Наножидкости в системах сбора и хранения солнечной и геотермальной энергии

Динамичный рост городского населения России накладывает повышенные требования к эффективности и экологической безопасности систем теплоснабжения. Увеличение доли возобновляемых источников в энергетическом балансе страны является одним из направлений Стратегии Научно-Технического Развития России. Большая часть доступной возобновляемой энергии – тепло солнца, грунтов, фундаментов зданий и канализационных стоков - может быть утилизирована с использованием солнечных коллекторов и тепловых насосов. Основной проблемой существующих возобновляемых тепловых технологий является обеспечение эффективности отбора низкопотенциального тепла коллектором или геотермальной скважиной, подключенными к тепловому насосу. Важным является вопрос о возможности длительного хранения полученной солнечной энергии, который может быть решен путем создания сезонного аккумулятора тепла в грунте, т.е. совмещения солнечной и геотермальной систем в единый тепловой комплекс. Данный проект направлен на повышение эффективности теплообмена в системах сбора и хранения солнечной и геотермальной энергии посредством разработки нового класса теплоносителей на основе наножидкости – стабильной дисперсии наночастиц твердого материала (металла, углерода или кремния) в жидкой среде. По своим теплофизическим свойствам такие жидкости напоминают жидкие металлы: высокая теплопроводность, возможность эффективного поглощения солнечного излучения, а также магнитного управления течением, что способствует успешному применению наножидкостей в различных энергетических системах, повышению эффективности отбора тепла до полутора раз.В настоящее время ряд стран (Австралия, Индия, Норвегия, ОАЭ, США) достигли некоторого прогресса в разработке исследовательских прототипов солнечных коллекторов с наножидкостью. Однако эти системы еще далеки от промышленного применения. Более того, на данный момент полностью отсутствуют разработки по наножидкостям для геотермальных систем.Проект предполагает проведение комплексных исследований, реализованных в несколько последовательных стадий, начинающихся с разработки теоретических и численных моделей для описания процессов теплообмена в солнечном коллекторе и скважине для параметрической оптимизации состава наножидкостей: концентрации и размеров наночастиц, их материала и типа дисперсионной среды, «несущей» наночастицы. Следующими этапами проекта являются синтез наножидкости с использованием материалов отечественного производства и экспериментальная проверка ее эффективности на разработанных в рамках проекта прототипах солнечного коллектора прямого поглощения, сважинного теплообменника и сезонного аккумулятора тепла в грунте. Дополнительными задачами являются изучение влияния внешнего магнитного поля на теплообмен в прототипах устройств, а также полевые испытания полученных наножидкостей в качестве теплоносителей для серийного гелиоконцентратора отечественного производства.