прежней ветровой нагрузке.

4 Предложена экономически целесообразная дальнейшая переработка упаренного концентрата с целью получения морской соли с последующей реализацией ее для индивидуальных ванн и как сырье для медицины и косметики; а также с целью получения полезных материалов для строительства. Реализация дальнейшей переработки упаренного концентрата сведет к минимуму значение общего расхода сточных вод (1 м3/год – сточные воды от промывки фильтров обратного осмоса), твердых бытовых отходов (580 кг/год – отработанная засыпка кварцевого песка напорных фильтров) и повысит коммерческую привлекательность проекта. Сточные воды и твердые бытовые отходы являются инертными веществами.

Практическая значимость исследования
Представляемый проект является инновационным проектом, и с точки зрения социального аспекта данный проект касается вопроса устойчивого развития сельских территорий и обеспечения занятости населения.
С точки зрения научного аспекта реализация данного проекта создаст условия для дальнейшего совершенствования оборудования для опреснения воды и разработки опреснительных установок, питающихся от ВИЭ, и создаст условия для модернизации существующих автономных ветроэнергетических агрегатов с целью увеличения их мощности за счет применения накопителя энергии, включающего в себя набор суперконденсаторов на неводном электролите.
С точки зрения экологического аспекта реализация данного проекта избавит от засоления прибрежной полосы сбросом минерализованных концентратов в окружающую среду, что крайне негативно влияет на биосферу.
Работы выполняются за счет субсидии, предоставленной Министерством образования и науки Российской Федерации Московскому государственному техническому университету им. Н.Э. Баумана (Соглашение 14.577.21.0123 от 20 декабря 2014г. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57714X0123), и за счет средств Индустриального партнера - Общества с ограниченной ответственностью «Товарищество Энергетических и Электромобильных Проектов».