Опорный Тюменский индустриальный университет

Разработка гибридных энергетических комплексов на возобновляемых источниках энергии для питания автономных объектов с потреблением энергии от 1,0 до 3,0 кВт/час в сутки и интеллектуальным адаптивным управлением нагрузкой

Проект нацелен на разработку гибридных энергетических комплексов для электроснабжения объектов с потреблением энергии от 1,0 до 3,0 кВт/час в сутки. Комплекс будет вырабатывать электрическую энергию используя различные возобновляемые источники, включая энергию солнца, ветра, механическую энергию и др. В качестве аккумулирующих мощностей будет рассмотрено применение, в том числе отработавших аккумуляторных батарей от электромобилей. Управление нагрузкой будет осуществляться адаптивно, исходя из потребности потребителей.

Актуальность проведения НИОКР и реализации проекта в целом.

Большие вызовы: исчерпание возможностей экономического роста России, основанного на экстенсивной эксплуатации сырьевых ресурсов, на фоне формирования цифровой экономики и появления ограниченной группы стран-лидеров, обладающих новыми производственными технологиями и ориентированных на использование возобновляемых ресурсов. Перспективной областью применения ВИЭ в России являются изолированные и удаленные энергорайоны, а также резервирование системы электроснабжения особо ответственных потребителей (повышенной категории надежности). В России на данный момент широкое применение альтернативных источников энергии найдено только в технических средствах организации дорожного движения, где обеспечивается питание светофоров Т7 с потребляемой мощностью до 0,15 кВт/час в сутки.

В связи с увеличивающимся темпом развития электротранспорта, будет назревать вопрос с необходимостью решения проблемы утилизации или вторичного использования аккумуляторных батарей электромобилей.

Цель НИОКР. Выявление зависимостей влияния внешних факторов на выработку электроэнергии из возобновляемых источников и их использование при разработке гибридных энергетических комплексов.

Задачи:

• Выявить зависимость влияния ориентации солнечной панели на солнце, вероятности, количества и тип осадков, уровень затенённости на количество вырабатываемой электроэнергии в условиях Западной Сибири.
• Выявить зависимость влияния высоты установки ветрогенератора, его типа, интенсивности воздушных потоков на количество вырабатываемой электроэнергии.
• Разработать конструкции элементов системы обеспечивающих получение электроэнергии при использовании термоэлектрических, механических и пьезопреобразователей.
• Разработать лабораторные образцы гибридных энергетических комплексов.
• Провести ресурсные испытания комплексов и исследование их работы в различных условиях.
• Разработать опытно-конструкторские образцы гибридных энергетических комплексов.

Преимущества продукта:

• Автономность при выработке электроэнергии ВИЭ для питания локальных потребителей от 1,0 до 3,0 кВт/час в сутки.
• Интеллектуальное адаптивное управление потребителями.
• Применение использованных аккумуляторных батарей электромобилей.

Научный результат. Выявлены зависимости влияния внешних факторов (уровень затененности, осадки, место расположения, температурный перепад, вес) на уровень выработки электроэнергии ВИЭ.

Научно-технический результат. Выявленные зависимости учтены при разработке конструкций гибридных энергетических комплексов для обеспечения возможности их использования в природно-климатических условиях Западной Сибири.

Описание имеющегося задела для НИОКР

Публикации:

1. Evaluation of the operation efficiency of solar panels in winter / Burakova, A.D., Burakova, L.N., Anisimov, I.A., Burakova, O.D. 2017 // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science.
2. Assessment of a Solar Cell Panel Spatial Arrangement Influence on Electricity Generation / Anisimov, I.A., Burakova, L.N., Burakova, A.D., Burakova, O.D. 2017 // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science
3. Reduction of Harmful Emissions during Start and Warming Up of the Engine / Volkov N.A., Chainikov D.A. 2018 // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 115 (2018) 012022
4. Электромеханический генератор энергии, расположенный в искусственной неровностиАнисимов И.А., Бранд А.Э. 2014 г. / Энергетика и энергосбережение: теория и практикаСборник материалов I всероссийской научно-практической конференции. 2014 // Издательство: Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева(Кемерово)
5. Электромеханический генератор энергии, расположенный в искусственной неровности / Анисимов И.А., Бранд А.Э. 2014 г. // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использованияИздательство: Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова (Воронеж)
6. Применение технологии «интернет вещей» в энергосистеме для построения «умных сетей» / Костин В.Е., Орлов В.С., Паутов Д.Н.. 2014 г. // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексеМатериалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых учёных и специалистов. Ответственный редактор А.Н. Халин. 2018Издательство: Тюменский индустриальный университет (Тюмень)
7. Технология безтопливного подогрева ДВС для усовершенствования процесса пуска двигателя в условиях низких температур / Волков Н.А., Чайников Д.А.В сборнике: Новые технологии — нефтегазовому региону  // Материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 2017. С. 165-168.

Субсидии, гранты, конкурсы, кейсы:

1. Субсидия на оказание государственной поддержки действующим инновационным компаниям – субсидия юридическим лицам – субъектам малого и среднего предпринимательства Тюменской области в целях
   возмещения затрат в связи с производством (реализацией) товаров, выполнением работ, оказанием услуг. – сумма к возмещению 3144 тыс. руб. 2013 г.
2. Победитель конкурса «УМНИК» 2017 г. Волков Н.А. Разработка системы эффективного использования тепла отработавших газов, с целью увеличения автономности работы предпускового подогревателя автомобиля. https://umnik.fasie.ru/novosti/tyumen/7562.html
3. Руководство победителем конкурса «УМНИК» 2013 г. Бранд А.Э. Разработка электромеханического генератора энергии расположенного в искусственной неровности. http://www.tyumen-technopark.ru/novosti/24-federalnyih-granta-dlya-tyumenskih-umnikov507/
4. Разработка автономной системы электроснабжения секущих задвижек на трубопроводах в точках пересечения с водотоками. Ноябрь 2016 г. Заказчик — ООО «НИПИ «Нефтегазпроект». Произведен подбор оборудования.
5. Государственная поддержка в форме субсидии в сфере научной, научно-технической и инновационной деятельности, протокол заседания Комиссии от 09.12.2016 №  35 КИ/2016. Тема – Дорожный генератор. Сумма – 480 тыс. руб.

Опытные образцы и реализованные проекты в рамках малого инновационного предприятия ООО НПП «НефтьТрансТех»:

• Система автономного энергоснабжения узла учета воды ООО «Тюменьводоканал».
• Система сигнального освещения пешеходного перехода на солнечной батарее и комбинированной системе питания – 113 объектов в 16 регионах России, в том числе (ЯНАО, Республика Саха (Якутия), Амурская область, Республика Бурятия, Иркутская область).
• Для стратегического проекта SmartCity разработана концепция, функционал системы и произведен подбор оборудования для внедрения тестового образца системы интеллектуального управления освещением.
• 3-D модель ветрогенератора.
• Опытно-промышленный образец системы выработки электроэнергии от термоэлектрических преобразователей на автомобиле.

Описание предполагаемой научной и научно-технической продукции, предназначенной для реализации

• Система освещения автомагистралей на ВИЭ с интеллектуальным адаптивным управлением нагрузкой.
• Система освещения остановочных комплексов на ВИЭ с интеллектуальным адаптивным управлением нагрузкой.
• Устройство медленной зарядки электромобилей с применением ВИЭ и их использованными аккумуляторными батареями.
• Пьезомеханический генератор в дорожной неровности.
• Система питания на ВИЭ для аварийного включения заглушки на трубопроводе.
• Комбинированная ветросолнечная электростанция.

Практическая значимость НИОКР и проекта в целом (описание эффекта от внедрения технологической инновации, эффекта импортозамещения на государственном и региональном уровнях)

Эффект от внедрения технологической инновации

• Обеспечение локальных потребителей электрической энергии надёжным электроснабжением от ВИЭ, что приведет к снижению нагрузки на бюджеты всех уровней в связи с необходимостью прокладки сетей для традиционного энергоснабжения.
• Повышение безопасности дорожного движения и производственных процессов за счет надёжного электроснабжения систем освещения и накопления электроэнергии на ВИЭ.
• Развитие сети зарядных станций для электромобилей с применением использованных аккумуляторных батарей электромобилей.
• Выход на экспортные рынки.

Описание возможностей реализации инновационного проекта на территории Тюменской области (включая описание возможности открытия производства и создания рабочих мест, оказания услуг и производства новой продукции)

До 100 комплектов оборудования в год – крупноузловая сборка собственными силами и на аутсорсинге (на основе существующей бизнес-модели). При выходе на производственную мощность более 100 комплектов оборудования в год потребуется создание собственного сборочного производства с открытием дополнительно до 10 рабочих мест в рамках МИП.

Научный коллектив проекта

• Анисимов Илья Александрович (руководитель), к.т.н., Доцент кафедры ЭАТ. Руководитель проектной группы, опыт разработки и внедрения в реальный сектор экономики инновационной продукции, маркетинг, поиск инвесторов.
• Костин Вадим Евгеньевич, Руководитель центра робототехники студенческой инновационной платформы, Автоматизация технологических процессов, разработка систем управления, разработка и программирование электронных устройств, опыт в сфере энерго-, ресурсосбережения и повышения энергетической эффективности
• Орлов Владимир Сергеевич, Старший преподаватель кафедры Электроэнергетики, Разработка систем электроснабжения жилых зданий и промышленных объектов, опыт в сфере энерго-, ресурсосбережения и повышения энергетической эффективности
• Сенькин Владимир Евгеньевич, Генеральный директор ООО «БНТР-Главная идея», Разработка и внедрение в производство систем на альтернативной энергетики, инженер КИПа
• Волков Никита Андреевич, Заместитель генерального директора по транспорту ООО «Автотранспортное предприятие-1», аспирант ТИУ, Разработка системы выработки электроэнергии на основе термоэлектрических преобразователей