Отчет 2

Отчёт
о выполненных работах на этапе № 1, предусмотренных План-графиком исполнения обязательств по Соглашению с Минобрнауки России о предоставлении субсидии от «20» октября
2014 г. № 14.577.21.0123. Тема «Применение ветроэнергоагрегатов в установках опреснения
морских и солоноватых вод методом обратного осмоса с термической утилизацией солевых
концентратов и импульсным ультрафиолетовым обеззараживанием»
1 Работы, выполненные в отчетный период
1.1 Работы, выполненные за счет средств субсидии
По п. 1.1 ПГ Соглашения проведен аналитический обзор современной научнотехнической, нормативной, методической литературы по различным технологиям опреснения
воды в широком диапазоне солености, в том числе и с применением возобновляемых источников энергии.
По п. 1.2 ПГ Соглашения проведены патентные исследования по различным технологиям опреснения воды в широком диапазоне солености, в том числе и с применением возобновляемых источников энергии.
По п. 1.3 Соглашения разработана принципиальная схема комбинированной ветроэнергетической установки для опреснения морских и солоноватых вод методом обратного осмоса с
термической утилизацией солевых концентратов и импульсным ультрафиолетовым обеззараживанием.
1.2 Работы, выполненные за счет внебюджетных средств
По п. 1.4 ПГ Соглашения разработан экспериментальный образец суперконденсатора с
водным электролитом, являющимся частью накопителя энергии.
По п. 1.5ПГ Соглашения разработана экспериментально производственная технология
изготовления суперконденсатора с водным электролитом, являющимся частью накопителя
энергии.
2 Основные результаты, полученные в отчётный период
На основании выполненного анализа аналитического обзора установлено:
а) суммарные энергетические затраты при опреснении методом обратного осмоса по
сравнению с термическими методами ниже от 7 до 9 раз при опреснении солоноватых вод и
ниже от 3 до 4 раз при опреснении морской воды. Удельные капитальные и удельные эксплуатационные затраты при опреснении методом обратного осмоса ниже от 1,5 до 2,0 раз по сравнению с термическими методами. Поэтому в данном проекте для опреснения воды следует использовать метод обратного осмоса, так как эта технология имеет более низкие энергетические
затраты и удельные капитальные и эксплуатационные затраты.
б) Одним из наиболее предпочтительных методов предварительной подготовки воды является метод микро-ультрафильтрации. Показано, что метод микро-ультрафильтрации позволя-
ет достичь практически 100 % эффективности предварительной очистки воды по мутности, фитопланктону и микробиологическим показателям. Поэтому в данном проекте для увеличения
срока службы и производительности обратноосмотических мембран следует применять предварительную подготовку исходной воды, используя метод микро-ультрафильтрации. Для дальнейшей проработки выбраны микро-ультрафильтрационные мембраны с характерным размером
поры на уровне 1 мкм.
в) Утилизацию концентрата следует вести термическими методами. Для сокращения затрат на термическую утилизацию концентрата после обратноосмотической установки обратноосмотическое опреснение следует проводить с относительно высокой степенью концентрирования, для чего в проекте будут использоваться две последовательно соединенные ступени
мембран среднего давления и с промежуточным повышающим насосным агрегатом между ступеням.
г) Опресненную воду следует обеззараживать облучением высокоинтенсивным импульсным УФ излучением сплошного спектра. В качестве источников излучения использовать УФ
лампы нового поколения – импульсные ксеноновые лампы. Применяемая в данном проекте импульсная ультрафиолетовая технология обеззараживания обладает высокой эффективностью
обеззараживания воды по отношению к самым устойчивым (споровым) формам микроорганизмов и биотоксинам и обеспечивает более высокую (на три порядка) степень деконтаминации
зараженной воды по сравнению со способами, базирующимися на использовании ртутных УФ
ламп различных типов.
д) Применение ветроэнергоагрегатов в качестве источника электропитания обратноосмотического модуля опреснения имеет особенности. Электропитание, выдаваемое ветроэнергоагрегатом, имеет стохастический характер, наблюдаются кратковременные флуктуации, что
приводит к выбросам мощности, которые повреждают мембраны обратного осмоса. Как правило, флуктуационная сотавляющая часть электроэнергии аккумулируется в накопителях, после
чего используется. В данном проекте предложено использовать суперконденсаторы в качестве
накопителей. Следуя данным обзора, установка суперконденсаторов в цепь электропитания обратноосмотических модулей повысит их производительность в 1,47 раз, уменьшит энергопотребление в 2,3 раза.
е) В настоящее время отсутствует отечественная серийно выпускаемая ветроэнергетическая установка (ВЭУ) мощностью 20 кВт, поэтому на данном этапе были выбраны ВЭУ ОАО
«ИСТОК», мощность которых составляет от 2 до 3 кВт. Эти ВЭУ имеют достаточную надежность, являются более устойчивыми к обледенению и буревым нагрузкам и компактны при
масштабировании модулей. Для питания комбинированной ветроэнергетической установки
(КВЭУ) потребуется от 10 до 12 ВЭУ ОАО «ИСТОК».
2
На основании выполненных патентных исследований в соответствии с ГОСТ 15.011-96
установлено:
а) наличие перспективности, актуальности и коммерческого интереса к использованию
возобновляемых источников энергии в качестве источника питания для установок опреснения
морских и солоноватых вод;
б) наличие признака новизны в разрабатываемой комбинированной ветроэнергетической
установке.
С целью достижения параметров, заложенных в ТЗ ПНИ, разработанная принципиальная
схема КВЭУ учитывает результаты аналитического обзора.
Научный руководитель НИР
чл.-кор. РАН, д-р техн. наук, проф.
_______________________ А.Ю. Вараксин
(подпись, дата)
3