environmentПриродообустройствоPrirodoobustrojstvo1997-6011РГАУ-МСХА10.26897/1997-6011-2026-2-55-63environment-998Research ArticleГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВОHYDRAULIC ENGINEERING CONSTRUCTIONТехнология аккумулирования энергии морских волн в виде жидкого воздуха, льда и горячей водыTechnology for accumulating the energy of sea waves in the form of liquid air, ice and hot waterhttps://orcid.org/0000-0001-8939-850XМироновВ. В.MironovV. V.

Виктор Владимирович Миронов, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры инженерных систем и сооружений

г. Тюмень

Scopus 57196778368

РИНЦ ID384652

WOS Research ID AAH-6967-2019

Victor V. Mironov, DSc (Eng), Professor, Professor of the Department of Engineering Systems and Structures

Tyumen

Scopus 57196778368

РИНЦ ID384652

WOS Research ID AAH-6967-2019

vvmironov@list.ruИванюшинЮ. А.IvanyushinYu. A.

Юрий Андреевич Иванюшин, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры инженерных систем и сооружений

г. Тюмень

0000-0002-4470-6967

Scopus 56199460900

РИНЦ ID758082

WOS Research ID V-9425-2019

Yuriy A. Ivanyushin, CSc (Eng), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Engineering Systems and Structures

Tyumen

Scopus 56199460900

РИНЦ ID758082

WOS Research ID V-9425-2019

ivanjushinja@tyuiu.ruШалагинИ. Ю.ShalaginI. Yu.

Игорь Юрьевич Шалагин, канд. техн. наук, доцент кафедры инженерных систем и сооружений

г. Тюмень

Scopus 56951226600

РИНЦ ID758535

Igor Yu. Shalagin, CSc (Eng), Associate Professor of the Department of Engineering Systems and Structures

Tyumen

Scopus 56951226600

РИНЦ ID758535

shalaginij@tyuiu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8703-5684КадысеваА. А.KadysevaA. A.

Анастасия Александровна Кадысева, д-р биол. наук, доцент, профессор кафедры сельскохозяйственного водоснабжения, водоотведения, насосов и насосных станций

г. Москва

Scopus 57214243999

РИНЦ ID698088

WOS Research ID M-6451-2016

Anastasia A. Kadyseva, DSc (Biol), Associate Professor, Professor

Scopus 57214243999

РИНЦ ID698088

WOS Research ID M-6451-2016

kadyseva@mail.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский индустриальный университет»Россия“Tyumen Industrial University”Russian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»РоссияFederal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev”Russian Federation202605062026025563Copyright © Миронов В.В., Иванюшин Ю.А., Шалагин И.Ю., Кадысева А.А., 20262026Миронов В.В., Иванюшин Ю.А., Шалагин И.Ю., Кадысева А.А.Mironov V.V., Ivanyushin Y.A., Shalagin I.Y., Kadyseva A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://environment.timacad.ru/jour/article/view/998

Цель исследований – разработка технологии аккумулирования возобновляемой энергии морских волн в виде сжиженного воздуха, льда и горячей воды. Тип исследований – теоретико-прикладной; использовались аналитические зависимости и численное моделирование предложенной схемы преобразования энергии. Предлагается модульная система на основе сильфонного насоса-компрессора, который приводится в действие буем с полиспастом (позволяет удвоить ход рабочего органа), реагирующим на движение волн. Полученная пневматическая энергия последовательно преобразуется в тепло (горячая вода), холод (лед) и механическую работу для сжижения воздуха. Выполнен гипотетический расчет по аналитическим зависимостям для высоты волн от 0,2 до 1,0 м при глубине погружения компрессора 30 м и периоде волны 4 с. Результаты исследований свидетельствуют о том, что модульная установка способна генерировать до 80 л/ч горячей воды, 14 кг/ч льда и около 7,5 кг/ч сжиженного воздуха (при высоте морской волны, равной 1 м). Одними из преимуществ являются его модульность, экологичность и возможность тригенерации. В результате исследований сделан вывод о том, что технология позволяет в локальном масштабе обеспечивать объекты некапитального строительства коммунальными и энергетическими ресурсами: тепловой энергией (горячая вода), холодом (лед), а также получать сжиженный воздух для хранения энергии. Механическая мощность второго детандера может быть преобразована в электричество. Решение является эффективным в зонах с неразвитой инфраструктурой (удаленных или изолированных территорий) при высоте волн от 0,2 м.

The aim of the research is to develop a technology for accumulating renewable energy from sea waves in the form of liquefied air, ice and hot water.Methodology. The type of research is theoretical and applied. Analytical dependencies and numerical simulation of the proposed energy conversion scheme were used. A modular system is proposed, based on a bellows pump-compressor driven by a buoy with a pulley system (which doubles the stroke of the working element) that responds to wave motion. The resulting pneumatic energy is successively converted into: heat (hot water), cold (ice), mechanical work for air liquefaction. A hypothetical calculation was performed using analytical dependencies for wave heights ranging from 0,2 to 1,0 m, with a compressor submersion depth of 30 m and a wave period of 4 sec.Results. The modular unit is capable of generating up to 80 l/h of hot water, 14 kg/h of ice, and approximately 7,5 kg/h of liquefied air (at a sea wave height of 1 m). One of the key advantages is its modularity, environmental friendliness, and the ability to perform trigeneration.Conclusion. The technology enables the local provision of utility and energy resources for non-capital construction facilities: thermal energy (hot water), cold (ice), as well as the production of liquefied air for energy storage. The mechanical power of the second expander can be converted into electricity. This solution is effective in areas with underdeveloped infrastructure (remote or isolated territories) at wave heights of,2 m and above.

насос-компрессорэнергия морских волнгенерацияэлектрогенераторвозобновляемая энергиясжатый воздухсистемы жизнеобеспеченияpump-compressorwave energygenerationelectric generatorrenewable energycompressed airlife support systemsReferencesНайденко А.А. Возобновляемая энергия океана // Технологическая независимость и конкурентоспособность Союзного государства, стран СНГ, ЕАЭС и ШОС: Сборник статей VI Международной НПК «Минские научные чтения-2023» (БГТУ, Минск, 6-8 декабря 2023 г.). Минск, 2023. Т. 3. С. 218-223.Naidenko A.A. Renewable Ocean Energy / A.A. Naidenko // Technological independence and competitiveness of the Union State, the CIS countries, the EAEU and the SCO: coll. art. VI VI international scientific-research conference “Minsk Scientific Readings – 2023”. (BSTU, Minsk: December 6-8, 2023). Minsk, 2023. Vol. 3. Pp. 218-223.Nsafon B.E.K., Owolabi A.B., Butu H.M., Roh J.W., Suh D., Huh J. Optimization and sustainability analysis of PV/wind/diesel hybrid energy system for decentralized energy generation // Energy Strategy Reviews. 2020. Vol. 32. P. 100570. DOI: 10.1016/j.esr.2020.100570. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211467X20301231 (дата обращения: 20.06.2025).Nsafon B.E.K., Owolabi A.B., Butu H.M., Roh J.W., Suh D., Huh J. Optimization and sustainability analysis of PV/wind/diesel hybrid energy system for decentralized energy generation // Energy Strategy Reviews. 2020. Vol. 32. P. 100570. DOI: 10.1016/j.esr.2020.100570 [Electronic resource] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211467X20301231 (accessed 20.06.25).Robertson B., Bekker J., Buckham B. Renewable integration for remote communities: Comparative allowable cost analyses for hydro, solar and wave energy // Applied Energy. 2020. Vol. 264. P. 114677. DOI: 10.1016/j.apenergy. 2020.114677. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261920301896 (дата обращения: 20.06.2025).Robertson B., Bekker J., Buckham B. Renewable integration for remote communities: Comparative allowable cost analyses for hydro, solar and wave energy // Applied Energy. 2020. Vol. 264. P. 114677. DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.114677 [Electronic resource] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261920301896 (accessed 20.06.25).Львович Я.Е. Особенности использования возобновляемых источников энергии для распределенной генерации малой энергетики // Инновационные методы проектирования строительных конструкций зданий и сооружений: Сборник научных трудов 4-й Всероссийской НПК (ЮЗГУ, 22 ноября 2022 г.). Курск, 2022. С. 316-319.Lvovich Ya.E. Features of using renewable energy sources for distributed generation of small-scale energy / Ya.E. Lvovich // Innovative methods for designing building structures of buildings and structures: collection of scientific papers of the 4th All-Russian Scientific and Practical Conference (SWSU, November 22, 2022). Kursk, 2022. З. 316-319.Белоглазова Т.Н., Елькина А.И. Эффективность газоиспользующих теплогенераторов для индивидуального и децентрализованного теплоснабжения // Construction and Geotechnics. 2020. Т. 11, № 1. С. 80-91. DOI: 10.15593/2224-9826/2020.1.08. URL: https://ered.pstu.ru/index.php/CG/article/view/717/468 (дата обращения: 20.06.2025).Beloglazova T.N. Efficiency of gas-fired heat generators for individual and decentralized heat supply / T.N. Beloglazova, A.I. Elkina // Construction and Geotechnics. 2020. Vol. 11, No. 1. P. 80-91. DOI: 10.15593/2224-9826/2020.1.08 [Electronic resource] https://ered.pstu.ru/index.php/CG/article/view/717/468 (accessed 06.20.25).Преображенский Ю.П., Коновалов В.М. О методах создания рекомендательных систем // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2019. № 4 (31). С. 75-79. EDN: OHEKTKPreobrazhensky Yu.P. On methods of creating recommender systems / Yu.P. Preobrazhensky, V.M. Konovalov // Bulletin of the Voronezh Institute of High Technologies. 2019. No. 4 (31). P. 75-79. EDN: OHEKTKGuo B.A., Ringwood J.V. A review of wave energy technology from a research and commercial perspective // IET Renewable Power Generation. 2021. Vol. 15, Iss. 14. Ph. 3065-3090. DOI: 10.1049/rpg2.12302. URL: https://digital-library.theiet.org/doi/10.1049/rpg2.12302 (дата обращения: 20.06.2025).Guo B.A., Ringwood J.V. A review of wave energy technology from a research and commercial perspective // IET Renewable Power Generation. 2021. Vol. 15, iss. 14. P. 3065-3090. DOI: 10.1049/rpg2.12302 [Electronic resource] https://digital-library.theiet.org/doi/10.1049/rpg2.12302 (accessed 20.06.25).Khan M.Z.A., Khan H.A., Aziz M. Harvesting energy from ocean: technologies and perspectives // Energies. 2022. Vol. 15 (9). P. 3456. DOI: 10.3390/en15093456. URL: https://www.mdpi.com/1996-1073/15/9/3456 (дата обращения: 20.06.2025).Khan M.Z.A., Khan H.A., Aziz M. Harvesting energy from ocean: technologies and perspectives // Energies. 2022. Vol. 15 (9). P. 3456. DOI: 10.3390/en15093456 [Electronic resource] https://www.mdpi.com/1996-1073/15/9/3456 (accessed 20.06.25).Satymov R., Bogdanov D., Dadashi M., Lavidas G., Breyer C. Techno-economic assessment of global and regional wave energy resource potentials and profiles in hourly resolution // Applied Energy. 2024. Vol. 364. P. 123119. DOI: 10.1016/j.apenergy. 2024.123119. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924005026 (дата обращения: 20.06.2025).Satymov R., Bogdanov D., Dadashi M., Lavidas G., Breyer C. Techno-economic assessment of global and regional wave energy resource potentials and profiles in hourly resolution // Applied Energy. 2024. Vol. 364. P. 123119. DOI: 10.1016/j. apenergy.2024.123119 [Electronic resource] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924005026 (accessed 20.06.25).Технологии хранения энергии: в ожидании прорыва. URL: https://peretok.ru/opinion/17406/ (дата обращения: 20.06.2025).Energy storage technologies: waiting for a breakthrough: website [Electronic resource] https://peretok.ru/opinion/17406/ (accessed 20.06.25).Bazdar E., Sameti M., Nasiri F., Haghighat F. Compressed air energy storage in integrated energy systems: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 167. P. 112701. DOI: 10.1016/j.rser.2022.112701. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032122005901 (дата обращения: 20.06.2025).Bazdar E., Sameti M., Nasiri F., Haghighat F. Compressed air energy storage in integrated energy systems: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 167. P. 112701. DOI: 10.1016/j.rser.2022.112701 [Electronic resource] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032122005901 (accessed 20.06.25).Rabi A.M., Radulovic J., Buick J.M. Comprehensive Review of Compressed Air Energy Storage (CAES) Technologies // Thermo. 2024. Vol. 3 (1). Pр. 104-126. DOI: 10.3390/thermo3010008. URL: https://www.mdpi.com/2673-7264/3/1/8 (дата обращения: 20.06.2025).Rabi A.M., Radulovic J., Buick J.M. Comprehensive Review of Compressed Air Energy Storage (CAES) Technologies // Thermo. 2024. Vol. 3 (1). P. 104-126. DOI: 10.3390/thermo3010008 [Electronic resource] https://www.mdpi.com/2673-7264/3/1/8 (accessed 20.06.25).Китай запускает крупнейший завод в мире по хранению энергии на сжатом воздухе. URL: https://habr.com/ru/companies/first/articles/692740/ (дата обращения: 20.06.2025).China launches the world’s largest compressed air energy storage plant: website [Electronic resource] https://habr.com/ru/companies/first/articles/692740/ (accessed 06.20.25).Сильфонный насос-компрессор: Патент на изобретение № 2817577 С1 Российская Федерация, МПК F04B19/06F03B13/18. № 2023118940: заявл. 17.07.2023; Опубл. 16.04.2024 / В.В. Миронов, Ю.А. Иванюшин, Д.В. Миронов, Д.А. Суглобов; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский индустриальный университет» (ТИУ).Patent for invention No. 2817577 C1 Russian Federation, IPC F04B19/06 F03B13/18. Bellows pump-compressor: No. 2023118940: appl. 17/07/2023: published 16/04/2024 / V.V. Mironov Yu.A. Ivanyushin, D.V. Mironov, D.A. Suglobov; applicant Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “ Tyumen Industrial University” (TIU).Safari M., Sohani A., Sayyaadi H. A higher performance optimum design for a tri-generation system by taking the advantage of water-energy nexus // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 284. P. 124704, DOI: 10.1016/j.jclepro. 2020.124704 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095965262034748X (дата обращения: 20.06.2025).Safari M., Sohani A., Sayyaadi H. A higher performance optimum design for a tri-generation system by taking the advantage of water-energy nexus // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 284. P. 124704, DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.124704 [Electronic resource] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095965262034748X (accessed 20.06.25).Ahmad Z., Shukla A.K., Singh V., Sharma M., Kumar P. Thermodynamic analysis of solar powered trigeneration arrangement for cooling, power and drinking water generation // Songklanakarin Journal of Science & Technology. 2022. Vol. 44 (6). Pр. 1419-1426. DOI: 10.14456/sjst-psu.2022.184. URL: https://sjst.psu.ac.th/article.php?art=2954 (дата обращения: 20.06.2025).Ahmad Z., Shukla A.K., Singh V., Sharma M., Kumar P. Thermodynamic analysis of solar powered trigeneration arrangement for cooling, power and drinking water generation // Songklanakarin Journal of Science & Technology. 2022. Vol. 44 (6). P. 1419-1426. DOI: 10.14456/sjst-psu.2022.184 [Electronic resource] https://sjst.psu.ac.th/article.php?art=2954 (accessed 20.06.25).Jahangiri M., Karimi Shahmarvandi F., Alayi R. Renewable energy-based systems on a residential scale in southern coastal areas of Iran: trigeneration of heat, power, and hydrogen // Journal of Renewable Energy and Environment. 2021. Vol. 8 (4). Pр. 67-76. DOI: 10.30501/jree.2021.261980.1170. URL: https://www.jree.ir/article_135328.html (дата обращения: 20.06.2025).Jahangiri M., Karimi Shahmarvandi F., Alayi R. Renewable energy-based systems on a residential scale in southern coastal areas of Iran: trigeneration of heat, power, and hydrogen // Journal of Renewable Energy and Environment. 2021. Vol. 8 (4). P. 67-76. DOI: 10.30501/jree.2021.261980.1170 [Electronic resource] https://www.jree.ir/article_135328.html (accessed 20.06.25).Миронов В.В., Иванюшин Ю.А., Суглобов Д.А. и др. Получение холода с использованием гидравлической энергии // Региональная архитектура и строительство. 2024. № 1 (58). С. 157-165. DOI: 10.54734/20722958_2024_1_157.Mironov V.V. Getting cold using hydraulic energy / V.V. Mironov Yu.A. Ivanyushin, D.A. Suglobov [and others] // Regional architecture and engineering, 2024. No. 1 (58), P. 157-165. DOI: 10.54734/20722958_2024_1_157.Способ очистки воды от соли и загрязнений: Патент на изобретение № 2813520 С1 Российская Федерация, МПК С02F 1/44, F03B13/14. № 2023113267: заявл. 22.05.2023; Опубл. 12.02.2024 / В.В. Миронов, Ю.А. Иванюшин, Д.В. Миронов, Д.А. Суглобов; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «ЭЛЕКТРОРАМ». 20. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1984. 416 с.Patent for invention No. 2813520 C1 Russian Federation, IPC C02F 1/44, F03B13/14. Method for purifying water from salt and contaminants: No. 2023113267: appl. 22/05/2023: published 12/02/2024 / V.V. Mironov Yu.A. Ivanyushin, D.V. Mironov, D.A. Suglobov; applicant Limited Liability Company “ELEKTRORAM”. 20. Cherkasskij V.M. Pumps, fans, compressors / V.M. Cherkasskij. – M.: Energoatomizdat. – 2-e ed., revised and add., 1984. – 416 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.