SATURISKĀ ATSKAITE

Pielikums Nr. 9 Līgums par valsts pētījumu programmas “Enerģētika”

atklāta projektu pieteikumu konkursa “Atjaunojamie un vietējie energoresursi”

projekta īstenošanu (datums, reģistrācijas Nr. )

SATURISKĀ ATSKAITE

Saņemšanas datums            

Projekta nosaukums “Inovatīvi risinājumi un rekomendācijas Latvijas vietējo un atjaunojamo energoresursu apguves palielināšanai (RTUAER)”
Atskaite par 4. posmu	no	2020. gada 1. jūlija	līdz	2020. gada 30. decembrim
Projekta vadītājs (Xxxxxxx Xxxxxxxx)

1. Informācija par projektā (projekta posmā) sasniegtajiem saturiskajiem rezultātiem atbilstoši projekta pieteikuma I daļai “Horizontālie uzdevumi, rezultāti un nozares specifisko kritēriju izpilde”.

Projekta ietvaros sasniegtie kvalitatīvie un kvantitatīvie rezultāti (līdz 7500 zīmēm)

WP1 (Saules-vēja mikrotīkla izstrāde un novērošana Latvijas klimatiskajos apstākļos)

Iegūti ilgtermiņa eksperimentāli dati par mājsaimniecībai atbilstoša mēroga saules fotoelektrisko paneļu elektroenerģijas izstrādes apjomu un tā izmaiņu gada griezumā. Datu kopa ar mazu laika soli ir piemērotas dinamiska mājsaimniecību patēriņa un AER iegūtās enerģijas savstarpējai analīzei, apsverot dažādas uzkrāšanas tehnoloģiju konfigurācijas.

Izpētīta metodika un rasts analītisks pielietojums mājsaimniecības patēriņa ikstundas sadalījuma ieguvei, kas ļauj veikt aplēsi modelēšanai par tipisku enerģijas patēriņu un tam atbilstošo balansēšanas apjomu.

Saskaņā ar izstrādāto viedā tīkla specifikāciju tika veikta nanotīkla pamat elementu un vadības paneļa montāža. Tika veikta pamatelementu iestatīšana un sākotnējā testēšana. Turpmāk ir plānots realizēt eksperimentu veikšanu (akumulatora uzlādes/izlādes cikla optimizācija balstoties uz laika un slodzes prognozes), kā arī veikt pētniecību implementējot reālā objekta digitālo dvīni, kur fotoelektrisko paneļu virtenes simulācijai tiks izmantots programmējamais barošanas bloks.

Izstrādāts jauns metožu kopums elektroenerģijas uzkrājēju darbībai un parametru izvēlei sistēmām, kuru mērķis ir samazināt patērētāja izmaksas, izmantojot elektroenerģijas biržas cenu izmaiņas laikā. Metožu kopums tika pārbaudīts ar mājsaimniecības ikstundas patēriņa datiem gada garumā, taču rezultāti norāda uz to, ka šādas sistēmas ieviešana dotajā mājsaimniecībā nav ekonomiski izdevīga. Šobrīd tiek veikti labojumi metožu kopuma saturā un tiek izstrādāta zinātniskā publikācija, kas izskaidro tās darbību un pielietojumu.

WP2 (Jaunāko energoelektronikas tehnoloģiju izpēte atjaunojamās elektroenerģijas avotiem un uzkrājējiem) Jaunāko pusvadītāju tehnoloģiju izpēte un izmantošana.

Lai izstrādātu energoelektronikas pārveidotāju ar jaunākās paaudzes pusvadītāju komponentēm, vispirms tika izveidota identiska pārveidotāja prototips, balstoties uz

līdz šim zināmajām tehnoloģijām (Si MOSFET).

Tika izveidots divpus barota tilta pārveidotāja prototips uz Si tranzistoru bāzes kā arī izveidota vadības sistēma, kas spēj vadīt divus tranzistora tiltus. Vadības daļai tika izveidots programmas kods, ar kuru ir iespējams, nepārprogrammējot mikrokontrolleru, mainīt vadības signālu parametrus.

Lai veiksmīgāk analizētu procesus pārveidotājā, kā arī lai pārbaudītu vadības sistēmas signālus, tika izstrādāts pārveidotāja datormodelis (PSIM vidē), lai salīdzinātu to ar reālo prototipu.

Izveidotajam divpus barota tilta prototipam (250W) tika panākts darba režīms ar nulles sprieguma pārslēgšanos (no angļu val. Zero voltage switching), kas ļauj panākt augstāks pārveidotāja lietderības koeficients (85%).

Šobrīd uzsākti pirmie pētījumi ar vienu GaN tranzistoru, lai izpētītu tā darbību, kas palīdzēs precīzāk izstrādāt pārveidotāju jau ar 8 GaN tipa pusvadītāju slēdžiem.

Cita aktivitāte ir veltīta elektriskās ķēdes parazītisko elementu nepārtrauktas novērtēšanas ieviešanai paaugstinošajā līdzstrāvas energoelektronikas pārveidotājā. Noteikšanas metode ir veikts analītisks apraksts, novērtēta ar simulāciju un eksperimentāli. Nepieciešamo sprieguma un strāvas sensoru samazināšana tiek veikta, izmantojot iegūto datu demultipleksēšanu kopā ar atbilstošām matemātiskām manipulācijām. Iegūtie rezultāti ir pieņemami energoelektronikas pārveidotāja elementu stāvokļa uzraudzībai (condition-monitoring, health-state-monitoring).

WP3 (Termoķīmiska atjaunojamo ogļūdeņražu degvielu ieguve)

Publicēti darbi par Ceolītu katalizatoru izmantošanu celulozes pirolīzē un Fišera –Tropša uznesto katalizatoru izgatavošanas principiem, metodiku un fizikālo raksturojumu noteikšanu. Šo pētījumu saturs pietiekamā apjomā atspoguļots iepriekšējā atskaitē un ir pilnā apjomā atrodams publikācijās. Tādēļ šeit atkārtoti prezentēts netiks.

Būtiski jaunie rezultāti saistās ar Fišera – Tropša sintēzes pētījumiem. Realizēta 3 jaunu Fišera – Tropša dzelzs uznesto katalizatoru sintēze, veikta to fizikālo

raksturojumu noteikšana un katalītiskās aktivitātes pētījumi sintēzes gāzes konversijai degvielās no 240 oC līdz 300 oC. Iegūtie produkti sastāv no gāzveida fāzes, šķidrās fāzes un nosacīti cietās fāzes (vaski). Gāzveida fāzes degvielu sastāvā ir metāns (sintētiskā dabas gāze) un ogļūdeņraži līdz C5, kas daļēji izmantojami benzīna kompozīciju veidošanai. Šķidrā fāze sastāv no ogļūdeņražu slāņa un ūdens slāņa, kurā izšķīduši zemākie spirti un acetons. Cietā fāze sastāv no

ogļūdeņražiem ar vidējo oglekļa atomu skaitu molekulā ap 20. Degvielu sintēzes izejvielu nozīmīgākā daļa atrodas ogļūdeņražu šķidrajā fāzē un vasku daļā, kuras reprezentē sintētiskās naftas divas daļas ar izcilu tīrības pakāpi, jo nesatur ne sēra, ne slāpekļa savienojumus. Šo katalizatoru gadījumā degvielu ražošanai īpaši nozīmīga ir šķidrā ogļūdeņražu fāze, kuras sadalījums dzels katalizatora klātbūtnē dots attēlā WP3.1.

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

<5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25+

Carbon number

240 °C 260 °C 280 °C 300 °C

Selectivity, %

Attēls WP3.1. Šķidrās ogļūdeņražu fāzes sastāvs.

Kā redzams, iegūtās sintētiskās naftas sastāvs mainās atkarībā no reakcijas temperatūras, bet kopumā ir izmantojams gan sintētiskā benzīna (C4-C11), gan sintētiskās aviācijas degvielas (C15-C20), gan sintētiskās dīzeļdegvielas (C15-C20) ražošanai, lietojot vienīgi destilācijas metodes. Vasku pārstrādei nepieciešams krekinga process, kura realizācijai mūsu valstī radītu problēmas, kaut gan vasku sintēze pasaules līmenī tiek uzskatīta par perspektīvāko virzienu.

Lai izmainītu iegūtā dzelzs katalizatora aktivitāti, veikta divu katalizatoru sintēze, kuru sastāvā kā promotors tika ievadīts K. Arī šiem katalizatoriem veikta lielākā daļa no to raksturojumu pētījumiem. Redzams, ka K ievadīšana būtiski neizmaina CO konversiju, bet izmaina produktu sastāvu, palielinot 1-alkēnu saturu, kas ir nozīmīgi nevis degvielu, bet polimēru ražošanai. Veikto pētījumu apjoms ir liels un tiek gatavota publikācija par temperatūras un K promotora ietekmi uz Fišera – Tropša reakcijas norisi un iegūto produktu sastāvu.

WP4 (Tehnoloģijas lignocelulozi saturošas biomasas pārveidošanai vērtīgos produktos)

Posma ietvaros turpināts darbs pie tehnoloģiju atlases, kas piemērotas vietēju resursu (bioloģiskie atkritumi, lignocelulozi saturoša biomasa) pārstrādei. Sagatavots manuskripts un iesniegts publicēšanai par Latvijā sastopamo zālāju resursu potenciālu fermentējamo cukuru ražošanā (Pielikums 1).

Uzsākts darbs pie biomasas starpproduktu (kas iegūti ar testētajām tehnoloģijām 1.-3. posmā) tālākai pārveidošanai šķidrajā biodegvielā – biobutanolā. Veikta testēšanas metožu (fermentējamie ogļhidrāti, kopējie ogļhidrāti, butanola koncentrācija) validācija (par vienu no aktivitātēm sagatavota un iesniegta zinātniskā

publikācija, Pielikums 2) un uzsākti fermentācijas eksperimenti izmantojot acetonu-butanolu-etanolu (ABE) ražojošas Clostridium spp. ģints baktērijas. Pētījumu

rezultātā plānots atlasīt substrātam vispiemērotāko mikroorganismu sugu un fermentācijas apstākļus. Pirmie rezultāti iegūti izmantojot Clostridium beijerinckii un 10% siena hidrolizātu. Nākamajā posmā plānts turpināt izpēti.

1. attēls. ABE fermentācijas process ar mikroorganismu skaita pieauguma kontroli. Vienlaikus tika kontrolēti arī fizikālie parametri (temperatūra, pH, skābekļa koncentrācija), fermentējamo cukuru koncentrācija, butanola veidošanās daudzums.

2. Projekta uzdevumu izpilde

Nr. p.k.	Rezultāts (atbilstoši Ministru kabineta 2018. gada 4. septembra noteikumu Nr. 560 “Valsts pētījumu programmu projektu īstenošanas kārtība” 12. punktam un konkursa nolikuma 11. punktam	Atbilstība projekta uzdevumam (konkursa nolikuma 9. punkts)	Skaits (atskaites posmā)	Skaits (kopā)
1.	[12.1.2. oriģināli zinātniskie raksti, kas publicēti Web of Science vai SCOPUS (A vai B) datubāzēs iekļautajos žurnālos vai konferenču rakstu krājumos;]	Publicēti un publicēšanai iesniegtie darbi: A. Suzdalenko and X. Xxxxx, "Study of Disturbing Factors in Current Sensorless Control Applied to NPC MLC," 2020 IEEE 14th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG), Setubal, Portugal, 2020, pp. 156-160.	5	16

		X. Xxxxxxx, X. Xxxxx, X. Xxxxx, X. Xxxxx, X. Xxxxxxxxx and V. Xxxxxxxxxx, "Reduction of Conducted Emissions Generated by WPT Systems with Multilevel Inverters using Spread Spectrum Approach," IECON 2020 The 46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Singapore, Singapore, 2020, pp. 3924-3929. X.Xxxxxxxx and X. Xxxxxx, "Automation of Battery Impedance Measurement Using Matlab," 2020 IEEE 61st International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON), Riga, Latvia, 2020, pp. 1-5. X. Xxxxxxxxx, X. Xxxxxxx. Catalytic Intermediate Pyrolysis of Cellulose for Hydrocarbon Production in the Presence of Zeolites by Using TGA- FTIR Method. MSAC2019, Trans Tech Publication Key Engineering Materials, 850 (2020), 127-132. ISSN web 1662-9795 (SCOPUS). X. Xxxxxx, X. Xxxxxxx, Oana X. Xxxxx, Xxxxxx Xxxxxxxxx. Preparation and Characterization of Fe2O3/SBA-15 for Fischer-Tropsch Process. MSAC2019, Trans Tech Publication Key Engineering Materials, 850 (2020), 144-152 (SCOPUS). ISSN web 1662-9795 (SCOPUS). Sagatavošanas procesā ir sekojoši zinātniskie raksti: • Parasitic monitoring of DC/DC boost converter • New Day-Ahead BESS Scheduling and Sizing Method for Electrical Energy Arbitrage
2.	12.7. sekmīgi nokārtots maģistra valsts (gala) pārbaudījums un noteiktā kārtībā aizstāvēts promocijas darbs, ievērojot programmas mērķi un uzdevumus;	Maģistra darbi: • Veiksmīgi aizstāvēts X.Xxxxxxxxxxx maģistra darbs tēmā “Spēka elektronikas pārveidotāju parazītisko shēmas elementu automātisko atpazīšanas metožu izpēte” (aizstāvējās 2020. gada augustā). • Veiksmīgi aizstāvēts X.X.Xxxxxx maģistra darbs tēmā “Energoelektronikas pārveidotāju testēšanas automatizācija ar LabVIEW” (aizstāvējās 2020. gada augustā).	2	11

3. Projekta horizontālo uzdevumu izpilde

Nr. p.k.	Horizontālais uzdevums (atbilstoši Ministru kabineta 2018. gada 26. septembra rīkojumu Nr. 462 “Par valsts pētījumu programmu “Enerģētika”” 7.punktam)	Apraksta viena vai vairāku horizontālo uzdevumu izpildi, ja dotajā projekta posmā tie ir veikti (līdz 500 simboliem katram atsevišķajam uzdevumam)
1.	Starpdisciplināru zinātnieku grupu attīstība enerģētikas problēmu risināšanai nacionālā un starptautiskā līmenī	• Iesaistīšanās 2 starptautiskos konsorcijos saistībā ar ilgtspējīgiem enerģētikas risinājumiem un tehnoloģiju izstrādi degvielu ražošanai no biomasas. Aktivitāšu rezultātā iesniegti 2 projektu pieteikumi (sk.2.3. sadaļu), piesaistīta ārzemju zinātnieku (Boras universitāte, Zviedrija; Sintef AS, Norvēģija; IIT Deli, Indija) dalība RTU organizētā seminārā „Bioenerģijas tehnoloģijas un biotehnoloģijas”, lai dalītos ar pieredzi un pētījumu rezultātiem. • Izveidots konsorcijs starp Latviju, Igauniju un Norvēģiju, kura ietvaros sagatavots projekta pieteikums jaunam Eiropas Ekonomiskās zonas (EEZ) un Norvēģijas finanšu instrumentu projektam “Energy efficient park-and-ride station with integrated renewable energy sources and energy storage system based on reused electrical vehicle batteries”.
2.	Zinātniskās darbības attīstīšana vismaz vienā no šādiem virzieniem: 2.1. sadarbība ar enerģētikas nozares sociālajiem partneriem (uzņēmumiem, sabiedrības mērķa grupām, nozaru profesionālajām organizācijām, valsts un pašvaldību iestādēm u.c.); 2.2. iesaistīšanās izglītības procesā, attīstot ar programmas mērķiem un uzdevumiem saistītus maģistratūras un doktorantūras studiju kursus un programmas;	2.1. • Norit sadarbība ar Latvijas Elektroenerģētiķu un Energobūvnieku asociāciju – ar asociācijas izpilddirektoru X.Xxxxxxxx ir apspriesti projekta rezultāti saistībā ar AER mikrotīkliem, to novērošanu Latvijas klimatiskajos apstākļos, kā arī iespējamie nākotnes pētījumu virzieni saistībā ar elektromobilitāti un uzlādes infrastruktūru. • Dalība Latvijas Elektroenerģētiķu un Energobūvnieku asociācijas (LEEA) Specializētais Sertifikācijas centrs (SpecSC) kompetences paaugstināšanas tiešsaistes seminārā ar lekcijas nosaukumu “Saules enerģijas mikroģenerācijas sistēmas ierīkošanas un iestatīšana”. Tiešsaistes semināra dalībnieku skaits bija 20-25. Prezentācijas ietvaros, klausītāji tika informēti par fotoelektrisko paneļu darbības principiem, moduļu izstrādes tehnoloģijām, sistēmas pamatelementiem, kā arī tika skaidrots par Saules mikroģenerācijas sistēmas pieslēgšanas procedūru un fotoelektriskās sistēmas ekspluatācijas īpatnībām, kurus jāņem vērā sistēmas veiktspējas prognozēšanai. • Apstiprināts 1.1.1.1. pasākuma „Praktiskās ievirzes pētījumi” 4. atlases kārtas ietvaros iesniegts projekta pieteikums „Tehnoloģiju izstrāde notekūdens dūņu pārstrādei sekundārās izejvielās”, kur sadarbībā ar uzņēmumu paredzēts izstrādāt tehnoloģijas atkrituma/resursa atkārtotai izmantošanai. Viena no šīm tehnoloģijām paredz celulozes un attiecīgi fermentējamo cukuru izdalīšanai no dūņām, kas tālāk izmantojami šķidro biodegvielu ražošanai un sakrīt ar Valsts Pētījumu Programmas „Enerģētika” mērķi saistībā ar ilgtspējīgu enerģētikas sistēmu izstrādi.

2.3. iesaistīšanās starptautiskos pētniecības un attīstības projektos; 2.4. zināšanu un tehnoloģiju pārnese. • 13.11.2020. dalība RIS3 klimatneitralitātes pētniecības un tehnoloģijas pārneses izcilības centru seminārā/sanāksmē (organizē Izglītības un zinātnes ministrija) par iespējām aktualizēt ar tehnoloģiju izstrādi saistītus jautājumus, x.xx., veicinot izpēti un aktivitātes saistībā ar šķidro biodegvielu ražošanu no biomasas un atkritumiem. 2.2. Turpinās projekta rezultātu izmantošana vairāku jaunu studiju kursu izstrādē dažāda līmeņa studiju programmās “Adaptronika”, “Viedā enerģētika” un “Lietišķā ķīmija”, kā arī LU un RTU kopējā bakalaura līmeņa studiju programmā “Biotehnoloģija un Bioinženierija”. Dažas no studiju programmām tiek veidotas ESF projekta "Rīgas Tehniskās universitātes akadēmiskā personāla stiprināšana stratēģiskās specializācijas jomās" (vienošanās Nr. 0.0.0.0/00/X/000) un “Rīgas Tehniskās universitātes studiju programmu fragmentācijas samazināšana un resursu koplietošanas stiprināšana” (vienošanās Nr. 8.2.1.SAM) ietvaros. Iegūtās zināšanas un pieredze projekta realizācijā tiek iekļautas tādos studiju priekšmetos kā • Elektroenerģijas elektronisko pārveidotāju teorija (EEP584) • Industriālie frekvences pārveidotāji un invertori (EEP583) • Elektroniskās iekārtas (EEP475) • Adaptīvo sistēmu elementi (EEI714) • Adaptīvo sistēmu elementi(1) (EEI714) • Automatizētā elektriskā piedziņa (EEP433) • Atkritumu apsaimniekošana (BŪK324) • Degvielas un ziežvielas (ĶVĶ302) • Ievads rūpnieciskās un vides biotehnoloģijās (BŪK710) 2.3. • Turpināts darbs pie Latvijas Ukrainas sadarbības projekta “New power electronics facilities for wireless power transfer” (Jaunas energoelektronikas iespējas bezvadu elektroenerģijas pārvadei) • Uzsākts darbs 2020. gada novembrī apstiprinātā Eiropas Ekonomiskās zonas (EEZ) un Norvēģijas finanšu instrumentu projektā “Industrial Internet Methods for Electrical Energy Conversion Systems Monitoring and Diagnostics” (Latvija, Lietuva, Igaunija, Norvēģija) • Sadarbībā ar SINTEF AS (Norvēģija) un Igaunijas Dabaszinātņu universitāti (Igaunija) 19.10.2020. Baltijas pētniecības programmas 3. konkursa ietvaros iesniegts projekta pieteikums „Jauni biorafinēšanas risinājumi lignocelulozi saturošu atkritumu valorizācijai”, kas paredz jaunu tehnoloģiju izstrādi biomasas pārstrādei, lai uzlabotu procesa efektivitāti un palielinātu tehnoloģiju ilgtspēju. • 13.11.2020. Iesniegts COST projekta pieteikums „Cross-Border transfer and development of sustainable resource recovery strategies towards zero waste”, kas apvieno enerģētikas, vides un tehnoloģiju jomās strādājošus zinātniekus no 20 valstīm, x.xx., Francijas, Norvēģijas, Zviedrijas, Krievijas, Turcijas un Šveices. •

		2.4. Pētījumu rezultāti prezentēti • Mutiskais ziņojums (Xxxxx Xxxxxx „Degvielu ražošanas iespējas no lignocelulozes biomasas un citiem atkritumiem”, latviešu valodā), seminārs par industriālo notekūdeņu apsaimniekošanu (Rīga, 30.09.2020. Pielikums 3) • Iesaistīšanās skolēnu zinātniski pētniecisko darbu izstrādē, nodrošinot materiāltehnisko bāzi un pētījumu metodes biotehnoloģiju/enerģētikas jomā (Xxxxxx X., Xxxxxx A.P. „Dabai draudzīgas skuju krūzītes”, RTU IZV)
3.	Pētniecības un tās rezultātu komunikācijas un pamanāmības sabiedrībā nodrošināšana;	3.1. Projekta rezultāti ir prezentēti: • Ekonomikas ministram X.Xxxxxxxxxxx viņa vizītes laikā RTU Elektrotehnikas un vides inženierzinātņu fakultātē 16.10.2020. Vizītes laikā prezentēts projekta ietvaros izstrādātais demonstrācijas stends AER potenciāla novērošanai Latvijas klimatiskajos apstākļos; • Kopīgi ar LZP organizētajā VPP vidusposma sesijā (ieraksts pieejams šeit), kas noritēja ikgadējās zinātniskās konferences RTUCON 2020 ietvaros; • LIAA organizētajā tiešsaistes pasākumā “Latvia research ecosystems introduction for cooperation opportunities with VTT, Finland”, 08.12.2020. kura ietvaros interesi par projekta izstrādnēm no Somijas institūta VTT xxxxx Xxxxxxxxxx Anu, Research Manager at MIKES VTT • Piedalīšanās Biznesa tehnoloģiju izstāde un konferences Riga COMM 2020 14.-15. oktobrī, RTU Industriālās elektronikas un elektrotehnikas institūta stendā. • Dalība, rezultātu prezentēšana (diskusijas, viedokļu virzība) RTU 61. starptautiskās zinātniskās konferences apakšsekcijas „Bioenerģijas tehnoloģijas un biotehnoloģijas” (20. oktobris, 2020 Rīga, Latvija) ietvaros. Stiprināta sadarbība gan ar zinātnisko sabiedrību, gan uzņēmējiem, gan studentiem.
4.	Programmas īstenošanas nodrošināšanai programmas projektu īstenotāji savstarpēji sadarbojas kopīgu aktivitāšu ietvaros (piemēram, oriģināli zinātniskie raksti, sabiedrības informēšanas pasākumi, konferences un semināri).	• Kopīgi ar LZP organizētajā VPP vidusposma sesijā, kas noritēja ikgadējās zinātniskās konferences RTUCON 2020 ietvaros;

Zinātņu prorektors X. Xxxxx