1598005349-cbdd2b750b348f5994382c5962e09db2 (811198), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В течение летнего солнечного дня на 1 м' поступает около 20 МДж солнечной энергии, при КПД солнечного опреснителя 0,36 за день испаряется слой воды толщиной 3 мм. Благодаря более эффективному использованию теплоты (в частности, для предварительного подогрева опресняемой воды за счет теплоты конденсации водяных паров) в многоступенчатых солнечных опреснитель! ных установках ее расход значительно ниже теоретического (670 кВт ч на ! м') п составляет всего 50— 60 кВт.ч/м', а в системах с применением обратного осмоса н электродиализа и того меньше — 5 — 15 кВт ч/м'. В установках последних типов потребление энергии пропорционально солесодержаиию воды, и при дпстилляцпи загрязненной маломинерализованной воды расход энергии составляет 1 кВт ч/м . Для крупномасштабных солнечных опреснительных установок с суточной производительностью 100 †2 м' , воды в день многоступенчатые установки имеют преимущество, так как они потребляют меньше энергии на перекачку, и оборудование в меньшей степени поддается коррозии.
В уже упоминавшейся крупной опреснительной установке в Лбу-Даби используются Вакуумироваиные трубчатые стекляниыс коллекторы площадью 1362 м', В нпх вода нагревается до 60'С и выше и по. дается в тепловой аккумулятор, благодаря чему обеспе- 12! чивается непрерывный процесс дистилляции. Температура воды, поступающей в испарители, равна 75 — 80'С. Требуемый расход теплоты составляет 45 кВт ч на 1 м' дистиллята, а расход электроэнергии 7 КВт.ч/ма, Применение солнечных батарей позволит существенно снизить стоимость получаемой воды.
Солнечные холодильные и водоподъемные установки. Принцип работы х о л о д и л ь н ы х установок описан в гл. 3. Холод можно получать в солнечных абсорбционных холодильных установках периодического действия. Для установок этого типа характерно совмещение в одном аппарате двух элементов системы, Так, генератор и абсорбер совмещаются с коллектором солнечной энергии, а испаритель — с конденсатором, однако эти функции онн выполняют в разное время суток.
В дневное время коллектор солнечной энергии служит генератором, а ночью — абсорбером. Под действием поглощенной солнечной энергии днем из крепкого раствора аммиака в воде, находящегося в коллекторе, выделяется аммиачный пар, который затем превращается в жидкость в конденсаторе. Жидкий аммиак накапливается в спецвальной емкости с водяной рубашкой. В ночное время происходит охлаждение коллектора при открытой крышке и давление в системе падает. Аммиак в емкости испаряется, отбирая теплоту у воды в кожухе конденсатора-испарителя, а пар поступает в абсорбер-коллектор, где он поглощается слабым раствором, образуя крепкий водоаммначпый раствор.
Прн этом вода в кожухе охлаждается до температуры — 5 "С и превращается в лед. На следующий день цикл повторяется. Принцип работы другой холодильной установки, пет рнодического действия, обеспечиваюшей температуру 4 'С в камере для хранения вакцины, основан на процессах адсорбцни-десорбции в системе цеолит †во (рис 65). Днем в солнечном коллекторе (КСЭ), содержашем насыщенный водой цеолит, в результате повышения температуры давление в КСЭ становится выше давления паров, соответствующего температуре в конденсаторе, Часть воды из цеолита десорбируется, и пары кондепсируются в конденсаторе.
Под действием силы тяжести вода стекает в испаритель, помещенный в тепло- изолированный ящик с крышкой. В ночное время температура в КСЭ постепенно сни- жается и давление в нем становится ниже давления паров при температуре в испарителе Тн. При этом находя щаяся в нем вода испаряется и образующиеся водяные пары поступают в КСЭ и там адсорбируются цеолитом. Процесс идет с поглощением теплоты, и при этом возникает охлаждаюший эффект в испарителе и даже может образовываться лед. Вентиль обеспечивает переключение контуров циркуляции днем и ночью.
Охлаждаемые медикаменты помешают в ящик. Ряс. 65. Солнечная холоннльнаа камера для хранения накннны: ! — солнееныа коллектор; 2 — конденсатор; 5 — нсварнтель, "б — теплонаолн рованнаа канера; 5 — крышка; б — ан. аулы с вакавноа; у — вентиль В солнечных водоподъемных установках для привода насоса используются солнечные, батареи или тепловые двигатели, работаюшие по термодинамическому циклу с низкокипягцей рабочей жидкостью. Мошность привода зависит от производительности и напора насоса, определяемого глубиной скважины, обычно достаточно 3 — 15 кВт. 15. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОМАССЫ При фотосинтезе в зеленых растениях используется солнечная энергия.
Механизм фотосинтеза можно представить в виде следующей реакции; хлорофилл+пСОа+ +пНаО+свет- хлорофилл +пСНаО+ пО„где СН,О— часть молекулы углевода, содержащей один атом углерода. Простейший углевод глюкоза имеет формулу 6(СНхО), т. е, содержит шесть атомов углерода. Диоксид углерода и вода поглошают только ультрафиолетовое излучение н длинное инфракрасное излучение, а хлорофилл растений поглощает весь видимый свет (с дли- о ной волны короче 6800 А), при этом он активируется и пе. редает свою энергию воде, которая выделяет атом водорода для реакции с СОх. За этим процессом следуют другие химические реакции, в основном контролируемые энзимахси и дающие жиры, белки и углеводы.
Эффективность фотосинтеза в естественных условиях чрезвычай- но низкая — около 1 %, однако ежегодный прирост биомассы по своему энергосодержанию в 10 раз превышает годовое потребление энергии в мире и в 200 раз — энергосодержание пиши, потребляемой человечеством. Основными источниками биомассы являются леса и сельское хозяйство. За год леса дают 7,5 10" т биомассы, а отходы сельскохозяйственного производства— 4,2 10'т биомассы. В лабораторных условиях эффективность фотосинтеза достигает 35 %. Использование фотосинтеза для выращивания быст,рорастущих растений — сахарного тростника, кенафа, подсолнечника, сорго, маниоки, сине-зеленых водорослей, переработка биомассы с помощью солнечной энергии, биофотолнз воды для производства водорода, биоконперсия органических материалов в метан, пиролиз и химическое восстановление органических материалов с получением твердых, жидких и газообразных топлив — вот те технологии, которые разрабатываются для получения экологически чистого топлива с помощью солнечной энергии.
Производительность солнечной установки для выращивания водорослей зависит от интенсивности и спектрального состава света, тепловых и гидродинамических параметров процесса, конструкции фотосинтезируюшего аппарата, концентрации углекислоты, количества и состава питательной среды, вида водорослей и т. п. Важным источником биомассы являются отходы сельского хозяйства, переработки древесины, городские пищевые отходы. Преобразование биомассы в топливо включает биологические методы — аэробное брожение, анаэробную ферментацию, гидролиз с помощью кислот и энзимов, микробиологические и биофизические процессы, термохимические методы — пнролиз, восстановление, гидрогавификацию и прямое сжигание.
Из отходов можно производить синтетическую нефть и газ, биогаз и спирты, которые заменят нефтепродукты и природный газ, в том числе в двигателях внутреннего сгорания, В Бразилии производят этиловый спирт из растительного сырья — сахарного тростника и маниоки, имеющих рожайность соответственно 50 — 60 и 15 — 40 т с 1 га. ыход этилового спирта составляет 70 л из 1 т сахарного тростника и 170 л из 1 т маниоки. Этиловый спирт заменяет бензин в 50 7б автопарка страны. Большие перспективы у солнечно-водородной энергетики. Водород удобен для транспорта энергии на большие расстояния по трубопроводам.
Он является ва>киейшим химическим сырьем и энергоносителем, его можно применять в качестве экологически чистого (при его сжигании образуется вода) топлива для двигателей внутреннего сгорания и технологических процессов для производства электроэнергии в топливных элементах. Водород можно аккумулировать посредством гндридов металлов или в жидком виде. Производство водорода путем электролиза воды с использованием электроэнергии, получаемой на СЭС, является весьма эффективным и сравнительно дешевым процессом.
Перспективен ме;оз 'получения водорода путем биофотолиза воды с использованием фотосинтеза зеленых растений нли сине-зеленых водорослей. Разрабатываются способы получения водорода с непрямыми химическими циклами, приводя- шими к разложению воды н получению водорода при невысоких температурах. Глава пятая РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ УСТАНОВОК 1б, РАСПОЛАГАЕМОЕ КОЛИЧЕСТВО СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА Расчет солнечных установок включает определение располагаемого количества солнечной энергии, тепло производительности солнечного коллектора и установки в целом, тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения, энергетических и геометрических характеристик гелиоснстемы, в том числе плошади поверхности коллектора, объема аккумулятора теплоты, годовой доли солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки и годовой экономии топлива.
Определение располагаемого количества солнечной энергии. Количество солнечной энергии, поступающей иа горизонтальную поверхность Земли, сильно зависит от широты местности (см. рис. 1 и табл. 1). Отношение сред- гяв б = 23,458!и (360 — ), 284+ л 1 366 Троекпедпя С немесячных приходов солнечной радиации в июне и декабре с увеличением широты возрастает, и на широте 50' с. ш. оно приблизительно равно 13. Еще в большей мере различается поступление солнечной энергии в самый хороший и самый плохой дни года, при этом отношение Екакг и Е „„может достигать 50.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
