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

Текст из файла (страница 2)

Распределение солнечной радиации зависит от широты места: на экваторе – максимальная светимость и убывает к полюсам. Если говорить про Россию, то наша страна находится между 41 и 82 градусами северной широты и уровни солнечной радиации на ее территории существенно варьируются, как на Рис. 3. Распределение солнечной светимости на территории России.Совокупный потенциал солнечной энергии оценивается в 2,3 трлн тонн условного топлива, но по территории радиация варьируется от 810 кВт-час/м² до 1400 кВт-час/м².

Главным преимуществом солнечной энергии является то, что запасы ее бесконечны. Пока светит солнце ее можно использовать, а когда солнце погаснет, человечеству она уже не потребуется.

Вторым преимуществом считается ее экологическая чистота. Действительно, при преобразовании солнечной энергии в электрическую не происходит загрязнений атмосферы и окружающей среды. Но производство кремния - основного и незаменимого элемента солнечных батарей – одно из самых грязных на планете. При массовом использовании солнечных батарей экологии может быть разом нанесен немалый ущерб.

К тому же, использованию солнечной энергии мешает ряд других трудностей. Хотя полное количество этой энергии огромно, она неконтролируемо рассеивается. Чтобы получать большие количества энергии, требуются коллекторные поверхности большой площади. Кроме того, возникает проблема нестабильности энергоснабжения: солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная погода, день сменяется ночью. Следовательно, необходимы накопители солнечной энергии. И наконец, многие виды применения солнечной энергии еще как следует не апробированы, и их экономическая рентабельность не доказана.

Можно указать три основных направления использования солнечной энергии: для отопления (в том числе горячего водоснабжения) и кондиционирования воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового цикла.

Одной из наиболее перспективных технологий солнечной энергетики является создание фотоэлектрических станций с солнечными элементами на основе кремния, которые основаны на способности фотонов при прохождении через полупроводниковый слой создавать в нем разность потенциалов, которая, при замыкании в электрическую цепь, создает электрический ток. В основном, КПД таких систем составляет 12-15%. Лабораторные образцы имеют КПД 23%. Мировое производство солнечных элементов превышает 50 МВт в год и увеличивается ежегодно на 30%. При выборе фотоэлементов нужно учесть то, что монокристаллы более долговечны и эффективны, а поликристаллы часто ломаются и менее эффективны. При этом первым требуется постоянный открытый солнечный свет, а вторые довольствуются более пасмурной погодой.

Солнечные батареи получили известность в начале космической эры. Они по сей день используются, как источники энергии для космических кораблей и межпланетных станций. Солнечная энергия используется также в небольших автомобилях на солнечных батареях.

А в бывшем СССР недалеко от Керчи сооружена станция мощностью в 5МВт. Вокруг башни концентрическими зеркалами размещены 1600 зеркал, направляющих солнечные лучи на паровой котел, который венчает 70-метровую башню. Зеркала площадью 25 м2 каждое с помощью автоматики и электроприводов следят за Солнцем и отражают солнечную энергию точно на поверхность котла, обеспечивая ее плотностью потока в 150 раз большую, чем Солнце на поверхности Земли. В котле при давлении 40 атмосфер генерируется пар с температурой 250ºС, поступающий на паровую турбину. В специальных емкостях-аккумуляторах под давлением содержится вода, накапливающая тепло для работы по ночам и в пасмурную погоду. Благодаря этим аккумуляторам станция может работать еще 3-4 часа после захода Солнца, а на половинной мощности – около полусуток.

Суммарная мировая мощность автономных фотоэлектрических установок достигла 500 МВт. Здесь следует упомянуть проект «Тысяча крыш», реализованный в Германии, где 2250 домов были оборудованы фотоэлектрическими установками. При этом роль резервного источника играет электросеть, из которой возмещается нехватка энергии. В случае же избытка энергии она, в свою очередь, передается в сеть. Любопытно, что при реализации этого проекта до 70% стоимости установок оплачивалось из федерального и земельного бюджетов.

При КПД солнечной электростанции (СЭС) 12% все современное потребление электроэнергии в России может быть получено от СЭС активной площадью около 4000 кв.м, что составляет 0.024% территории.

Наиболее практическое применение в мире получили гибридные солнечно-топливные электростанции с параметрами: КПД 13,9%, температура пара 371 °С , давление пара 100 бар, стоимость вырабатываемой электроэнергии 0,08-0,12 доллара/кВт-ч, суммарная мощность в США 400 МВт при стоимости 3 доллара/Вт. СЭС работает в пиковом режиме при отпускной цене за 1 кВт-ч электроэнергии в энергосистеме: с 8 до 12 час.-0,066 долл. и с 12 до 18 час.- 0,353 долл.. КПД СЭС может быть увеличен до 23% - среднего КПД системных электростанций, а стоимость электроэнергии снижена за счет комбинированной выработки электрической энергии и тепла.

Современный уровень производства солнечных элементов соответствует начальной фазе их использования для освещения, подъема воды, телекоммуникационных станций, питания бытовых приборов в отдельных районах и в транспортных средствах. Стоимость солнечных элементов составляет 2,5-3 доллара/Вт при стоимости электроэнергии 0,25-0,56 доллара/кВт-ч. Солнечные энергосистемы заменяют керосиновые лампы, свечи, сухие элементы и аккумуляторы, а при значительном удалении от энергосистемы и малой мощности нагрузки - дизельные электрогенераторы и линии электропередач.

Все фотоэлектрические системы (ФЭС) можно разделить на два типа: автономные и соединенные с электрической сетью. Станции второго типа отдают излишки энергии в сеть, которая служит резервом в случае возникновения внутреннего дефицита энергии. Автономная система, как на Рис. 5, в общем случае состоит из набора солнечных модулей, размещенных на крыше, аккумуляторной батареи (АБ), контроллера разряда – заряда аккумулятора, соединительных кабелей. Для получения переменного напряжения к комплекту добавляется инвертор-преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Рис. 5. Схема автономной системы.

Для установки, сначала рассчитывают ФЭС: определяется номинальная мощность модулей, их количества, схемы соединения; выбор типа, условий эксплуатации и емкости АБ; мощностей инвертора и контроллера заряда-разряда; определение параметров соединительных кабелей.

Необходимо вначале определить суммарную (расчетную) мощность всех потребителей, подключаемых одновременно.

Солнечный модуль выполняется в виде панели, заключенной в каркас из алюминиевого профиля. Панель представляет собой фотоэлектрический генератор, состоящий из стеклянной плиты, с тыльной стороны которой между двумя слоями герметизирующей (ламинирующей) пленки размещены солнечные элементы, электрически соединенные между собой металлическими шинами. Нижний слой герметизирующей пленки защищен от внешних воздействий слоем защитной пленки. К внутренней стороне корпуса модуля прикреплен блок терминалов, под крышкой которого размещены электрические контакты, предназначенные для подключения модуля. Модули производятся из псевдоквадратных монокремниевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), покрытых антиотражающим покрытием. Рабочее напряжение фотоэлектрических модулей обычно 12 В или 24 В.

Фотоэлементы заводского производства имеют определенную номинальную мощность, выраженную в ваттах пиковой мощности (Втп). Это показатель их максимальной мощности в стандартных условиях испытаний, когда солнечная радиация близка к своему максимальному значению в 1000 Вт/м2, а температура поверхности фотоэлемента 25 оС. На практике же фотоэлементам редко приходится работать в таких условиях. Один солнечный модуль в зависимости от количества пластин имеет мощность от 100 до 3000 Вт. В течение выбранного периода времени модуль мощностью Рм вырабатывает количество энергии, равное , где – выработанное количество электроэнергии, кВт-ч; 1000 – максимальное значение солнечной радиациию Вт/м²; η – коэффициент производительности системы (0.5 – летом и 0.7 – зимой ); Е – значение инсоляций за выбранный период для заданной широты, кВт/м².

Разделив потребляемую нагрузкой энергию в течение выбранного периода на энергию, выработанную одним модулем за этот же период, определим необходимое количество модулей фотоэлектрической системы: .

Стоимость ФЭС для автономной системы электроснабжения складывается из стоимости солнечных модулей, аккумуляторной батареи, инвертора, контроллера заряда АБ и соединительной арматуры (провода, выключатели, предохранители и т.п.).

Стоимость солнечной батареи равна произведению количества модулей на стоимость одного модуля. Стоимость инвертора зависит от его мощности и типа. Стоимость соединительной арматуры можно принять примерно равной 0,1 – 1% от стоимости системы.

Срок окупаемости ФЭС определяется как , где К – капитальные удельные затраты; С – тариф на электроэнергию; ε(z) – коэффициент использования номинальной мощности в зависимости от годовых эксплуатационных затрат.

Идет работа, идут оценки. Пока они, надо признать, не в пользу солнечных электростанций: сегодня эти сооружения все еще относятся к наиболее сложным и самым дорогостоящим техническим методам получения гелиоэнергии. Но может создаться такое положение в мире, когда относительная дороговизна солнечной энергии будет не самым большим ее недостатком. Речь идет о «тепловом загрязнении» планеты вследствие гигантского масштаба потреблении энергии. Необратимые последствия, утверждают ученые, наступят, если потребление энергии превысит сегодняшний уровень в сто раз. Упускать этого из виду никак нельзя. Вывод же ученых таков: на определенном этапе развития цивилизации крупномасштабное использование экологически чистой солнечной энергии становится полностью необходимым. Но это не значит, что у гелиоэнергетики нет противников. Вот их резоны: из-за низкой плотности солнечного излучения установка аппаратуры для его улавливания приведет к изъятию из землепользования огромных полезных площадей, не считая крайней дороговизны оборудования и материалов.

Геотермальные электростанции

Около 4% всех запасов воды на нашей планете сосредоточено под землей – в толщах горных пород. Воды, температура которых превышает 20º С, называют термальными (от греч. «терме» - «тепло», «жар»). Нагреваются подземные озера и реки в результате радиоактивных процессов и химических реакций, протекающих в недрах Земли. В районах вулканической деятельности на глубине 500-1000 м встречаются бассейны с температурой 150-250 ºС; вода в них находится под большим давлением и поэтому не кипит. В горных областях термальные воды нередко выходят на поверхность в виде горячих источников с температурой до 90 ºС.

Люди научились использовать глубинное тепло Земли в хозяйственных целях. В странах, где термальные воды подходят близко к поверхности, сооружают геотермальные электростанции (ГеоЭС). Они преобразуют тепловую энергию подземных источников в электрическую. Во всем мире, в настоящее время, существует более 8000 МВт генерирующих мощностей на геотермальных ресурсах. В России геотермальная энергия используется сравнительно в небольших масштабах как непосредственно для получения тепла, так и для генерации электроэнергии. Первая ГеоЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки, в долине реки Паужетка, в районе вулканов Кошелева и Кабального. На 2000 г. ее мощность составляла уже 11,3 МВт.

Преимущества геотермальной энергетики в ее практически полной безопасности для окружающей среды. Количество углекислого газа, выделяемого при производстве 1кВт электроэнергии из высокотемпературных геотермальных источников, составляет от 13 до 380 г (например, для угля он равен 1042 г на 1 кВт/ч).

К недостаткам относят: необходимость закачки воды обратно в подземные водоносные горизонты; высокая минерализация термальных вод; наличие в воде токсичных соединений и металлов. Эти недостатки, в большинстве случаев, исключают возможность сброса вод в расположенные на поверхности природные водные системы.

Существует несколько схем полу­чения электроэнергии на геотермальной электростанции. Прямая схема: природ­ный пар направляется по трубам в тур­бины, соединенные с электрогенерато­рами. Непрямая схема: пар предвари­тельно (до того, как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разруше­ние труб. Смешенная схема: неочищен­ный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшейся в результате кон­денсации, удаляют не растворившееся в ней газы.

Рис. 7. Пример схемы производства электроэнергии с помощью паровой геотермальной станции.

Добыча геотермальной энергии разнообразна и зависит от способа ее поступления. Иногда из-под земли вырываются струи сухого пара без содержания воды, так называемые паровые гейзеры. Чаще всего на таком месте строят геотермальную станцию, главная задача которой заключается в выработке электрической энергии из таких источников. Высокое давление и температура паровой струи начинает вращать соответствующие турбины, в результате чего и образуется электроэнергия. Технология производства электроэнергии во многом схожа с Гидроэлектростанциями, за исключением того, что вместо сжигания угля или газа для вращения турбины используется бесплатная энергия геотермального источника. В других местах геотермальные гейзеры помимо пара содержат в себе горячую воду, образуя единую пароводяную смесь. В таком случае пар искусственным путем отделяется от влаги, поскольку капельки воды могут повредить паровую турбину и направляется для образования электроэнергии, а горячая вода используется в качестве прямого нагрева теплоносителя для системы отопления и горячего водоснабжения жилых домов.

Характеристики

Список файлов реферата