Главная >  Потенциал энергии 

 

Перспективы развития гелиоэнерге. Такие устройства используются в разных технологических процессах. Появились транспортные средства с солнечным приводом : моторные лодки и яхты, солнцелёты и дирижабли с солнечными панелями. Солнцемобили, вчера сравниваемые с забавным автоатракционом, сегодня пересекают страны и континенты со скоростью, которая практически не уступает обычному автомобилю.

 

Гелиоэнергетические программы принятые более чем в 70 странах - от северной Скандинавии к выжженным пустыням Африки. Устройства, которые используют энергию солнца, разработаны для отопления, освещения и вентиляции домов, небоскребов, опреснение воды, производства электроэнергии.

 

Технически концентрацию можно осуществлять с помощью различных оптических элементов - зеркал, линз, светловодов и др., однако при высоких уровнях мощности излучения, которое концентрируется, практически целесообразно использовать лишь зеркальные отражатели. Основным энергетическим показателем концентратора солнечного излучения является коэффициент концентрации, который определяется как отношение средней плотности сконцентрированного излучения к плотности лучевого потока, который падает на отражающую поверхность при условии точной ориентации на Солнце. Способность реальных систем, которая концентрирует, значительно ниже, но также определяется перво-наперво геометрией концентратора и угловым радиусом солнечного диска. Существенным образом на нее влияет и отражающая способность зеркальной поверхности, в особенности в случае многоразового отражения.

 

Концентраторы солнечного излучения. С детства многие помнят, что с помощью обычной линзы от солнечного света можно зажечь бумагу. В промышленных установках линзы не используются: они тяжёлые, дорогие и непростые в изготовлении. Сфокусировать солнечные лучи можно и с помощью вогнутого зеркала. Оно является основной частью гелиоконцентратора, прибора, в котором параллельные солнечные лучи собираются с помощью вогнутого зеркала. Если в фокус зеркала поместить трубу с водой, то она нагреется. Таков принцип действия солнечных преобразователей прямого действия. Наиболее эффективно их можно использовать в южных широтах, но и в средней полосе они находят применение. Зеркала в установках используются или традиционные - стеклянные, или из полированного алюминия.

 

Параболоидная конфигурация имеет явный перевес перед другими формами по величине концентрующей способности. Поэтому именно она настолько широко распространена в гелиотехнических системах. Оптимальный угол раскрытия реальных параболоидных концентраторов, в отличие от угла идеального парабалоидного концентратора (45o), близок к 60o.

 

Высокопотенциальные системы концентрации должны иметь конфигурацию, близкую к форме поверхностей вращения второго порядка - параболоида, эллипсоида, гиперболоида или полусферы. Только в этом случае может быть достигнута плотность излучения, которое в сотни и тысячи раз превышает постоянную солнца. Наиболее эффективные концентраторы солнечного излучения имеют форму: цилиндрического параболоида; параболоида вращения; плоско-линейной линзы Френеля.

 

Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не случаен вывод, что партнерами солнечной энергии должны выступать разные виды жидкого или газообразного топлива. Наиболее приемлемой кандидатурой является водород. Обратный процесс перевода энергии водорода в электроэнергию осуществляется особыми устройствами - топливными элементами.

 

Первые попытки использования солнечной энергии на широкой коммерческой основе относятся к 80-м годам XX века. Наибольших успехов в этой области добилась фирма Loose Industries (США). Ею в декабре 1989 года в Калифорнии введена в эксплуатацию солнечно-газовая электростанция мощностью 80 МВт, на которой используется система параболо-цилиндрических длинных отражателей в виде желоба. В его фокусе проходит труба с теплоносителем - дифенилом, который нагревается до 350оС. Желоб вращается для наблюдения за солнцем только вокруг одной оси (а не двух, как плоские гелиостаты). Это позволило упростить систему наблюдения за солнцем. Здесь же, в Калифорнии, в 1994 году введено еще 480 МВт электрической мощности, причем, стоимость 1 кВт·ч энергии составляет 7...8 центов. Это ниже, чем на большинстве традиционных станций (атомные станции США вырабатывают электроэнергию стоимостью 15 центов за 1кВт·ч). В ночные часы и зимой энергию дает, в основном, газ, а летом и в дневные часы - солнце.

 

Быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря снижению стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчета на 1 Вт установленной мощности с 1000 долларов в 1970 году до 3...5 долларов в 1997 году и повышению их КПД с 5 до 18%. Уменьшение стоимости солнечного Вт до 50 центов разрешит гелиоустановкам конкурировать с другими автономными источниками энергии, например, с дизель-электростанциями.

 

Отсюда вывод: наиболее экономичная возможность использования солнечной энергии, которая просматривается сегодня - направлять ее для получения вторичных видов энергии в солнечных районах земного шара. Полученное жидкое или газообразное топливо можно будет перекачивать по трубопроводам или перевозить танкерами в другие районы.

 

Тем временем, много бедствий в районах газоносных месторождений связано с выбросами сероводорода или продуктов его переработки в атмосферу. Сероводород часто до сих пор считается вредной примесью, в связи с чем можно вспомнить историю бензина в начале ХІХ столетия. Прежде всего, из нефти - земляного масла , как ее тогда называли, - стали выделять очищенные продукты - научились получать керосин и бензин. Керосин нашел применения сразу с появлением керосиновой лампы. Судьба бензина оказалась более сложной. На протяжении почти ста лет эта легковоспламеняющаяся жидкость была одним из опаснейших отходов нефти. Бензину с каждым годом становилось все большее и от него все труднее было спасаться. К началу ХХ столетие вес уничтоженного бензина исчислялся сотнями тысяч тонн в год. Появлялись конкурсы - кто найдет лучший способ уничтожения отходов. Только изобретение двигателя внутреннего сгорания открыл реальную область применения бензина.

 

Получение водорода происходит при электролизе воды, тем не менее большая часть электроэнергии теряется в виде тепла при протекании тока через электролит. В установках, которые работают по этому принципу, для получения 1 м3 водорода нужно 4...5 кВт·ч электроэнергии, что довольно дорого - производство эквивалентного по теплообразовательной способности количества бензина обходится втрое дешевле.

 

Солнечная энергия может непосредственно превращаться в механическую. Для этого используется двигатель Стирлинга. Если в фокусе параболического зеркала диаметром 1,5 м установить динамический преобразователь, который работает по циклу Стирлинга, то получаемой мощности (1 квт) достаточно, чтобы поднимать из глубины 20 метров 2 м3 воды в час. Наиболее эффективные концентраторы солнечного излучения (рис. имеют форму:
цилиндрического параболоида (а);
параболоида вращения (б);
плоско-линейной линзы Френеля (в).
а.
б.
в. Рис. Формы солнечных концентранторов

 

Сейчас в промышленности в лучшем случае сероводород окисляют кислородом воздуха по методу Клауса, разработанному еще в ХІХ столетии, и получают при этом серу, а водород связывается с кислородом. Недостаток этого, кстати, очень дорогого процесса очевиден: из сероводорода вытягивают только серу, а водород переходит в воду. Поэтому проводились эксперименты по диссоциации сероводорода в плазме, чтобы на одной стадии получать два продукта: водород и конденсированную серу. Для этого сероводородную плазму заставляют вращаться с околозвуковой скоростью. Частицы серы, которые образуются в плазмотроне, выносятся при этом из объема реакции за время, недостаточное для осуществления обратной реакции. Центробежный эффект позволяет добиться значительного отклонения плазмохимической системы от термодинамического равновесия и снизить энергозатраты на получение 1 м3 водорода до десятков Вт. Такой водород считается более дешевым в сравнении с электролизным приблизительно в 15 раз, и его уже можно широко использовать в энергетике и в промышленности.

 

Достоинством тепловых солнечных преобразователей является высокий КПД. У современных коллекторов он достигает 45-60%. Эффективность термальных гелиоприёмников повышается, если они оборудованы теми или иными зеркальными поверхностями, которые концентрируют излучение.

 

В реальных гелиосистемах плоско-линейная линза Френеля используется редко из-за её высокой стоимости.Самая многочисленная сегодня часть солнечных преобразователей работает при температурах порядка 100 - 200оС.

 

Тепловые концентраторы. Каждый, кто хотя раз бывал в теплицах, знает, как резко отличаются условия внутри от окружающих. Температура в ней выше (механизм парникового эффекта). Солнечные лучи почти беспрепятственно проходят сквозь прозрачное покрытие и нагревают грунт, растения, стены, конструкцию крыши. В обратном направлении тепло рассеивается мало из-за повышенной концентрации углекислого газа. По подобному принципу работают и тепловые концентраторы. Это - деревянные, металлические, пластиковые или короба с одной стороны закрытые одинарным или двойным стеклом. Внутрь короба для максимального поглощения солнечных лучей вставляют волнообразный металлический лист, выкрашенный в черный цвет. В коробе нагревается воздух или вода, которая периодически или постоянно выбираются оттуда с помощью вентилятора или насоса.

 

Очень перспективными для экодомов обещают стать плоские солнечные элементы с линейными концентраторами излучения - фоконы. Концентраторы-фоконы имеют сечение V-образной формы (плоскую или параболоидную, последняя более дорогая, но эффективнее). Солнечные установки практически не требуют эксплуатационных затрат, не имеют потребности в ремонте и требуют затрат только на их сооружение и поддержку в чистоте. Работать они могут бесконечно долго. Эффективный солнечный водонагреватель был изобретен в 1909 г. После второй мировой войны рынок захватили газовые и электрические водонагреватели благодаря доступности природного газа и дешевизне электричества. Солнце - источник энергии очень большой мощности, 22 дня солнечного сияния по суммарной мощности, которая приходит на Землю, равны всем запасам органического топлива на Земле. Проблема в том, как использовать солнечную энергию в производственных и бытовых целях. Солнечный водонагреватель предназначен для снабжения горячей водой, в основных, индивидуальных хозяйств. Устройство состоит из короба с змеевиком, бака холодной воды, бака-аккумулятора и труб. Короб стационарно устанавливается под углом 30...50oС ориентацией в южную сторону. Холодная, более тяжёлая, вода постоянно поступает в нижнюю часть короба, там она нагревается и, вытесненная холодной водой, поступает в бак-аккумулятор. Она может быть использована для отопления, для душа или для других бытовых нужд. Дневная производительность на широте 50o приблизительно равна 2 кВт·ч с квадратного метра. Температура воды в баке-аккумуляторе достигает 60...70o, КПД установки - 40%.

 



 

Эффективные пути энергосбережения вмуниципальной сфере. Реструктуризация энергетики вконтексте формирования новойхозяйственной системы страны. Об энергетической стратегии России напериод до 2020 года. Про. 3.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.0028