В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 96
Текст из файла (страница 96)
В России около 45% жилищ отапливается печами. В настоящее время в РФ около 70% территории с населением 10 млн человек относится к зоне децентрализованного энергоснабжения. Выработка электроэнергии в таких регионах производится, в основном, на бензиновых и дизельных генераторах малой мощности. Резкий рост стоимости привозного органического топлива делает удаленные районы Крайнего Севера и Дальнего Востока РФ перспективными для развития нетрадиционных источников энергии. Солнечная энергетика Мощность солнечной радиации, поглощенной атмосферой и земной поверхностью, составляет 10 ТВт (10~~ Вт).
Эта величина кажется огромной по сравнению г современным мировым энергопотреблением, равным 10 ТВт. Велики и другие потоки энергии у поверхности Земли. Так перенос тепла атмосферой Гл. лл Экологические проблемы энергепгики от экватора к полюсам составляет 3 10з ТВт, а океаном 2. 10г ТВт, мощность океанских воли . 10з ТВт, ветровая мощность 2 10г ТВт, мощность приливов 1 ТВт, мощность фотосинтеза 10 ТВт. Первоисточником этих энергетических потоков, как и ископаемого топлива, является солночная радиация. Наиболее перспективным видом нетрадиционной энергетики является солнечная энергетика.
Согласно многочисленным экономическим прогнозам доля солнечной энергетики в различных ее формах будет далыпе непрерывно возрастать. Широкому внедрению солнечной энергетики пока препятствует более высокая стоимость производства па солнечных электростанциях по сравнению с традиционными источниками энергии. Важным показателем перспективности солнечной энергетики является то, что стоимость производства энергии на солнечных электростанциях различных типов непрерывно снижается (оставаясь пока более высокой по сравнению с источниками традиционного типа), а на станциях традиционных типов растет, что связано с ростом стоимости добычи и транспортировки ископаемого топлива.
Солнечная энергетика имеет особенности, которые затрудняют ее широкое использование. Этсн прежде всего, низкая плотность потока энергии и ее изменчивость, так как интенсивность солнечного излучения зависит от времени года, суток и метеоусловий. При эксплуатации фотоэлектрических преобразователей возникагот экологические проблемы, обусловленные большими размерами установок и использованием при производстве, эксплуатации, утилизации фотоэлектрических преобразователей ряда вредных веществ. Поэтому в ряде стран, использующих фотоэлектрические преобразователи для производства энергии, существуют особые требования, определяющие правила работы с установками фотоэлектрических преобразователей.
К основным методам преобразования солнечной энергии относятся фотоэлектрическое преобразование, термодинамический цикл, биоконверсия. Кратко, следуя [6, 31, 108], рассмотрим методы получения солнечной энергии. Фотоэлектрическое преобраэооиние солнечной энергии Фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии основан на особенностях взаимодействия полупроводниковых материалов со световым излучением. В фотоэлектрическом преобразователе свободные носители образуются в результате поглощения светового кванта полупроводником, разделение зарядов производится под действием электрического поля, возникающего внутри полупроводника.
Фотоэлектрический Гл. 21. Эколоеинеекие проблемы онергетики 495 преобразователь представляет собой полупроводниковый диод болыпой площади. Эффективность поглощения света, зависит от материала и толщины элемента. Например, аморфный кремний гюглощает в 50 раз эффективнее, чем кристаллический. Эффективность работы полупроводниковых преобразователей сильно зависит от чистоты материала.
Чистота кремния должна составлять 99,99%, для обеспечения ее необходимы сложная технология и значительные затраты. Эффективность работы преобразователя также зависит от спектральной чувствительности материала. Элементы на кристаллическом кремнии обладают чувствительностью в ультрафиолетовой части, видимой и в ближней инфракрасной областях солнечного спектра. Теоретически КПД преобразователя на кристаллическом кремнии достигает 28%. Как уже говорилось, низкая плотность солнечного излучения является одним из препятствий его широкого использования. Для устранения этого недостатка при конструировании фотоэлектрических преобразователей используются различного рода концентраторы излучения.
Для компенсации периодичности поступления солнечной энергии фотоэлектрические системы целесообразно включать в гибридные станции. На таких станциях в период плохих погодных условий выработка энергии может проводиться за счет традиционных систем. Главные преимущества фотоэлектрических установок заключаются в следующем. Они не имеют движущихся частей, их конструкция очень проста, производство технологично. Солнечные батареи собираются из однотипных модулей.
Важным преимуществом фотоэлектрических преобразователей является устойчивая тенденция снижения их стоимости. В начале 90-х гг. в мире существовало около 20 крупных солнечных электростанций мощностью до 7 МВт, использующих фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии. К недостаткам фотоэлектрических преобразователей можно отнести разрушение полупроводникового материала от времени, зависимость эффективности работы системы от ее запыленности, необходимость разработки сложных методов очистки батарей от загрязнения. Все это ограничивает срок службы фотоэлектрических преобразователей. Гибридные станции., состоящие из фотоэлектрических преобразователей и дизельных генераторов, уже широко используются для электроснабжения на территориях, где нет распределительных электрических сетей.
Например, система такого типа обеспечивает электроэнергией жителей Кокосового острова, расположенного в Торресовом проливе. Гл. 96 Эхологичггхие вроблгми гхергеьчвхи 496 'Гермодииамические преобразователи Энергию получают из солнечной энергии методом термодинамического преобразования практически так же, как из других источников. Однако такие особенности солнечного излучения, как низкая мощность, суточная и сезонная изменчивость, зависимость от погодных условий, накладывают определенные ограничения на конструкцию термодинамических преобразователей. Тепло- обменник Горячий тепло- О теплоноситель Холодный источник Двигатель б лный чник Рис.
21.1. Схема термодинамического преобразователя солнечной энергии: а .. схема с теплообменником, б -- схема без теплообменника )6! Обычный термодинамический преобразователь солнечной энергии содержит следующие части (рис. 21.1): — система улавливания солнечной радиации, которая предназначена частично скомпенсировать низкую плотность солнечного излучения; приемная система, которая преобразует солнечную энер- гию в энергию теплоносителя: система переноса теплоносителя от приемника к аккумуля- тору или к теплообменнику; рл.
21. Эколоеинеекие проблемы онергетиики 497 — тепловой аккумулятор, который обеспечивает смягчение зависимости от суточной изменчивости и погодных условий; — теплообменники, образующие нагревательный и охлади- тельный источники тепловой машины. Системы улавливания солнечной радиации, в зависимости от конструкции, обеспечивают разные степени концентрации. Малая степень концентрации (до 100) получается при использовании, например, параболических отражателей, ось которых перпендикулярна плоскости движения Солнца. Средняя степень концентрации (до 1000) может быть обеспечена применением фокусирующих гелиостатов, управляемых по двум степеням свободы. Примером такого гелиостата является зеркало в форме параболоида вращения, ось которого ориентируется на Солнце.
Высокая степень концентрации (более 1000) осуществляется оптической системой, состоящей из плоских гелиостатов и параболоидного отражателя. Система аккумуляции позволяет смягчить влияние изменчивости погодных условий и суточной изменчивости. Аккумулирование может быть кратковременным для предотвращения колебаний тепловой нагрузки из-за облачности, суточным для выработки электроэнергии в темное время суток и сезонным для обеспечения энергией потребителей в неблагоприятные сезоны. Аккумуляция энергии, как правило, осуществляется за счет накопления тепла.
Низкотемпературные системы аккумуляции (до 100'С), в частности водяные, широко применяются для отопления зданий и горячего водоснабжения. В низкотемпературных системах используются также фазовые переходы и обратимые реакции гидратации и сольватации солей и кислот. Для среднетемпературного аккумулирования (от 100 до 550'С) используются гидраты оксидов щелочно-земельных металлов.
Высокотемпературное аккумулирование (температура выше 550'С) осуществляется с помощью обратимых экзоэпдотермических реакций. Тип термодинамического цикла и рабочего тела определяется областью рабочих температур теплового двигателя. В настоящее время идеи термодинамического преобразования реализуются в схемах двух типов: гелиостаты башенного типа и станции с распределенным приемником энергии. На гелиостанции башенного типа энергия от каждого гелиостата передается оптическим способом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
