1598005349-cbdd2b750b348f5994382c5962e09db2 (Индивидуальные солнечные установки [автор неизвестен]u), страница 2

Так, на 1 м' го- ризонтальной поверхности на северных островах и севе- ро-восточной оконечности Сибири за год поступает всего 550 — 830 кВт.ч, на большей части европейской территории и Сибири — 830 — 1!00 кВт ч, в южных рай- онах Украины, Молдавии, Поволжья, Сибири и Дальнего Востока — 1100 — !380 кВт.ч, в Закавказье н Средней Азии — 1400 — !600 кВт ч, в пустынных районах Турк- мении — 2000 кВт ч и более.

Годовое число часов солнечного сияния равно: в Тур- кмении — 3100, Узбекистане и Таджикистане — 28!5— 2880, Казахстане и Киргизии — 2575 — 2695, Армении. Грузии и Азербайджане — 2125 †25, Украине н Мол- давии — 2005 — 2080, Условия для использования солнечной энергии в СССР наиболее благоприятны в республиках Средней Азии, Казахстане, Нижнем Поволжье, Северном Кавка- зе н республиках Закавказья, иа юге Украины н Сибири, в Молдавии. В Средней Азии продолжительность све- тового дня в июне достигает 16 ч, в декабре — 8 — 10 ч.

Здесь в году 300 солнечных дней, продолжительность солнечного сияния 2500 †31 ч в год, а летом — 320— 400 ч в месяц. В районах, благоприятных для использования солнечной энергии, проживает около 130 млн. человек, в т ек в том числе более 60 млн. в сельской местности, В центральной части СССР за летнее полугодие, когда те теплопотреблеипе минимально, на Землю поступагт ~ окол з о з/ всего годового количества солнечной энергии, а ' в июле приход солнечной энергии в 5 — 10 раз больше, чем в декабре. В табл.

П! приведены данные по дневным потокам суммарной н рассеянной (диффузной) солнечной энергии, поступающим на горизонтальную поверхность в течение года в наиболее крупных городах Советского Союза. Там же указаны среднемесячные значения температуры наружного воздуха в этих городах.

Этп данные не- ' обходимы для выполнения расчетов солнечных установок. К солнечной энергии добавляются другие возобновляемые источники энергии, среди которых наибольшим потенциалом для практического использования обладает энергия ветра н биомассы. Потенциальные ресурсы ветровой энергии в СССР составляют 8 !О'~ кВт ч/год, а технически реализуемая мощность — 2 10" КВт. В СССР разработаны ветроэнергетнческне установим (ВЭУ) мощностью 30 н 100 кВт. За рубежом, например, в США, ФРГ, Швеции, Данин н др., эксплуатируется большое количество больших и малых ВЭУ. В США в 1986 г.

суммарная мощность 30 тыс. ВЭУ составляла 1500 МВг, в том числе 7 ВЭУ имели мошность 25— 72 МВт, а себестоимость электроэнергии от ВЭУ состав. ляет 0,03 — 0,06 долл/(к Вт. ч) . Годовая продукция фотосинтеза, в результате которого образуется биомасса, составляет 57 10" кг углерода, при этом накопленная энергия биомассы вдесятки раз превосходит годовую потребность человечества в энергии.

2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОТУ, РАБОТУ И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО Солнечная энергия может быть преобразована в теп. ловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах. Сол. печные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых н общественных зданий, в 17 2 — 67$ технологических процессах, протекающих при низких.

средних и высоких температурах. Они используются для получения горячей воды, опреснения морской или минерализованной воды, для сушки материалов и сельскохозяйственных продуктов и т. п. Благодаря солнечной энергии осуществляется процесс фотосинтеза и рост растений, происходят различные фотохимические процесы. Известны методы термодинамнческого преобразования солнечной энергии в электрическую, основанные нз использовании циклов тепловых двигателей, термоэлектрического и термоэмиссиоиного процессов, а также прямые методы фотоэлектрического, фотогальваническо.

го и фотоэмиссионного преобразований. Наибольшее ' практическое применение получили фотоэлектрические преобразователи и системы термодинамического преобг разоваигя с применением тепловых двигателей. Рассмотрим физическую с)щность процессов преобразования солнечной энергии в теплоту и работу, а также состояние работ по производству электрической внергии, поскольку это наиболее полно характеризует современный уровень развития гелиотехники.

Преобразованве солнечной эвергии в механическую осуществля. ется в две стадии. Первая стндия включает фототермическое преобразование, в результате которого солнечная энергия, поглощаемая в коллекторе, нагревает теплоноситель или рабочее тело. Этот нагрев может происходить непосредственно в солнечном коллектоое — нриемиике солнечного излучения — или в теплообмеинике.

При этом помвмо нагрева как такового для таких рабочих тел, как водяной пар и пары органических веществ (фреонов), происходит также процесс образования и перегрева пара Вторая стадия осуществляется в тепловом двигателе, в когором тепловая энергия рабочего тела преобразуется в работу, В цикле теплового двигателя рабочее тело водяной пар или пары фреонов, воздух и т и.) получает теплоту , от источника теплоты, в результате чего оно расширяется и выполняет работу, отдает теплоту Яз окружающей среде и при этом сжимается с затратой работы.

Полезная работа цикла равна разности количеств подведенной и отведенной теплоты ь= 0~ — Оз, а эффективность преобразования теплоты в работу характеризуется термическим КПД цикла Ч, =1/Я, = 1 — ЯзЯ~ 1-1аиоолее эффективно преобразование теплоты в работу происходят в цикле Карно, состоящем из идеальных процессов с подводом теплоты ири ппстоянной температуре Т, и отводе теплоты при постоянной температуре т, и имеющем КпД ям=1 — тз)ть Для ловы- щения этого КПД необходимо увеличивать Т, и уменыпать Тз. В данном диапазоне максимальной (Т,) и минимальной (Тз) температур эффектявность цикла реальных тепловых двигателей — паровых н газовых турбин, паровой машины, двигателей внутреннего сгораная н др, — значительно ниже термического КПД цикла Карно, ,но она также повышается при увеличении средней температуры под- М с . вода теплоты и умеиьщении средней температуры отвода теплоты аксимальиые величины термического КПД при типичных значени- 16 ях параметров р абочего тела составляют 048 длн пароснловых :.тановок и 0,30 для двигателей внутреннего сгорания н газотурбинных установок, что в , что в 1,б — 2,5 раза ниже, чем в цикле Карно.

Солнечная энергия преобразуется в электрическую иа солнечных электростанциях (СЭС), имеюгцих оборудование, предназначенное для улавливания солнечной и ее последовательного преобразования в теплоту и электроэнергию. Для эффективной работы СЭС требуется аккумулятор теплоты и система автоматического управления. Улавливание и преобразование солнечной энергии в теплоту осуществляется с помощью оптической системы отражателей и приемника сконцентрированной солнечной энергии, используемой для получения водяного пара или нагрева газообразного или жидкометаллического теплоносителя (рабочего тела).

Для размещения солнечных электростанций лучше всего подходят засушливые и пустынные зоны, Районы, в которых годовое количество осадков не превышает 250 мм, занимают около '/а части всей суши Земли. На поверхность самых больших пустынь мира общей площадью 20 млн, км' (площадь Сахары 7 млн. км') за год поступает около 5 10'" кВт ч солнечной энергии. При эффективности преобразования солнечной энергии в злектРическУю, Равной 1О о(о, достаточно использовать всего 1 то территории пустынных зон для размещения СЭС, чтобы обеспечить современный мировой уровень энергопотребления. В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: СЭС башенного типа и СЭС. распределенного (модульного) типа.

Идея, лежащая в основе работы СЭС башенного типа (рис. 4), была высказана более 350 лет назад, однако строительство СЭС этого типа началось только в 1965 г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в СШЛ, Западной Европе, СССР и в других странах. В 1985 г. в п. Щелкино Крымской области была введена в эксплуатацию первая в СССР солнечная электростанция СЭС-5 электрической мспцностью 5 МВт; 1600 гелиостатов (плоских зеркал) плошадью 25,5 м' каждый, имеющих коэффициент отражения 0,71, концентрируют солнечную энергию на центральный приемник в виде открытого циз)индра, установленного на башне высотой 89 м и служащего парогенератором. Строительство СЭС-5 обошлось в 30 млн.

руб., а удельная .стоимость установленной мощности равна 6 тыс. руб(кВт'. Выполнены технико-экономические расчеты и проектные проработки блочных СЭС обшей мощностью 200 и 320 МВт, включающих четыре блока по 50 п 80 МВт. Удельные капиталовложения составят 1500 руб(кВт. В США израильской фирмой «Луз» в 1988 г, были построены семь н продолжалось строительство еще шести СЭС мощностью 30 МВт и стоимостью 104 млн. долл., каждая, а в 1992 г. гредусмотрен ввод в действие крупной СЭС мощностью 350 МВт, Рнс. 4. Схема солнечной электростанции башенпо.

го типа: у — тслиостаты; у — цент. ралааыа арнеиаии иалучсииеч л — оеорулоааииа станции Для покрытия потребностей в электроэнергии всей Западной Европы достаточно построить в Испании сеию СЭС на площади, занимающей 1,8 осер ее территории. ри этом имн будут заменены атомные электростанции. В Каракалпакии предусмотрено строительство комбинированной солнечно-топливной электростанции обшей электрнческой мощностью 300 МВт.

Мощность солнечного блока 100 МВт, требуемая площадь 200 га, высота башен 300 м. Расчетная годовая экономия топлива составляет 80 тыс. т условного топлива. В СЭС распределенного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболо-цилцидрнческпй концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт. При небольшой мощности более экономичны СЭС модульного типа. В тоже время башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна !ОО МВт, а высота башни 250 м.