25977-1 (707544), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Солнце - гигантское светило, имеющее диаметр 1392 тыс. км. Его масса (2*10³⁰ кг) в 333 тыс. раз превышает массу Земли, а объем в 1,3 млн. раз больше объема Земли. Химический состав Солнца: 81,76 % водорода, 18,14 % гелия и 0,1% азота. Средняя плотность вещества Солнца равна 1400 кг/м³. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий и ежесекундно 4 млрд. кг материи преобразуется в энергию, излучаемую Солнцем в космическое пространство в виде электромагнитных волн различной длины.

Верхней границы атмосферы Земли за год достигает поток солнечной энергии в количестве 5,6*10²⁴ Дж. Атмосфера Земли отражает 35 % этой энергии обратно в космос, а остальная энергия расходуется на нагрев земной поверхности, испарительно-осадочный цикл и образование волн в морях и океанах, воздушных и океанских течений и ветра.

Среднегодовое количество солнечной энергии, поступающей за 1 день на 1м² поверхности Земли, колеблется от 7,2 МДж/м² на севере до 21,4 МДж/м² в пустынях и тропиках.

Первые попытки использования солнечной энергии на

коммерческой основе относятся к 80-м годам нашего столетия.

Крупнейших успехов в этой области добилась фирма Loose

Industries (США). Ею в декабре 1989 года введена в эксплуатацию

солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт.

Здесь же, в Калифорнии, в 1994 году введено еще 480 МВт электрической мощности, причем, стоимость 1 кВтч энергии -- 7...8 центов. Это ниже, чем на традиционных станциях. В ночные часы и зимой энергию дает, в основном, газ, а летом в дневные часы -- солнце.

Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не случаен вывод, что в качестве партнера солнечной энергии должны выступать различные виды жидкого или газообразного топлива. Наиболее вероятной "кандидатурой" является водород. Его получение с использованием солнечной энергии, например, путем электролиза воды может быть достаточно дешевым, а сам газ, обладающий высокой теплотворной способностью, легко транспортировать и длительно хранить.

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.

Быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря снижению стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчете 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 ватта до 50 центов позволит гелиоустановкам конкурировать с другими автономными источниками энергии, например, с дизельэлектростанциями.

Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая наименование "Солар-91" и осуществляемая под лозунгом "За энергонезависимую Швейцарию!", вносит заметный вклад в решение экологических проблем и энергетическую независимость страны импортирующей сегодня более 70 процентов энергии. Гелиоустановку на кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2...3 кВт, монтируют на крышах и фасадах зданий. Она занимает примерно 20...30 квадратных метров. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000 кВтч электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд среднего швейцарского дома и зарядки бортовых аккумуляторов

электромобиля. Дневной избыток энергии в летнюю пору направляют

в электрическую сеть общего пользования. Зимой же, особенно в

ночные часы, энергия может быть бесплатно возвращена владельцу

гелиоустановки.

Крупные фирмы монтируют на крышах производственных

корпусов гелиостанции мощностью до 300 кВт. Одна такая станция

может покрыть потребности предприятия в энергии на 50...70%.

В районах альпийского высокогорья, где нерентабельно прокладывать линии электропередач, строятся автономные гелиоустановки с аккумуляторами.

Опыт эксплуатации свидетельствует, что Солнце уже в состоянии обеспечить энергопотребности, по меньшей мере, всех жилых зданий в стране. Гелиоустановки, располагаясь на крышах и стенах зданий, на шумозащитных ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных сооружениях не требуют для размещения дорогостоящей сельскохозяйственной или городской территории.

Современная концепция использования солнечной энергии наиболее полно выражена при строительстве корпусов завода оконного стекла в Арисдорфе, где солнечным панелям общей мощностью 50 кВт еще при проектировании была отведена дополнительная роль элементов перекрытия и оформления фасада.

КПД кремниевых фотопреобразователей при сильном нагреве заметно снижается и, поэтому, под солнечными панелями проложены вентиляционные трубопроводы для прокачки наружного воздуха. Нагретый воздух работает как теплоноситель коллекторных устройств. Темно-синие, искрящиеся на солнце фотопреобразователи на южном и западном фасадах административного корпуса, отдавая в сеть 9 кВт электроэнергии, выполняют роль декоративной облицовки.

Существуют и другие направления в освоении солнечной энергии. Это, прежде всего, использование фотосинтезирующей способности растений. Уже созданы и успешно работают, правда пока в лабораторных условиях, фотобиохимические системы, где энергия кванта света используется для переноса электронов. Они являются прообразом эффективных преобразователей будущего, использующих принципы естественного фотосинтеза.

Солнечные установки практически не требуют эксплуатационных расходов, не нуждаются в ремонте и требуют затрат лишь на их сооружение и поддержание в чистоте. Работать они могут бесконечно.

Солнечная энергия может непосредственно преобразовываться в механическую. Для этого используется двигатель Стирлинга. Если в фокусе параболического зеркала диаметром 1,5 м установить динамический преобразователь, работающий по циклу Стирлинга, получаемой мощности (1 кВт) достаточно, чтобы поднимать с глубины 20 метров 2 м3 воды в час.

Среднее за год значение суммарной солнечной радиации на

широте 55o, поступающей в сутки на 20 м2 горизонтальной

поверхности, составляет 50...60 кВтч. Это соответствует

затратам энергии на отопление дома площадью 60 м2.

Для условий эксплуатации сезонно обитаемого жилища средней

полосы наиболее подходящей является воздушная система

теплоснабжения. Воздух нагревается в солнечном коллекторе и по

воздуховодам подается в помещение. Удобства применения

воздушного теплоносителя по сравнению с жидкостным очевидны:

нет опасности, что система замерзнет;

нет необходимости в трубах и кранах;

простота и дешевизна.

Недостаток -- невысокая теплоемкость воздуха.

Конструктивно коллектор представляет собой ряд застекленных вертикальных коробов, внутренняя поверхность которых зачернена матовой краской, не дающей запаха при нагреве. Ширина короба около 60 см. В части расположения солнечного коллектора на доме

предпочтение отдается вертикальному варианту. Он много проще в строительстве и дальнейшем обслуживании. По сравнению с

наклонным коллектором (например, занимающим часть крыши), не

требуется уплотнения от воды, отпадает проблема снеговой

нагрузки, с вертикальных стекол легко смыть пыль.

Плоский коллектор, помимо прямой солнечной радиации,

воспринимает рассеянную и отраженную радиацию: в пасмурную

погоду, при легкой облачности, словом, в тех условиях, какие мы

реально имеем в средней полосе.

Плоский коллектор не создает высокопотенциальной теплоты,

как концентрирующий коллектор, но для конвекционного отопления

этого и не требуется, здесь достаточно иметь низкопотенциальную

теплоту. Солнечный коллектор располагается на фасаде,

ориентированном на юг (допустимо отклонение до 30o на восток

или на запад).

Неравномерность солнечной радиации в течение дня, а также

желание обогревать дом ночью и в пасмурный день диктует

необходимость устройства теплового аккумулятора. Днем он

накапливает тепловую энергию, а ночью отдает. Для работы с

воздушным коллектором наиболее рациональным считается

гравийно-галечный аккумулятор. Он дешев, прост в строительстве.

Гравийную засыпку можно разместить в теплоизолированной

заглубленной цокольной части дома. Теплый воздух нагнетается в

аккумулятор с помощью вентилятора.

Для дома, площадью 60 м2, объем аккумулятора составляет от

3 до 6 м3. Разброс определяется качеством исполнения элементов

гелиосистемы, теплоизоляцией, а также режимом солнечной

радиации в конкретной местности.

Система солнечного теплоснабжения дома работает в четырех

режимах:

отопление и аккумулирование тепловой энергии;

отопление от аккумулятора;

аккумулирование тепловой энергии;

отопление от коллектора.

В холодные солнечные дни нагретый в коллекторе воздух

поднимается и через отверстия у потолка поступает в помещения.

Циркуляция воздуха идет за счет естественной конвекции. В ясные

теплые дни горячий воздух забирается из верхней зоны коллектора и с помощью вентилятора прокачивается через гравий, заряжая тепловой аккумулятор. Для ночного отопления и на случай пасмурной погоды воздух из помещения прогоняется через аккумулятор и возвращается в комнаты подогретый.

В средней полосе гелиосистема лишь частично обеспечивает

потребности отопления. Опыт эксплуатации показывает, что

сезонная экономия топлива за счет использования солнечной

энергии достигает 60%.

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ ИЗ КОСМОСА

Идея сооружения Международной опытной космической электростанции (КСЭС), подающей электроэнергию земным потребителям, возникла в 1960 году и не сходит с тех пор со страниц популярных и научных изданий.

КСЭС в совокупности с промежуточными атмосферными сооружениями сможет на только подавать электроэнергию земным потребителям, но и непосредственно освещать большие участки земной поверхности ночью и затенять их днем, регулировать климатические условия, уничтожать тайфуны и смерчи, снабжать энергией космические корабли, воздушные средства, наземный транспорт, удаленные от линий электропередачи промышленные предприятия и т.д.

Целесообразность создания КСЭС диктуется неисчерпаемостью солнечной энергии, экологическими соображениями и необходимостью сохранять ныне широко применяемые природные энергоносители (нефть, газ, уголь) для нужд химической промышленности.

КСЭС с периодически сменяемым персоналом могла бы стать на только прообразом сверхмощных станций будущего, но и одновременно выполнять огромное количество обычной “космической работы” (исследования, наблюдения, эксперименты) Потребность в такой опытной КСЭС имеется уже сейчас, причем не только потребность, но и возможность ее создания при условии международного сотрудничества.

При этом следует учесть, что наша страна первой в мире освоила пилотируемые космические полеты с пребыванием людей на станции в течение одного года, у нас создан и опробован в космосе уникальный монтажный инструмент, а космонавтами получен уникальный опыт работы по развертыванию крупногабаритных космических сооружений, в том числе и дополнительных панелей солнечных батарей, освоены длительные рабочие выходы космонавтов в открытый космос, успешно проведены первые испытания новой универсальной ракеты-носителя “Энергия”, способной выводить на околоземную орбиту более 100 т полезного груза.

Практическое использование солнечной энергии в космонавтике началось в 1958 году на первом ИСЗ США и на третьем советском ИСЗ. Эти спутники, как известно, имели солнечные батареи.

Первая публикация по проблеме КСЭС с изложением технической сущности принадлежит американскому инженеру П. Гейзеру. В его проекте масса КСЭС достигает 30 тыс.т, размер (“размах”) солнечных батарей 60 км, а электрическая мощность - примерно 8,5 ГВт. Таким образом, мощность спроектированной станции выше мощности эксплуатируемых ныне крупнейших электростанций мира: ГЭС “Гленд-Кули” (США) - 6,2 ГВт, Красноярской ГЭС - 6 ГВт, АЭС “Фукушима”- 4,7 ГВт, ТЭС “Кашима”- 4,4 ГВт (Япония).

Целесообразность создания КСЭС и КТЭС диктуется неисчерпаемостью как солнечной энергии, так и горючего для КТЭС- космического водорода, экологическими соображениями и необходимостью сохранить ныне широко применяемые природные химические энергоресурсы для нужд химической промышленности.

В связи с печальным опытом аварии на Чернобыльской АЭС возникает вопрос, а не грозит ли создание КСЭС какими-либо новыми бедами людям, ведь передача энергии будет происходить через атмосферу, а следовательно, воздействовать на ее состав и динамику. Будет ли это воздействие положительным? Расчеты вселяют оптимизм, но окончательный ответ может дать только опытная эксплуатация электропередачи Космос-Земля.

Наличие энергетических установок характерно для всех космических аппаратов. Характеристики космических солнечных батарей (СБ), применяемых в настоящее время, весьма разнообразны. Удельная масса панельных СБ составляет 5-10 кг/м², причем около 40 % массы приходится на полупроводниковые элементы, а остальное на конструкцию. Ожидается, что использование материалов на основе бора и углерода позволит уменьшить массу конструкций в 2 раза.

Срок службы СБ пока подтвержден 5 годами, однако считается, что он может составить 30 лет, правда , с деградацией (уменьшением) КПД СБ к концу этого периода на 40 %.

Достигнутое КПД для двухслойного элемента, составленного из арсенида галлия (GaAs) и кремния (Si), равно 28,5 % , что касается дальнейших перспектив, то они оцениваются довольно высокими значениями до 60 %.

В космической энергетике большая роль отводится аккумуляторам. Самые лучшие из современных маховиков способны накапливать весьма значительную энергию - до 1 МДж/кг, хотя существуют и такие экспериментальные устройства, которые способны накапливать энергию до 12 МДж/кг. Но для расчетов ограничиваются значением 0,07 МДж/кг.

Вряд ли первая опытная КСЭС установленной мощностью для земных потребителей 5000 кВт способна сколько-нибудь существенно помочь энергетике нашей страны. Тем не менее она, как и первая АЭС, необходима, причем главный смысл ее эксплуатации - натуральное изучение способов беспроводной передачи энергии на сверхдальние расстояния, изучение влияния этого процесса на окружающую среду, оптимизация параметров станции.

Первые практические опыты в нашей стране по передаче энергии без проводов с помощью СВЧ-излучения были проведены под руководством профессора С.И. Тетельбаума в Киевском политехническом институте около 30 лет назад. две простейшие квадратные антенны со стороной квадрата 100 м при длине волны 1 см позволили передавать энергию на расстояние 50 км с КПД 40%, а на расстояние 5 км - с КПД 60%. Современное состояние техники позволяет существенно улучшить все показатели беспроводной линии передачи энергии с помощью СВЧ-излучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Можно сказать с уверенностью что человек зависим от энергии. Для решения той или иной задачи необходима энергия и потребности в ней возрастают, но запасы традиционных топлив (нефти, газ, угля и др.) кончены. Существует необходимость введение нетрадиционных источников энергии. По моему мнению нетрадиционные источники необходимо вводить постепенно, первоначально необходимо оптимально использовать

имеющуюся энергию, повысить КПД имеющихся источников.

Наиболее оптимальным источником мне кажется солнечная энергия,

в сравнении с ветровой энергией так как доля затрат на эксплуатацию значительно ниже. Но будущее энергетики стоит за смешенными источниками.

Электроэнергия из космоса выглядит как выдумка фантаста, как нечто сказочное, но может быть через некоторое время это будет так же обыденно как электрическая лампочка.

Энергетическая проблема может быть решена если начать движение в этом направлении. Необходимо действовать сейчас.

Список используемой литературы:

• Янтовский Е. Стратегия энергетики ''Наука и жизнь'' № 1 1991 67стр

• Лаврус В.С. Источники энергии "Информационное Издание" 1997 63стр

• Ревель П. Вилипп К.А. Энергетические проблемы человека ''Среда нашего обитания'' Кн. 3 1995 291стр

Характеристики

Список файлов реферата