Научно-исследовательская и инновационная деятельность - 2021

ОТЧЕТ

Годовой отчет о научной и научно-организационной деятельности

Центра инновационного развития науки и новых технологий НАНТ в 2021 году

Научно-исследовательская и инновационная деятельность

1.1 Основные результаты научных исследований

Проект: Разработка и создание инновационных гибридных систем и оборудования для производства электрической и тепловой энергии на основе возобновляемых источников энергии. РД № 0118 ТЖ 00911.

Руководитель проекта: академик НАНТ, доктор физико-математических наук Илолов М.И.

В рамках реализации проекта в 2021 году достигнуты следующие результаты:

Обнаружены аналитические корреляции между электрическими параметрами фотоэлектрических модулей и внешними факторами окружающей среды, такими как солнечное излучение и температура. Корни соответствующего трансцендентного уравнения были вычислены с использованием W-функции Ламберта. Продолжались исследования разрешимости элементарных задач для дробных дифференциальных уравнений дробного порядка в банаховом пространстве. Демонстрируется применение этих результатов к элементарным краевым задачам математической физики с дробными порядками, полученными с течением времени. Найдены признаки существования решений нечетных дробных дифференциальных уравнений.

Разработана упрощенная технология изготовления гетеропереходов на основе графена и кремния. Технический результат был достигнут следующим образом: порошок графена напыляется на поверхность кремниевой пластины толщиной 0,4-0,5 мм и площадью 1х1 см2. Кожа устанавливается в специальное устройство, где осуществляется процесс натирания графена на поверхности кремниевой кожи методом давления-скольжения (трения) с помощью цилиндрической головки из гибкого материала. В этом случае температура головы регулируется слоем графена, напыляемым на поверхность кожи. Цилиндрическая головка движется вперед и назад со скоростью 1-2 см/сек. Давление цилиндрической головки на графеновый слой составляло 2-30 грамм/см2. Процесс трения проводился в течение 1-2 минут. После нанесения слоя графена на кремниевую пластину с обеих сторон поверхности образца устанавливаются кольцевые металлические электроды. Конкретные вольтамперометрические измерения показали, что гетеропереход графен-кремний обладает выпрямляющим свойством с коэффициентом 45-240 в зависимости от приложенного напряжения. Выявлено, что гетеропереход графен-кремний чувствителен к инфракрасному свету.

Проведен анализ современного опыта регулирования стока крупнейших водохранилищ бассейна Аральского моря. Показано, что гидроэнергетика за счет строительства крупных гидроэлектростанций с водохранилищами не изменяет общий объем речного стока для орошения нижележащих государств и потребителей, но позволяет регулировать его по сезонам и многолетним режимам. Необратимое прерывание потока воды при заполнении водохранилища происходит лишь в объеме, равном его мертвому объему, который обычно незначителен. Полезный объем водохранилища не только не уменьшает объем воды для орошения, но, наоборот, увеличивает его за счет регулирования (как сезонного, так и многолетнего). Общий объем электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанцией, не зависит от режимов регулирования стока реки. Вопрос совместного использования речного стока в интересах гидроэнергетики и орошения является вопросом согласования и гармонизации интересов в отношении режимов регулирования речного стока между странами региона.

Проведено исследование влияния местных климатических условий и метеорологических параметров на выработку электрической и тепловой энергии гибридной солнечной установкой. Проанализирована база данных по выработке электроэнергии и тепла гибридной солнечной электростанцией за первый квартал 2020 года. Период светлых дней с высокой выработкой энергии (более 0,8 максимума) составляет 4–5 дней, за которыми следуют темные дни, в течение которых выработка практически равна нулю. Разработана методика оценки средней прозрачности атмосферы за суточные, пятидневные, недельные, декадные, месячные и годовые интервалы времени на основе энерговыработки гибридного устройства.

Анализ среднесуточной температуры воздуха на входе и выходе гибридной установки проводился в период с октября 2020 года по март 2021 года. Изучена взаимосвязь полезной выработки тепловой энергии, которая определяется разницей температур воздуха на входе и выходе из устройства, с местной температурой воздуха. Результаты сравнивались с данными о производстве устройств, полученными в период с октября 2019 года по март 2020 года. Отмечено, что суточная температура воздуха в районе (город Худжанд) в первой декаде января 2021 года была на 6,5°С ниже, чем за аналогичный период 2020 года. Улучшение прозрачности атмосферы было отмечено после локального минимума температуры воздуха -8,3°С утром 8 января 2021 года. За последующие 3 ясных дня относительное производство тепловой энергии увеличилось с 0,8 до 1.

Было показано, что среднесуточное производство энергии неуклонно увеличивается в течение недельных и декадных периодов в северных широтах, что соответствует общему увеличению солнечной радиации в этот период. Средняя выходная мощность прибора меняется в течение суток и пяти дней, что связано с процессами в атмосфере и изменением ее оптической прозрачности.