Методы оценки энергопотенциала возобновляемых источников по сельским регионам. Теоретические и конструкционные основы функционирования инновационных преобразователей энергии и возобновляемых источников различного типа с определением их основных параметров в составе автономных (локальных) энергосетей, различных способов биоэнергетической переработки органических отходов

Исследованы одномерный двухстворчатый симметричный зеркальный концентратор солнечного излучения с однородным распределением освещенности в фокальной плоскости, аналитические и численные методы определения профиля концентратора; высоковольтный кремниевый (с линейной плотностью напряжения от 25 В/см) матричный солнечный элемент и модуль на его основе площадью до 10 см² для концентрированного солнечного излучения с повышенным электрическим КПД; сельская автономная микросеть, включающая в свой состав генерирующее оборудование от возобновляемых источников энергии и работающее на жидком и газообразном топливе; энергия ветра в районах с низким ветровым потенциалом; анаэробная переработка жидких органических отходов АПК; жидкие и твердые органосодержащие отходы АПК, преобразуемые во вторичные энергоносители. Цель исследования - обоснование и разработка концепции построения энергоресурсосберегающей схемы и технических средств микросети, методов решения использования солнечного излучения, энергии ветра в районах с низким ветровым потенциалом, новых способов интенсификации процесса анаэробной биоконверсии органических отходов сельского хозяйства для разработки технологий и технических средств глубокой их переработки. Разработаны и исследованы новые теплофотоэлектрические модули, включающие различные типы фотоприемников и концентраторов, обеспечивающие эффективное преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую. Разработаны системы уравнений, описывающих работу двухстворчатых зеркальных концентраторов с однородным распределением интенсивности излучения в фокальной плоскости, принципы построения концентраторов, позволяющие снизить френелевские потери при падении лучей на фокальную плоскость. Исследованы характеристики образцов промышленно изготавливаемых ФП в натурных условиях на разработанном солнечном модуле. Определены коэффициенты влияния применяемых ФП в технологии изготовления разрабатываемых солнечных модулей с концентрированным излучением и конечная эффективность модулей. Разработан метод определения оптимального соотношения мощностей солнечного и ветряного электрогенераторов – стартовой точки для начала вариантных расчётов на множестве «мощность генератора – ёмкость накопителя». Составлен алгоритм и выполнена оценка эффективности попеременного использования в теплонасосной установке двух различных источников низкопотенциальной теплоты. Разработана методика теплового расчёта теплофотоэлектрических солнечных модулей планарного и концентраторного типов с использованием моделирования процессов в программном комплексе Ansys, которая позволяет получать тепловые поля разработанной модели, скорости теплоносителя и линии течений. Представлены: концепция построения микросети, на основе ВИЭ; рекомендации по организации и устройству микросети; экспериментальные образцы оборудования микросети и результаты их испытаний; методика расчёта технико-экономических параметров накопителей электроэнергии микросети. Исследованы характеристики энергетической системы на основе МГТУ; алгоритм расчета параметров ветроустановки с вихревым преобразователем ветрового потока, который используется для проектирования ВВЭУ; новая энергосберегающая технология получения энергии из отходов сельского хозяйства и местного биотоплива; технология энергоснабжения отдельных домов в котеджных поселках и деревнях; методология создания технологий и технических средств для использования энергии ветра в районах с низким ветровым потенциалом, для борьбы с опустыниванием, которая заключается в организации процесса построения системы обеспечения водой и её аккумулирования, в управлении этим процессом. Обосновано, что технологии и технические средства составляют основу проекта любой системы обеспечения водой в регионах с высоким индексом аридности. При выборе технологии и способов добычи воды для конкретного проекта использовались данные космического и локального мониторинга метеонаблюдений. Определено, что если ветер характеризуется прерывистостью, переменностью и непредсказуемостью, трудно обобщать потенциал ветра и энергонагрузку. Поэтому расчет коэффициента использования установленной мощности является одним из главных критериев выбора и установки ВЭУ и представления об её эффективности. Установлено, что система анаэробной обработки жидких органических отходов при повышенном давлении в биореакторе лабораторной установки не является энергетически независимой от внешних источников электрической энергии при условии использования преобразователей энергии биогаза с КПД не ниже, чем КПД технических средств, применяемых при расчете (когенерационная установка). Повышение давления в реакционной зоне метантенка с 2 до 150 кПа позволило увеличить нагрузку на реактор по органическому веществу в два раза с 4 кг ОСВ/м³•сут до 7,95 кг ОСВ/м³•сут, при этом процесc остается стабильным.