Технология аккумулирования энергии морских волн в виде жидкого воздуха, льда и горячей воды

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.

1. Найденко 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.

2. 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).

3. 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).

4. 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.

5. 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).

6. Преображенский Ю.П., Коновалов В.М. О методах создания рекомендательных систем // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2019. № 4 (31). С. 75-79. EDN: OHEKTK

7. 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. Ph. 3065-3090. DOI: 10.1049/rpg2.12302. URL: https://digital-library.theiet.org/doi/10.1049/rpg2.12302 (дата обращения: 20.06.2025).

8. 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).

9. 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).

10. Технологии хранения энергии: в ожидании прорыва. URL: https://peretok.ru/opinion/17406/ (дата обращения: 20.06.2025).

11. 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).

12. 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).

13. 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).

14. 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).

15. 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).

16. 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).

17. 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).

18. 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.

19. 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.