Курочкин Г.Ф.

Энергетические системы на основе возобновляемых источников для автономных энергетических и агропромышленных объектов.– Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.01 – Энергетические системы и комплексы. – Институт проблем энергосбережения НАН Украины, г. Киев, 1992.

     В работе осуществлено научное обоснование новых технических решений по построению комбинированных систем энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии с пониженной материалоемкостью и инерционностью для автономных энергетических и агропромышленных объектов, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экологически чистой энергетики. При этом получены следующие основные результаты:

     Выполнено обобщение статистических зависимостей радиационных и ветровых характеристик, которые положены в основу системы автоматизированного сбора и обработки метеоданных, используемых при расчетах энергетических характеристик систем с возобновляемыми источниками энергии. Анализ среднесуточных и среднемесячных поступлений солнечной и ветровой энергии, выполненных применительно к Приднепровскому региону, привел к выводу о несовпадении максимальных и минимальных значений среднесуточных и среднемесячных интенсивностей солнечной и ветровой энергии, характерных для Украины в целом, на основании чего обоснована необходимость и целесообразность использования различных видов возобновляемой энергии.

     В рамках электродинамического подхода разработана методика анализа и расчета интенсивности солнечной радиации с учетом рассеяния света на неоднородностях атмосферы и конструктивных элементах фото- и гелиоэнергетических систем, включающая:

решение задач дифракции электромагнитных волн в оптическом диапазоне на модельных неоднородностях (слои, локальные неоднородности);

расчет эффективных электромагнитных и соответственно оптических параметров;

решение задач о распространении и затухании электромагнитных волн в полупространстве и слое с эффективными электромагнитными параметрами, учитывающими анизотропный и неидеальный характер электрофизических характеристик.

     В приближении метода геометрической оптики разработана численно-математическая методика анализа и расчета пространственного формирования фокального пятна парабоцилиндрических рефлекторов и линз Френеля при различных углах падения светового потока с учетом конструктивно-технологических особенностей выполнения поверхности концентраторов солнечной энергии.

     Предложены и обоснованы физико-математические модели тепловых и энергетических процессов в солнечных энергетических системах различного назначения, для которых разработаны методики численного анализа и алгоритмы программ расчета на ЭВМ. Установлено, что использованные при разработке и реализации моделей упрощающие предположения и допущения (нормальный закон распределения плотности потока излучения в фокальном пятне, одномерность переноса тепла в элементах конструкций теплиц и других устройствах, экспериментальные данные и приближенные зависимости для коэффициентов теплопроводности, теплоотдачи и других характеристик, используемых в тепловых расчетах) позволили получить интегральные тепловые и температурные характеристики, максимальная погрешность которых не превышает 10%.

     Обоснованы принципы снижения материалоемкости энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии за счет совмещения функций различных элементов, компактирования и разработки отдельных элементов с повышенными энергетическими и улучшенными весогабаритными характеристиками оригинальной конструкции:

совмещенной системы ветроагрегат-теплица с утилизацией избыточной солнечной радиации;

теплицы с крышей, выполненной в виде линз Френеля с уменьшенными теплопотерями за счет вакуумирования;

пленочных рефлекторов с воздухонаполняемой арматурой, в которых реализован принцип компактирования и укрытия при больших ветровых нагрузках;

малогабаритных безынерционных вращающихся парогенераторов, предназначенных для работы с концентраторами светового потока;

ветроустановок с горизонтальной осью вращения, в которых пониженная материалоемкость обеспечена за счет выполнения башней ветроустановки функций редуктора и трансмиссии;

ветроустановок с непосредственным преобразованием энергии ветрового потока в тепловую энергию, выделяемую за счет трения сыпучих сред, заполняющих башню ветроустановки.

     Разработана комбинированная система энерготехнологического назначения, предназначенная для очистки и обессоливания загрязненных вод, включающая технологию центрифугирования эмульсий различной концентрации с последующим обессоливанием в солнечных коллекторах с капиллярными элементами, обладающих малой инерционностью и высокой паропроизводительностью.

     Предложенные на основе разработанных методик теоретического анализа новые технические решения комбинированных систем и устройств с возобновляемыми источниками энергии реализованы в макетах, опытно-экспериментальных действующих образцах и проектах, принятых к практической реализации.