Научно-исследовательская и инновационная деятельность – 2023
ОТЧЕТ
о научной и научно-организационной деятельности Центра инновационного развития науки и новых технологий НАНТ в 2023 году
Проект: «Исследование и разработка инновационных технологий производства электрической и тепловой энергии, сезонного энергообеспечения за счет возобновляемых источников энергии и предоставление рекомендаций по практическим аспектам их использования» РД № 0123TJ1513.
Руководитель проекта: академик НАНТ, доктор физико-математических наук Илолов М.И.
Научно-исследовательская и инновационная деятельность
1.1 Основные результаты научных исследований
В отчетный период продолжались исследования по теории стохастических дифференциальных уравнений и их приложениям. В частности, получены новые результаты для уравнений пористых сред. Важным примером таких сред является геотермальный резервуар со стохастическими характеристиками, такими как пористость, проницаемость, температура и давление. Часть результатов исследований была представлена на 48-м Геотермальном симпозиуме в Стэнфорде (США), Восьмой международной конференции по стохастическим методам (ICSM-8) и Воронежской зимней школе математиков – 2023. Создана математическая модель динамики жидкости в трещиновато-пористой среде (на примере гидрогеотермальной системы Ходжа Оби Гарм). Условия разрешимости стохастических дифференциальных уравнений определялись с использованием дробного лапласиана и белого шума Балакришнана. (Илолов М., Рахматов Дж.Ш.).
Экспериментальными и теоретическими методами исследовано влияние двухвалентных ионов Mg2+, Zn2+, Cd2+ и Sr2+ на усиление интенсивности фотолюминесценции оксидного материала CaAl12O19, легированного ионами Mn4+. Все эти образцы были синтезированы методом твердофазных реакций, а их кристаллическая структура изучена с помощью рентгеновской дифракции. Значительное усиление интенсивности фотолюминесценции наблюдалось при добавлении Mg2+ и Zn2+ по сравнению с образцом CaAl12O19, легированным ионами Mn4+ (монодопированным). Результаты показали, что образцы, легированные ионами Cd2+ и Sr2+, не способствуют такому усилению интенсивности фотолюминесценции. Для выяснения механизма такого усиления фотолюминесценции при совместном легировании двухвалентными ионами было проведено исследование изменения локального окружения иона Mn4+ в CaAl12O19 как экспериментально с использованием аналитического метода ЭПР, так и теоретически с использованием расчетов теории функционала плотности. Спектры ЭПР демонстрируют существенные изменения при совместном легировании ионами Mg2+ и Zn2+, тогда как в спектрах образцов, легированных ионами Cd2+ и Sr2+, такой разницы не наблюдается. Расчеты в рамках теории функционала плотности и результаты измерений ЭПР показывают, что добавление ионов Mg2+ и Zn2+ существенно изменяет локальное окружение центрального иона Mn4+, тогда как влияние ионов Cd2+ и Sr2+ весьма мало. Изменения локального окружения центрального иона приводят к увеличению интенсивности фотолюминесценции. В заключение следует отметить, что выбор дополнительных двухвалентных ионов, которые занимают место иона Al3+ в структуре CaAl12O19, может быть осуществлен путем сравнения их ионного радиуса с ионом Al3+, и эти ионы влияют на локальное окружение центрального иона Mn4+ в CaAl12O19. структура, усиливающая интенсивность фотолюминесценции. (Илолов М., Курбаниён М.)
Разработка инновационных систем накопления энергии солнечного излучения в материалах ограждающих конструкций зданий и сооружений (стены, крыши, полы).
Рассчитаны физические параметры и температурные характеристики устройства - солнечного коллектора (СК) для хранения солнечной энергии. Воздушно-охлаждаемый СО был разработан на основе материалов исследований солнечного коллектора-панели (СКП). Площадь КУ составляет 3 м2, длина — 244 см, ширина — 122 см. Существует два способа установки ОУ на поверхности ограждающих конструкций (ОС): вертикальная установка ОУ по длине или по ширине. Пространство между окнами, над и под ними полностью застеклено КО. Элементы устройства: прозрачная крышка, радиатор, теплоизоляционный слой, устройства ввода и вывода тепла. Элементы размещены согласно описанию изобретения ЦПК по отоплению зданий и сооружений и первому патенту.
Технический эффект достигается за счет повышения уровня нагрева и улучшения теплоизоляции воздуховодов.
Проектная пиковая мощность ТЭЦ составляет 3 кВт, средняя мощность — 1...2 кВт в отопительный сезон с октября по апрель. Проектная тепловая эффективность СО составляет 66%.
Конструкция корпуса КО основана на антикоррозионных профилях для усиления элементов и установки КО на поверхность ЦМ. Для проверки работы ЦО был изготовлен масштабный макет.
Разработка автоматического средства управления (контроля) тепловой массой и микроклиматом зданий и сооружений. Прибор представляет собой устройство для измерения температуры, построенное на базе микрокомпьютера и имеющее блок памяти для записи результатов измерений. Прибор обеспечивает непрерывную регистрацию изменений температуры на поверхностях стен здания, а также температуры воздуха внутри и снаружи здания. Зарегистрированные данные о температуре поверхностей здания используются для определения средней интегральной объемной температуры стены здания Tинт. Суточная динамика Tинт используется для определения запасенной энергии стены и управления тепловой массой здания, обеспечивая экономию энергии при отоплении здания. Датчик температуры воздуха используется для управления мощностью системы отопления здания, подключения и отключения оборудования.
Разработана схема соединений элементов устройства управления. Рассчитаны технические параметры элементов устройства управления. Разработано микрокомпьютерное программное обеспечение управляющего устройства. Подготовлен экспериментальный образец устройства для проведения испытаний, настройки программного обеспечения и определения режимов работы.
Продолжаются исследования ресурсной базы, возможностей и практики использования возобновляемых источников энергии в Таджикистане. На базе НПО «Хакими» ниже по течению от Нурекской ГЭС построен макет плавучей солнечной установки для эксплуатации в рыбоводном ручье в ущелье Каратаг. Устройство создано и уже находится в исследовательском центре, где ведутся экспериментальные работы по уточнению электрических характеристик солнечного устройства; 400 Вт продолжается на плавучих понтонах; Разработана методика определения солнечных ресурсов по уровню воды в районе Нурекской и Бойгозинской ГЭС.
Продолжаются исследования по теме «Сезонная аккумулирование (сбор) электрической энергии от возобновляемых источников – солнца и энергии малых рек в условиях Таджикистана».
Ведутся исследования возможности использования прямых (автономных), гибридных и плавучих солнечных электростанций для совершенствования структуры генерирующих мощностей в электроэнергетической системе Таджикистана.
Продолжается подготовка к экспериментальным работам по испытанию основных параметров солнечных панелей мощностью 400 Вт на плавучих понтонах ниже по течению Нурекской ГЭС в районе комплекса гидротехнических сооружений Бойкози и ущелья Каратог на экспериментальной базе «Хакими».
Из анализа факторов, влияющих на экономическую эффективность, следует, что сдерживающим фактором развития гидроэлектростанций (особенно солнечных электростанций) является их высокая стоимость монтажа и низкая эффективность. Но, несмотря на все недостатки солнечных электростанций и существующие проблемы в их внедрении и развитии, МБЭ — единственный способ покрыть дефицит электроэнергии в будущем. Считается, что определение методов оценки экономической эффективности солнечных электростанций (с учетом условий и законодательства Республики Таджикистан), применение «зеленых тарифов» и налоговых льгот обеспечит быстрое развитие возобновляемой энергетики.
Анализ эффективности солнечных панелей показал, что на сегодняшний день наиболее эффективными считаются монокристаллические панели, но в то же время они являются и самыми дорогими. При недостатке солнечного света их эффективность существенно падает, и в таких условиях более эффективны батареи солнечного типа. Кроме того, навесные солнечные панели считаются наименее дорогими.
Разработка методики расчета уплотнения грунтов плотин, возводимых нетрадиционным методом направленного взрывания.
Опытный образец поверхностной солнечной электростанции был построен в рыбоводческом бассейне на базе НПО «Хакими» и в нижнем бьефе Нурекской ГЭС.
По разработанной методике в первом квартале определялся объем запасов солнечной энергии на водной поверхности от нижнего бьефа Нурекского водохранилища до Сарбандского водохранилища.
Обсуждаются вопросы сравнительной экономической эффективности двух основных форм инвестирования в строительство малых ГЭС в условиях рыночной экономики — заемного и акционерного капитала. Определены условия, выведено общее уравнение эквивалентности для этих двух форм и представлены конкретные расчеты.