Россия – страна с огромными природными богатствами. В недрах нашей страны сосредоточены месторождения нефти, природного газа и других видов горючих полезных ископаемых, которые служат традиционными источниками энергии для всех отраслей промышленности.
Однако в последние годы большую популярность набирает альтернативная энергетика, позволяющая снизить вредные выбросы в окружающую среду. Конечно, навряд ли человечество в ближайшее время откажется от традиционных источников энергии, но уже сейчас стоит обратить внимание на эти технологии.
Геотермальные источники энергии
Геотермальное отопление жилых домов – один из перспективных вариантов использования практически неисчерпаемого тепла из ядра Земли. Температура в центре нашей планеты составляет порядка 4 000 °C, а при его остывании всего на 1 °C тепла выделится в миллионы раз больше, чем всё энергопотребление человечества за год.
Принцип геотермального отопления заключается в сборе тепла из термальных источников воды (почвы) и дальнейшей его передачи в систему отопления.
В России геотермальные ресурсы сосредоточены в 3 основных регионах: Дальневосточном (Камчатка, Сахалин и Курильские острова), Предкавказском и Западно-Сибирском регионе.
Лучше всего разведаны геотермальные воды Дагестана. Использование этих природных ресурсов здесь началось еще в далеком 1949 году, когда в центре Махачкалы была переоборудована нефтяная скважина для теплоснабжения общественной бани. А в 1951 г. другая геотермальная скважина начала снабжать теплом городские микрорайоны.
Здесь более 10 разведанных месторождений геотермальных вод, температура которых составляет 40-105 °C, а скважины для их добычи – самые глубокие, 5 500 метров. За сутки одна скважина может дать до 7 000 кубометров горячей воды. Работает 8 термораспределительных станций, которые обеспечивают горячей водой около 10 тысяч человек. Тариф на геотермальное тепло примерно в 2 раза меньше, чем за отопление традиционными котельными, работающими на газе.
Тепло Земли можно использовать и для получения электрической энергии. Такая геотермальная электростанция работает на полуострове Камчатка (Паужетская ГеоЭС). Из скважин сначала добывают пароводяную смесь. Из нее отделяют пар, который затем идет в турбины. При их вращении вырабатывается электричество.
Изобретатели из ФГБУ «Казанский государственный энергетический университет» предложили усовершенствовать геотермальную электростанцию (изобретение № 2 767 421). Горячий пар из скважин насыщен примесями и газами, которые приводят к сильной коррозии турбины. Чтобы не произошло разрушение турбины, пар нужно сначала очистить в сепараторе.
Очищенный пар идет в турбину, а отсепарированная вода закачивается обратно в скважину. Использование дополнительного шламоотделителя позволит ввести еще 2 тепловых контура, которые увеличат коэффициент использования теплоты из недр Земли.
Ветряные электростанции с вертикальным валом
Один из самых экологически чистых видов энергии – это сила ветра. Ветер лидирует и по энергоэффективности среди всех альтернативных источников энергии.
Классические ветряные электростанции имеют довольно футуристический вид: это высокие башни с большими лопастями, похожими на ветряные мельницы. Обычно ось вращения находится горизонтально, а вокруг нее крутятся лопасти.
Такие ветрогенераторы показывают высокую эффективность, но она сильно зависит от направления ветра. Другими проблемами являются срабатывание электрической защиты от резкого перепада ветра, гибель птиц под лопастями, большая площадь территории для ветряной электростанции.
Ветроэлектростанция, предлагаемая российским изобретателем Степановым О. Л. (патент № 2 737 984, правообладатель АО «Исток», российская компания по производству ветроэнергетических систем), спроектирована в виде ветровой турбины с вертикальным валом. Хотя эффективность такой системы ниже, но она не зависит от направления ветра, более безопасна и занимает меньше места.
Чтобы повысить КПД ветровой электростанции, автор разработки использовал в конструкции торцевые ветровые колеса (поз.8) с вогнуто-выпуклыми лопатками, равномерно расположенными по периметру ветровых колес. Между торцевыми колесами изобретатель поместил геликоид – вал со спиральными лопастями (поз.12). Такая конструкция обеспечивает дополнительный разгон воздушных потоков.
А разработчики из Московского пограничного института предлагают использовать мобильные ветроэлектростанции в условиях Арктики (патент на изобретение № 2 769 560). На Крайнем Севере ветер – это наиболее эффективный источник энергии, безветренная погода здесь бывает редко.
В этом изобретении вал тоже вертикальный, а лопасти выполнены в виде пустотелой сферы или цилиндра. Вал спроектирован как полый цилиндр, на поверхности которого в пазы вставлены лопасти.
Кроме того, в установке будут применяться подшипники на постоянных магнитах, что позволит избежать трения и необходимости нанесения смазки, что особенно важно в условиях экстремально низких температур.
Двигатель внутреннего сгорания, работающий на аммиаке
Водород – богатый источник энергии, который можно получить из метана, бензина, биомассы, угля или с помощью пиролиза воды. Этот газ можно просто сжигать в двигателях транспортных средств, а на выходе будет получаться вода и углерод, которые полностью безопасны и не усиливают парниковый эффект. При сгорании водорода выделяется тепло, оно и служит источником энергии.
Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, появился еще в 1806 г. Швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз получал водород из воды методом пиролиза. Сейчас уже водородными машинами никого не удивишь: их выпускают компании «Toyota», «Honda», «Hyundai».
В Индии в 2023 году планируется запустить поезда на водородных двигателях. А в России в 2021 г. компания «КамАЗ» выпустила первый в мире водоробус КамАЗ-6290 – электробус на водородном топливе. Его максимальная скорость 80 км/ч, а расстояние, которое он может преодолеть без подзарядки, – 250 км.
Согласно водородной стратегии Европейского Союза, доля водородной энергетики должна вырасти до 6 % в 2030 году и до 24 % в 2050 году. В России развитие водородной энергетики тоже закреплено в «Энергетической стратегии РФ» на период до 2035 года.
Исследователи из Южно-Российского государственного политехнического университета им. М.И. Платова запатентовали в 2022 г. систему питания ДВС водородным топливом на основе аммиака (патент № 2 778 415).
В качестве топлива в таком двигателе используется жидкий аммиак, который подается из топливного бака поз.6 сначала в испаритель поз.7, где переходит в газообразное состояние. Затем он поступает в редуктор поз. 8, который обеспечивает оптимальное давление в устройстве каталитического разложения поз. 9. Фильтр разделяет водород и азот. Азот выводится в атмосферу, а очищенный водород подается в трубопровод двигателя.
Конструкция позволяет увеличить долю горючего компонента в составе топливно-воздушной смеси и повысить энергоэффективность ДВС, а также улучшить экологические показатели его работы.
Сжигание топлива без огня
При традиционном сжигании углеводородного топлива в атмосферу выделяются токсичные продукты горения. Беспламенное горение поможет существенно сократить углеродный след, напрямую влияющий на изменение климата.
Отличие от обычного процесса горения заключается в том, что окисление топлива протекает только на поверхности катализатора (твердого тела), а не в объеме газа, поэтому нет классических языков пламени, снижаются вредные выбросы.
Инженеры из ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия» запатентовали генератор тепловой энергии беспламенного типа, который отличается большей экономичностью по сравнению с аналогами (патент № 2 750 638). В других прототипах значительное количество тепла тратится на то, чтобы подогреть газовый поток до температуры, при которой начинается процесс горения. Беспламенное горение в таких установках нестабильно и может легко прекратиться.
В новом устройстве на поверхность катализатора наносится специальный активатор, который позволяет снизить температуру начала реакции. В результате генератор может работать в непрерывном режиме, топливо расходуется более экономно, повышается КПД и снижаются выбросы токсичных продуктов горения в атмосферу.
Рассказываем про интеллектуальные права, кратко освещаем важные новости для бизнеса и делимся результатами своей работы. Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Другие статьи, которые могут быть вам интересны:
Как запатентовать идею в России
Сколько стоит патент на изобретение, полезную модель, промышленный образец
Как самостоятельно зарегистрировать свой бренд в Роспатенте
Услуги патентного поверенного при регистрации интеллектуальной собственности
