Использовать потенциал газов, накопленных на полигоне отходов большого промышленного города, в энергокомплексах, замещая ими традиционные ресурсы, предлагают ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ). Они разработали модели и методы работы комплекса, который будет работать при комбинировании ресурсов альтернативной и углеводородной энергетики. Результаты исследования, включая схемы интеграции объектов комплекса и принципы их контроля, изложены в журнале «Energies» (Q1).
2021 год в России объявлен Годом науки и технологий. Август посвящен проблемам климата и экологии — теме, наиболее важной для всего мира в последние годы. Промышленные города, в число которых входит Челябинск, создавались по технологиям, недостаточно учитывающим человекоцентричные цели сохранения окружающей среды. Поэтому нередко наблюдается сверхнормативное загрязнение всех ее видов. Для решения проблемы необходимо прогнозировать тенденции и объемы сокращения потребления невозобновляемых природных ресурсов. Кроме того, чтобы развитие будущего поколения было устойчивым, нужно организовать процесс эффективной утилизации промышленных и бытовых отходов.
В условиях современной промышленной революции растет актуальность модернизации и высокотехнологичного развития объектов энергетики. Это соответствует национальным целям сбалансированного развития отраслей народного хозяйства России. Инновационными и высокотехнологичными представляются решения по объединению разных источников энергии в единый комплекс с системой Интернета вещей для контроля и управления энергетическими транзакциями. Его предлагают ученые Южно-Уральского государственного университета.
«Принципиально значимым было предложение по методам интеграции взаимодействия объектов с нематериальными ресурсами экономики знаний. Это означало активизацию взаимосвязей в сферах образовательной и научно-исследовательской деятельности ученых и преподавателей технических и экономических кафедр. В частности, можно отметить интеграцию человеческих ресурсов кафедр «Промышленная теплоэнергетика» (зав. кафедрой К.В. Осинцев) и «Прикладная экономика» (в настоящее время - «Цифровая экономика и информационные технологии», зав. кафедрой Т.А. Худякова). В итоге удалось решить ряд задач по повышению эффективности процессов комбинирования мощностей традиционной энергетики с установками «зеленой» генерации. В микросеть комплекса предложено включить источники чистой энергии солнца, ветра, тепла Земли на глубине до 100 метров, накопленных ресурсов биогаза городских полигонов отходов», – рассказал доктор экономических наук, профессор Анатолий Алабугин.
Основа комплекса – полигон отходов
Полигон отходов с когенерационной (вырабатывающей тепловую и электроэнергию) станцией в комплексе рассматривается как источник биогаза, тепла и электроэнергии для микросетевых объектов. Ими являются небольшие промышленные, сельскохозяйственные и другие малые предприятия, домашние хозяйства в районе энерготехнологического комплекса. Такие объекты сами могут производить тепло- и электроэнергию, используя возобновляемые источники, передавая энергию в сети объектам региональной макросети.
Потребителем двух видов энергии (электрической и тепловой) в системе может быть среднее или крупное промышленное предприятие. Излишки энергии будут накапливаться, например, в гелиевых батареях большой емкости. Контролировать перетоки энергии, учитывая оплату счетов, должны специалисты цифровой платформы Центра координации интересов объектов энерготехнологического комплекса.
Ученые ЮУрГУ не только разработали методологические основы комбинирования технологических систем, использующих традиционные и возобновляемые ресурсы. На кафедре «Промышленная теплоэнергетика» и других кафедрах энергетического факультета проводятся экспериментальные исследования схем цифрового управления и диспетчеризации энергетических и логистических потоков. Сбор и обработка данных осуществляются с помощью современных инструментов информационных технологий Big Data и Data Science. Эксперименты показали, что прогнозируемое количество и величины контрольных параметров были достигнуты достаточно эффективно. Алгоритмы нейронной сети позволили более оперативно контролировать работу объектов на основе их межмашинного взаимодействия.
Ученые ЮУрГУ – профессор, доктор экономических наук Анатолий Алабугин, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Промышленная теплоэнергетика» Константин Осинцев и профессор, доктор технических наук Сергей Алюков – отметили, что полученные результаты их работы могут быть масштабированы и использованы для создания ряда цифровых моделей объектов микро- и макросети и оптимизации процессов их работы. Разработано программное обеспечение, реализующее алгоритм работы таких гибридных комплексов.
Предложение легко реализовать
«Результаты указанных публикаций являются, по сути, научно-проектным предложением возможного междисциплинарного гранта. Мы предлагаем создать энерготехнологический комплекс активным элементом в региональной энергосистеме на основе использования ресурсов биогаза Челябинского и ему подобных полигонов промышленных и бытовых отходов. На указанном полигоне уже обеспечен выход биогаза, но без полезного его использования для производства энергии. Следовательно, достигнуты лишь некоторые показатели экологической эффективности. В перспективе целесообразно преобразовать полигон в карбоновый для исследования возможностей даже не снижения, а поглощения углекислого и других вредных газов», – добавил Анатолий Алабугин.
Актуальность указанных разработок подтверждается сбором заявок на подобный грант, объявленным в 2021 году Министерством энергетики РФ. Кроме того, Правительство РФ начинает организацию проектных групп по направлениям замещения традиционных ресурсов угля, нефти и газа.
Южно-Уральский государственный университет – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ принимает участие в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).
Информация предоставлена пресс-службой ЮУрГУ
Источник фото: ru.123rf.com
