Что особенно радует, альтернативными источниками энергии серьёзно занимаются талантливые студенты энергетического факультета ЮУрГУ.
– Гелиоэнергетика в России развивается медленно. До недавнего времени считалось, что на Урале использовать солнечную энергию для тепло- и электроснабжения неэффективно из-за малого количества солнечных дней, – рассказывают магистранты Алексей Киричев и Евгений Климов и пятикурсник Никита Ежиков. – Однако последние исследования показывают, что на большей части территории России, включая наш регион, при помощи солнечных энергоустановок с мая по август можно успешно нагревать воду. Осенью и зимой они могут служить дополнительными водонагревателями, уменьшая нагрузку на котельные и увеличивая срок их службы. Для повышения эффективности преобразования солнечной энергии рекомендуется применять солнечные концентраторы.
Мы разработали лабораторный стенд, имитирующий активную систему солнечного энергоснабжения. Она состоит из ёмкости с водой (приёмник солнечной энергии) и системы сменных концентраторов с различной формой отражающей поверхности; эта система снабжена механизмом слежения за траекторией движения солнца, которое имитируется источником света.
Один из примеров устройств, концентрирующих солнечные лучи, – пропускающая линза Френеля, составленная из тонких концентрических колец. Такая конструкция обеспечивает малую толщину (а следовательно, лёгкость и низкую стоимость) линзы. Сечения колец строятся так, что лучи после преломления в кольцах собираются в фокусе линзы, причём интенсивность возрастает в разы по сравнению с обычной линзой. Для исследования концентрации солнечных лучей изготовили лабораторную установку – линзу можно перемещать вдоль её оси. Вместо солнца использовались лампы накаливания, дневного света и люминесцентные, ось которых совпадала с точкой центра линзы Френеля, перпендикулярной плоскости перемещения.
Линза Френеля является элементом стенда, на котором проводились исследования в лабораторных условиях. Данные об освещённости мы собирали с мая по сентябрь 2014 года с датчика, установленного на крыше НИИ ЦС. На основе этой информации втроём сделали экспериментальную лабораторную установку. Программное обеспечение для обработки данных писал Никита (программирование – его конёк со школьной скамьи).
На крыше установку монтировать не стали специально – в противном случае пришлось бы ежедневно в течение пяти месяцев чистить и подправлять фотоэлементы. Это довольно сложно – но иначе ухудшаются эксплуатационные характеристики установки, снижается КПД. Поэтому выбрали другой вариант: по результатам наблюдений в лабораторных условиях смоделировали сутки с максимальной освещённостью. Планируем создать установку для работы в полевых условиях. Для её оптимальной работы нужны система охлаждения (если фотоэлементы перегреваются, КПД снижается), устройство слежения за солнцем и сервопривод, чтобы регулировать положение фотоэлементов. Эта работа станет частью магистерской диссертации.
Помимо этого, собираемся создать модель ветроэнергетической установки, которая трансформируется из горизонтально-осевой в вертикально-осевую и наоборот. Получен патент на полезную модель. В этом году продолжим исследования.
Изучением альтернативных источников энергии Алексей Киричев, по его словам, начал заниматься ещё в старших классах школы. Участвовал в конференции «Шаг в будущее», писал работу по геотермальным источникам, получению от них тепловой энергии. Когда поступил в ЮУрГУ, профессор Ирина Михайловна Кирпичникова предложила юноше заняться получением тепловой энергии с помощью гелиоустановок. Этому посвящена его магистерская работа, тема которой связана с использованием концентраторов в форме линзы Френеля.
Евгений Климов на четвёртом курсе увлёкся изучением проблемы получения биотоплива из отходов сельскохозяйственного производства. Этим вопросом занимался во время летней практики, оценивая потенциал Челябинской области, изучал статистику, научные публикации по данной теме. Помимо этого, молодого исследователя интересуют проблемы утилизации газа, образующегося при разложении твёрдых бытовых отходов. Все знают, что проблема мусора в больших городах стоит остро: современная цивилизация поражает высоким уровнем производства и потребления, но вместе с тем ужасает количеством образующихся отходов. Утилизация их с целью получения полезных продуктов и обеспечения безопасных условий для жизни граждан нашей страны – одна из главных задач на сегодняшний день, считает Евгений.
Ребята неоднократно выступали на различных научных форумах, их доклады отмечены дипломами. Так, в апреле Алексей Киричев, Евгений Климов, Никита Ежиков, а также Егор Патрашкин участвовали в LIII Международной научной студенческой конференции «МНСК-2015», которая прошла в Новосибирском государственном университете и Новосибирском научном центре Сибирского отделения Российской академии наук.
Кроме того, они приняли участие в пленарном заседании конференции «Эффективная энергетика – 2015», проходившей на площадке СПбПУ в рамках III Российского международного энергетического форума, а также в круглых столах «Зелёная энергетика для городской среды» и «Молодёжь в энергетике», где обсудили со студентами СПбПУ и специалистами предприятий энергетической отрасли Санкт-Петербурга и Ленинградской области актуальные вопросы современных тенденций в области энергетики и ЖКХ.