Солнечная энергия. Практика

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн admin

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 7397
Солнечная энергия. Практика

Оффлайн admin

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 7397
Как сожжем всю нефть и весь газ, где электричество-то брать будем? Правда, из-за парникового эффекта от их сжигания мы можем вымереть, и электричество тогда нам и не понадобится. Ну, а если все-таки выживем?

Первый вопрос, разумеется, сколько же нужно человечеству энергии. По данным экспертной организации по энергетике при правительстве США (EIA), в 2005 г. в мире было произведено 57 ЭДж электроэнергии (1 ЭДж, экзоджоуль — миллиард миллиардов джоулей; один киловатт-час равен 3,6 миллиона джоулей, а 1 ЭДж примерно равен 278 миллиардам кВт-ч.). Общее потребление всех видов энергии рукотворной техникой  составило около 490 ЭДж. Эта цифра, конечно, гигантская, но еще не астрономическая: ведь за тот же самый 2005 год общая энергия, поглощенная поверхностью Земли, имея в виду и сушу, и океаны, составила 3850000 ЭДж. Это почти в 10000 раз больше, чем энергия, потребленная человеческой техникой! Биомасса земли перерабатывает 3000 ЭДж в год — эта энергия сначала идет на рост растений, потом продвигается по всем пищевым цепочкам. В эту цифру входят и те калории, что мы съедаем.

Солнце — единственный значительный источник нашей энергии (нефть, газ, уголь — все это запасенная древняя энергия, тоже пришедшая на Землю от Солнца), и этот источник энергии неисчерпаем. Может быть, в будущем люди научатся получать электроэнергию из солнечного тепла и света в промышленных масштабах?



Это будущее уже началось, и довольно давно — в 1984 г. Именно тогда вступила в строй первая солнечная тепловая электростанция около калифорнийского городка Крамер Джанкшен, что находится  в пустыне Мохабе. Станция получила невыразительное название Solar Energy Generating System, или сокращенно SEGS, что переводится просто как «солнечная электростанция».

Оффлайн admin

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 7397
Для работы паровой турбины необходимо нагреть воду до 300°C или выше. Просто выставить радиатор под солнце не получится: предметы не нагреваются под солнцем до такой высокой температуры, тепло рассеивается в воздухе. Солнечный свет нужно сфокусировать на рабочем теле. Если на участок поверхности предмета светит солнце, она нагревается. Если мы теперь возьмем зеркало и направим на эту же поверхность зайчик от зеркала, мы тем самым «соберем» на ней больше солнечного света: ведь, не будь на пути света зеркала, эти лучи прошли бы мимо, не попали на тело, что мы нагреваем. Чем больше зеркал мы используем, и чем больше зайчиков мы направим на нагреваемое тело, тем большую мощность излучения мы на нем соберем. По легенде, Архимед именно так поджег римские корабли при осаде Сиракуз в 212—214 гг. до н. э.: греческие воины якобы направили солнечные зайчики от своих щитов на корабль, и корабль тут же вспыхнул! Студенты из массачусетского Технологического института дважды проверяли эту легенду, и сделали вывод, что это все-таки миф: макет корабля задымился через 10 минут нагрева при идеальных погодных условиях, и не загорелся вовсе. Не исключено, правда, что идея Архимеда все-таки помогла грекам — или помогла бы, поскольку неизвестно, пытались ли они применить ее на самом деле, — даже если корабль и не загорелся, то моряки были наверняка ослеплены и получали ожоги.

Но вернемся к нашим зайчикам. Зеркало специальной параболической формы собирает лучи солнца в одну точку, называемую фокусом. Кривизна зеркала рассчитана так, как будто каждая точка на поверхности зеркала — это отдельное маленькое зеркальце, направляющее свой маленький зайчик точно в точку фокуса. Латинское слово focus означает «очаг» — догадываетесь, почему фокус зеркала называется именно так? А вот мощность оптической части электростанции измеряют в… солнцах! Во сколько раз ярче светит система зеркал на рабочий элемент, чем светило бы на него Солнце без этих зеркал, — столько солнц эта система и собирает.



На станции SEGS зеркала имеют форму продолговатых «корыт» параболического сечения. Корыта — это официальное название этих зеркал! — ориентированы строго с севера на юг. Фокус у такого зеркала не точка, а линия, проходящая вдоль корыта. Поворачивая зеркало относительно этой линии вслед за суточным ходом Солнца, можно держать зайчик в фокусе корыта с утра и до вечера. Оптическая мощность зеркал станции SEGS составляет от 70 до 90 солнц. В фокусе каждого зеркала проходит труба, а по трубе течет жидкость, специальное синтетическое масло. Течет — и нагревается в каждом из них все больше и больше. Так, пройдя десятки зеркал-корыт, масло нагревается до 370—400°C, a затем поступает в радиатор-теплообменник, где превращает воду в горячий пар, который затем подается под давлением в 20 атмосфер на турбину, раскручивающую генератор, чтобы вырабатывать электричество.



Первая очередь станции заработала в 1984 г., а в 1986 г. началась ее промышленная эксплуатация. Сейчас в Крамер Джанкшен стоят 5 энергоблоков мощностью по 35 мегаватт каждый. Еще два энергоблока по 90 мегаватт находятся в нескольких километрах северо-восточнее, на высохшем озере Айвенпа.



Всего на станции более 12000 зеркальных корыт и более 900 тысяч индивидуальных заменяемых зеркальных панелей. В пустыне часто бывает сильный ветер, и зеркала загрязняются и портятся, так что 3000 панелей приходится заменять ежегодно — в среднем 8 в день.



А вот для мойки зеркал построена специальная моечная машина. Общая площадь «солнечных полей» станции составляет 6,4 км2, а общая длина зеркальных «рядов» более 350 км. В пустыне Мохабе в среднем только 25 пасмурных дней в году, и в пасмурную погоду станция переключается на природный газ.


Недавно вошедшая в строй станция такого же типа находится в Неваде, неподалеку от г. Боулдер. Станция генерирует до 75 МВт электрoэнергии. Персонал станции — 28 человек.

Тепловые и гидроэлектростанции работают круглосуточно. А можно ли усовершенствовать солнечную электростанцию так, чтобы она и ночью работала? Казалось бы, глупый вопрос, ведь солнце ночью не светит, сколько ни совершенствуй конструкцию, нагреваться ведь она без Солнца не будет! А оказывается, вопрос вовсе и не глупый, да и ответ на него утвердительный, как ни странно: получать энергию от солнечной электростанции можно круглыми сутками.

Оффлайн admin

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 7397
Речь сегодня пойдет о новой технологии солнечных станций: на сегодняшний день есть только одна работающая на таком принципе электростанция. Несколько строятся или планируются, и через несколько лет их будут десятки.

Хорошо заметно, в чем состоит неэффективность тепловой станции с зеркальными «корытами». Чтобы нагреть носитель до нужной температуры, требуются десятки и даже сотни километров трубы, а ведь эта труба не только нагревается солнцем: на всем своем протяжении она отдает тепло воздуху! Как же с этим бороться? Ответ совершенно очевиден: надо уменьшить размер нагреваемого солнцем теплообменника. А чтобы он все равно успел нагреться, нужно сделать так, чтобы все зеркала фокусировали свои солнечные зайчики на этом небольшом элементе.



Проще сказать, чем сделать: для управления зеркалами уже требуется компьютер.Поэтому солнечные «башни», как их называют,
появились позже «корытных» электростанций. На фотографиях — экспериментальная электростанция «Солнечный-2» (вид со спутника), построенная американским департаментом энергетики и национальной Ливерморской лабораторией в той же самой солнечной пустыне Мохабе. Проект продолжался с 1981 по 1999 год (он начинался как «Солнечный-1»).

Целью проекта было исследование технологии управления зеркалами — они называются гелиостатами — в условиях любой погоды, механических технологий для ветроустойчивых гелиостатов, испытания различных теплоносителей и многое другое, что требуется, чтобы довести технологию для уровня, достаточного для полноценного ее промышленного применения.

Электростанция вырабатывала 10 МВт электроэнергии, а оптическая мощность зеркальной системы ее составляла 600 солнц. Всего на станции было 1818 малых гелиостатов по 40 м² каждый, и 108 больших, по 95 м². Зеркала индивидуально наводились компьютером на центральную башню. Система эта очень гибкая: можно менять интенсивность нагрева ежеминутно, просто сдвигая «зайчик» в сторону от теплообменника. Когда станция работала, то часть зеркал находилась в режиме полной готовности, чтобы небольшим сдвигом зеркала навести зайчик на башню теплообменника. Лучи от этих зеркал «на подхвате» проходили через одну точку пространства, так что в ней светился яркий «НЛО», похожий на соединившихся макушками двух огромных медуз, хорошо видимый с шоссе, проходящего неподалеку. Вернее даже два, потому что этих фокальных точек было две, симметрично с двух сторон башни.

Сейчас проект уже завершен, и башней пользуется университет г. Дэвиса для наблюдения за излучением Черенкова, происходящим от каскадов элементарных частиц в верхних слоях атмосферы, вызванных, в свою очередь, гамма-излучением Солнца.





Когда наступает вечер, зеркала разворачиваются зеркальной поверхностью вниз, параллельно земле. В таком положении они меньше подвержены повреждениям от ветра, что несет абразивную, губительную для зеркал песчаную пыль, и которого в пустыне не сдерживают ни леса, ни горы. А электростанция… продолжает вырабатывать электричество, как ни в чем ни бывало! Как это возможно?



Теплоносителем «Солнечного-2» является смесь из расплава неорганических солей. При нормальной температуре эти соли твердые, но плавятся уже при 250°C. За счет высокой теплоты фазового перехода, соль остается жидкой и теплой несколько суток, даже если ее не подогревать.

Как известно, теплота фазового перехода у многих веществ велика. Например, испарение воды из кипящего чайника — тоже фазовый переход. Когда вы включаете чайник, вода нагревается. Один литр (точнее, 1 кг) воды требует 4,2 кДж энергии, чтобы нагреться на 1°C. Таким образом, чтобы нагреть чайник от 20°C до 100°C, требуется 80×4,2=336 кДж. Но как только чайник закипает, температура больше не растет: все тепло уходит на испарение воды. Чтобы превратить в пар то же самое количество воды, потребно уже 2270 кДж — почти в 7 раз больше. Если испарить всю воду, то эта энергия будет запасена в паре. Точно так же и в расплаве соли запасена очень большая энергия. Небольшое количество соли конденсируется, и отдает при этом тепло, поддерживая остальную часть соли расплавленной. «Солнечный-2» мог работать на полной мощности двое суток вообще без солнца — на запасенной в расплавленной соли теплоте. Нагретая соль превращала воду в пар для турбины в особом теплообменнике, и, когда светило солнце, паровые турбины работали на высокотемпературном цикле, а без солнца переключались на менее эффективный низкотемпературный, расходуя тепло, запасенное в подземном баке расплавленной соли. На утро солнечный теплообменник опять разогревал соль, а жидкая горячая соль несла тепло в бак и расплавляла сконденсировавшийся за ночь осадок твердой соли.

Сегодня проект завершен. Американские производители электричества не заинтересовались тогда коммерческими результатами проекта — дешевле было жечь уголь, чем
строить солнечные станции. Однако, ими заинтересовалась Испания, и знаменитый Королевский Указ №436
выделил огромные денежные суммы на освоение солнечной электроэнергии. Сейчас Испания — один из крупнейших мировых производителей и экспортеров солнечной электроэнергии. Знания, полученные в проекте «Солнечного-2», легли в основу конструкции первой в мире промышленной солнечной «башни». Эту станцию разрабатывала команда инженеров и ученых проекта «Солнечный-2», и она даже получила рабочее название Solar Tres, «Солнечный-3» по-испански.

Станция, построенная в солнечной южной Андалузии, в 15 км от Севильи, вошла в промышленную эксплуатацию в мае 2007 г. под названием PS10. Станция состоит из 115-метровой башни, окруженной 624 гелиостатами, каждый площадью 120 м², и генерирует 11 МВт электроэнергии. Это малая цифра, но в планах сейчас строительство новых башен, и Андалузский комплекс солнечных башен будет выдавать 300 МВт к 2013 г.

Башня построена архитектурной компанией ALTAC таким образом, чтобы не создавать ощущения гигантской конструкции, несмотря на свою огромную высоту. На высоте 30 м находится смотровая площадка для посетителей. Форма башни с окном посередине вызывает чудесной красоты иллюзию, как будто бы все поле электростанции подвешено к башне, словно вантовый мост, на канатах из солнечного света.





По мере того, как дорожают традиционные энергоносители, все больше и больше крупных энергопроизводителей обращают внимание на солнечную энергетику. В калифорнийской комиссии по землепользованию уже находится заявка, поданная в конце 2007 года, на разрешение строительства в пустыне Мохабе комплекса солнечных башен суммарной мощностью в 400 МВт. Это огромная мощность, примерно равная мощности крупной угольной станции. В комплекс войдут 6 башен по 33 МВт каждая, и 4 башни по 50 МВт. На рисунке, приложенном к заявке, нарисован вид будущей электростанции с воздуха.



Речь шла только о больших промышленных станциях, хотя выпускаются серийно и станции маленькие, например, компанией «Стирлинг». Интересны они тем, что в них используется генератор, приводимый в движение тепловой машиной Стирлинга. Такие автономные станции оборудуются дополнительной газовой горелкой, которая позволяет вырабатывать электричество ночью или в пасмурную погоду.



В штате Джорджия работает промышленная электростанция из 300 таких «Санкетчеров».

Если у человеческой цивилизации есть будущее, то энергетика этого будущего несомненно связана с Солнцем, как связана с ним вся жизнь на Земле. Это, пожалуй, самая чистая для земной экологии энергия, какую только можно получить.

mur77

  • Гость
Огромное спасибо за очень интересный познавательный материал.

Оффлайн admin

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 7397
Огромное спасибо за очень интересный познавательный материал.

Ради вас и старяемся  :) .

K_E_S_T

  • Гость
А почему для получения энергии не используют "солнечные батареи"? Ну наподобии тех что в калькуляторах?  Так ведь не будет посредника в виде какой-то жидкости и не надо ничего фокусировать. А парникового эффекта, которого все так боятся тоже не будет(при нагревани жидкости он есть, ведь пар выбрасывается в атмосферу). Или я вчём то не прав? - тогда уж поправьте.

Оффлайн AND

  • Постоянный участник
  • ****
  • Сообщений: 496
Просто у солнечных батарей малый коэффициент , для обеспечения среднего города понадобиться 20 км * 20 км площади солнечных батарей , а они не дешёвые  , хотя буржуи придумали  солнечные батареи  с коэффициентом 25 % это очень много .

www.ppu21.ru...cle/127.html

dom.delaysam.ru/...plen2.html

www.impulsru.com/...soln.html

www.solarsystems.lv/...plenie

621.ru/plan.html

forum.sakh.com/...?sub=436177

www.nkj.ru/a...ticles/2185/

 
« Последнее редактирование: 08.11.2009, 23:08:30 от AND »
Не забудьте поделиться вашими результатами с другими! Жадность - вот что мешает таким вещам увидеть свет и сделать мир немного лучше.
Остановим либерально-шелудивый геофашизм и религию денег!

ALEXIS

  • Гость
Да- да! ЭНД прав, правда, когда- то я читал, что достигли 40%, но пока молчат. Солнечные батареи дороги в производстве. Да и в эксплуатации хлопотны, вот к примеру пыль которая предает на панель, препятствует попаданию солнечных лучей на панель, что ведет к уменьшению генерации. Да из строя выходят быстро.                Удачи всем 

Оффлайн AND

  • Постоянный участник
  • ****
  • Сообщений: 496
Не забудьте поделиться вашими результатами с другими! Жадность - вот что мешает таким вещам увидеть свет и сделать мир немного лучше.
Остановим либерально-шелудивый геофашизм и религию денег!


 

Римский "Бриллиант" - солнечная станция нового типа сможет работать даже ночью!

Автор admin

Ответов: 0
Просмотров: 3133
Последний ответ 29.04.2011, 19:01:20
от admin
В Испании построена солнечная установка с высоким давлением

Автор admin

Ответов: 0
Просмотров: 3213
Последний ответ 15.04.2011, 09:59:07
от admin
Солнечная батарея на органических полимерах поставила рекорд

Автор admin

Ответов: 0
Просмотров: 3085
Последний ответ 14.02.2012, 21:19:57
от admin
Испытана солнечная машина для получения топлива

Автор admin

Ответов: 1
Просмотров: 4453
Последний ответ 14.04.2011, 16:48:45
от Andrej R
Солнечная энергия. Теория

Автор admin

Ответов: 16
Просмотров: 12279
Последний ответ 25.09.2015, 15:36:53
от alo