1598005384-f9c00b8492d7f4330216974bac4e6cb9 (Солнечные электрические станции. Р.Б. Ахмедов, И.В. Баум, В.А. Пожарнов, В.М. Чаховский, 1986u)

Главный редактор информационных изданий ВИНИТ)а профессор Аг И. Михайлов УДК 682.997 ВВЕДЕ НИЕ ! Га*чнт ттг х г 1 талхтьмаа Ыххтгеха СССР сР ВИНИти. )уев РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ ннфорыанионных изданий по электротехнике н рнергетнке Главный редактор — авслуженный деятель науки и техники РСФСР, проф Б.

М. Гареев Члены редакционной коллегии: акад. А. П. Александров, проф. Р. Б. Ахмедов, к. т. и, В. А. Быков Нам, главного редактора), к. т. н, И. С. Вартлввров, проф. В. А. Веников, проф. В. И. Горькова, чл.-корр. АН СССР М. В. Костенко, к т. к, А. Г, Клара, аква Л. А. Мелвлгьев, проф. Б. Г.

Меньшов, к. т. н. Е. И. Невгтруево, к. к. и. Б. К. Петрин, проф. М. Б. Равич, к, т, н, А. В. Стукачев, к. т. н. Б. И. Хомлков, к. т. и, Е. М. Юдаева (ученый секретарь редколлегии) Научный редактор д. т. н. Б. В. Тарп ижевский Экономическое рвзвнтпе страны сопряжено с непрерывным ростом, потребностей в топлнвно-энергетнческнх ресурсах ° Истощение запасов оргнннческого топливе в европейской чес тн СССР требует освоения все новых и новых месторожденпй в северо-восточных районах с суровымн климатическими н слож ными горно-геологическими условиями, прнвсдпт к необхоцпмостп трннспортпровкн во все возрастающих масштабах,огромных котгнчеств топливно-энергетнческнх ресурсов в западном поправлении.

Все это вызывает непрерывное нх удороженне, что затрудняет решение проблем нацежного энергоспзбження и может привести к сокращению темпов прироста пронэвоцствн топлива н энергии в перспективе. Обостряются н экологические проблемы, что связано не только с непрерывным ростом мнсштнбов эпергопотреблення, но и с увелнченвзм доли ннзкосортных твершпс топлнв. В этих условиях рнзвнтпе энергетики в долгосрочной перспективе немыслимо беэ освоения нетрнЬщнонных возобновлтяь мъпс источников энергии. Важными нх преимушествами являются ненсчерпеемочть н экологическая чистота. Серьезное внимание етой проблеме было уцелено в решениях ХХЧ1 съезди КПСС, не котором была поставлена зндече увеличить масштабы использовенпя в народном хозяйстве возобновляемых источником энергии (гндрввлнческой, солнечной, ветровой, геотермнльной)". В Основных положеннях Энергетической программы СССР нн длительную перспективу указано: "Нн первом этапе ренлнзнцян Энергетической программы СССР нвмечено созцнть материально-техпнческую базу цля широкого нспользовнцня нетрнцпцтсонньтх нсточннков энергия...

Нн втором этапе предусмотрено приступить к активному воштеченню в энергетнческнй белено нетреднцяонных возобновляемых источников энергнн', Необходимость широкого использования возобновляемьос источников энергия подчеркнута н в таких внжных документах, кнк новая редакция Программы КПСС н Основные направления экономического н соцннльного развития СССР нл 1996-1990 гопы и нн период по 2000 годз, принятых решенсимн ХХЧ11 съезда КПСС. Срепи всех виаов нетрепиционных возобновляемых источников внергни наиболее крупным потенциалом облепеет солнечная энергия, тепловой поток которой не верхней границе с атмосферой постигает 5,7 ' 1024, 8 не поверхности Земли — 1,5 ' 1024 в год.

Это колоссельнея энергия, соответственно, в 20 и 5 тысяч рвз превышеюшвя енергию, которую могут петь все вилы иевозобновляемых топливно-энергетических ресурсов мира. Освоение всего лишь опной тысячной поли проценте пвпеюшего нв Землю солнечного излучения равно пятикратному увеличению современного энергопотребления. Освоение солнечной энергии пля произвопстве електроенергии и тепле в настояшее время осушествляется по слепуюшим нвп- Р8ВЛЕНИЯМ: - резреботке и строите|тьство систем солнечного горячего водоснабжения, отопления и конпиционирования воздухе; - разработке и создание фотоэлектрических установок пля влектроснвбжения евтономных потребителей; - создание и ввоп в експлувтвцию солнечных електроствнций с перотурбинным циклом. Солнечное теплоснвбжение (СТС) - технически наиболее поступный путь использоввния солнечной енергии.

Не отопление, горячее воцоснабженне н кондиционирование возцухв в стране с умеренным климатом рвсхопуется 25-30% от обшего потребления энергии, Основной елемент активных систем СТС - солнечный коллектор, препстввляюший собой вопонагреватель в вице штампованных стельных и влюминиевых, пластмассовых или резиновых нинелей. При сознании таких систем опной иэ наиболее важных эвпач является изготовление еффектнвных солнечных коллекторов из дешевых заменителей метвллов - резины, пластмвсс и композитных мвтеривлов.

Весьмв перспективно сочетание систем СТС с аккумуляторами тепла, с тепло- ными насосами, 8 также комбтнироввние с цругими источниками энергии, что позволяет НОВЫСитЬ нвцежиостЬ отоцитель ньж систем. В ближейшей перспектяве целесообреэно расширение масштабов внпрения солнечных коллекторсв, в первую очередь, аля систем сезонного горячего водоснабжения. Йвльнейшее повышение экономичности систем СТС свяэвно с рвэработкой техноногии селективных покрытий, создением ввкуумированных, 8 также фокусируюших солнечных коллекторов.

Препельнея простоте обслуживания, малый вес, высоквя непежность и стабильность ФЭП лелеют их весьма привлекательными цля широкого использования. Оцнвко етому в значительной степени препятствует из чрезмерно высокая стоимость, которая пля ~шиболее респрострененных кремниевых элементов постигает 30-50 тыс. руб./НВт. ФЭП нвхопят применение аля анергообеспечения многочноленных наземных автономных потребителей, гпе обычно не требуются большие мошности (цо 250 и в отпельных случеях по 1000 Вт].

КПП солнечных батарей с кремниевыми ФЭП пока не превышвет 7-5%, 8 стоимость наземных солнечных батарей примерно в 100 рвэ пороже трепиционных тепловых н втомнь1х елейтростанций Пельнейшее повышение эффективности ФЭП свяэено с пере ходом от кремния не гетероструктуры и применением концентраторов солнечного излучения.

При значительной концентрации солнечного излучения и использовании выпеляюшегося прн етом тепла КПП таких внергоустеновок может быть увеличен по 30%. В нвстояшее время в неземных условиях ФЭП целесообразно приью~ить тятьке пля питания маломошной мнкроелект ронлой и р8дион8вигвционной епперетуры. Неряду с разработкой и сознанием СЭС промь|шленного уровня мошности в ряде стран, в т.ч. и в СССР, провопятся реботы по освоению СЭУ небольшой мошности. Так, в НПО Солнце" АН ТССР провопятся исцытения небольшой тепловой мопульной СЭУ с плоскими солнечными коллекторами. Иэ-зе низких температур в качестве рабочего тела в установке применяется ниэкокипяшее вешество (хлепон].

Мопульные СЗС не цужпшотся в башне пля размешения парогенератора и сложных системах ввтоматического управления, Оцнвко технико-зкономические показатели таких установок хуже, чем у СЗС башенного типе; Тем не менее модульные СЭС небольшой мошности (10-1000 кВт] могут найти в перспективе применение для енергосжвбжвния ввтоном ных потребителей, уцвленных от линий електропереаечи.

В нели пенного выпуска Итогов науки и техники не вхопит цетельное описание состояния рвэрвботок в области сио-, тем СТС, ФЭП и СЗС модульного типа, в связи с чем мы ограничимся выше изложенным н попытаемся более полно реосмотреть состояние в области разработок термоцинвмических СЗС башенного типа. Основной недостаток солнечной енергии- низквя плотность потока излучения которая ив грешше с атмосферой состшьляет 1353 Вт/м~('солнечнея постоянная'], а не поверхности Земли в наиболее перспективных южных районах СССР не превышает 830-850 Вт/м2. Однако с помашью оптических систем можно обеспечить высокую степень концентрации солнечных лучей, что позволяет' нагреть рабочее тело до температур, при которых возможна эффективная работа тепловых машин. Издавна известиы ко!шецтраторы солнечной энергии в вице линз и вогнутых зеркал с параболической поверхностью, Линзы сложнее в изготовлении, поскольку имеют две криволинейные поверхности.

Поэтому в первых СЭУ предпочтение было отдано параболическим зеркалам, Попытки создания солнечных тепловых энергетических уо тановок сравнительно небольшой мошности преппринимались уже панно. В перноп с 1860 по 1881 г, такие установки созцавались во Франции А. Мушо, в 1870 г. - в Швеции д Эриксоном, в 1901 г.

— в США А. Энеасом. Широкую известность получила солнечная паросиловая установка французского инженера А, Мушо, демонстрировавшаяся в 1882 г. на Всемирной промьппленной выставке в Париже. В 1912 г, по проекту немецкого инженера Ф. Шумана и английского инженера Ч.

Бойса в Миди недалеко от Каира (Египет) была построена солнечная тепловая энергетическая установка мошностью 45 кВт, Зцесь вместо параболических зеркал были применены параболоцилинпрические концентраторы обшей площадью 1200 м2. Послепуюшие попытки создания более мошных солнечных тепловых энергетических установок в течение длительного времени не приволпли и успеху, поскольку оптические системы со сложными криволинейными зеркальными поверхностями крайне трудоемки и пороги в изготовлении.

При этом с увеличением размеров зеркал затраты на их изготовление растут э геомет» рической прогрессии. Лаже прп современной технологии вряд ли целесообразно изготовлять параболические концентраторы плошадью болев 500-600 м с епиничной мошностью >40- 50 кВт. В последние голы предложены оригинальные конструшши концентраторов, в которых гибкой пленке с зеркальным покрытием прицается параболическая форма с помощью вакуума. Такие концентраторы намного дешевле, Однако нельзя рассчитывать на то, что пленка таких концентраторов циаметром > 15-20 м будет способна выпер".кать сильные ветровые нагрузки.

Слеповательио, и в э~ем случае единичная мошпость солнечного приемника будет ограничена. добавим, что с помо- 6 щью параболоцилиндрических концентраторов труппе нагреть рао оочее тело до температур более 300-350 С. Таким образом, единичная мошность'СЭЦ с параболическими и параболоцилин- дрическими зеркалами весьма огра>шчена. В принципе из отпельных модулей можно собрать достаточ- но крупные системы.

Подобные электростанции уже созданы в Австрии мошностыо 300 кВт, Испании 500 кВт и Японии- 1000 кВт. Однако серьезный недостаток таках систем — слож- ность сбора энергии от многочисленных рассредоточенных сол- нечных'приемников, что дополнительно усложняет и удорожает электростанцию Технический барьер иа пути создании крупных СЭС был преодолен советскими учеными. Еше в предвоенные годы ин- женером Н.В. Липицким была выдвинута инея СЭС с солнеч- ным приемником, расположенным па высокой башне. В иача~ ле 50-х годов ученые Энергетического института им.