- •Предисловие
- •В результате изучения дисциплины студент должен:
- •1. Общая характеристика дисциплины
- •1.1. Общая характеристика курса
- •1.2. Профиль специальности
- •1.3. Назначение специалиста
- •1.4. Основные требования, предъявляемые к специалисту
- •1.5. Три аспекта энергетики
- •1.6. Значение энергетики в техническом прогрессе
- •Контрольные вопросы:
- •2. Энергетические ресурсы земли и их использование
- •2.1. Использование энергетических ресурсов
- •2.2. Виды энергоресурсов и их запасы
- •Контрольные вопросы:
- •3. Современные способы получания электрической энергии
- •3.1. Основные законы, на которых базируется современная наука и техника (законы сохранения материи и энергии)
- •3.2. Рабочее тело и его основные параметры
- •3.3. Процессы изменения состояния газа изотермические, адиабатические
- •3.4. Цикл Ренкина
- •3.5. Тепловые конденсационные электрические станции
- •3.6. Теплоэлектроцентрали
- •3.7. Газотурбинные установки
- •3.8. Парогазовые установки
- •3.9 Гидравлические электростанции
- •3.10. Гидроаккумулирующие электростанции
- •3.11. Приливные электростанции
- •3.12. Атомные электрические станции
- •Контрольные вопросы:
- •4. Возможные способы преобразования различных видов энергии в электрическую
- •4.1. Необходимость в развитии способов преобразования энергии в электрическую
- •4.2. Магнитогидродинамическое преобразование энергии
- •4.3. Термоэлектрические генераторы
- •4.4. Радиоизотопные источники энергии
- •4.5. Термоэмиссионные генераторы
- •4.6. Электрохимические генераторы
- •4.7. Геотермальные электростанции
- •4.8. Использование морских возобновляющихся ресурсов
- •4.9. Солнечные электростанции
- •4.10. Использование энергии реакторов-размножителей и термоядерных реакций
- •4.11. Новые способы получения электроэнергии
- •Контрольные вопросы:
- •5. Потребление электрической энергии
- •5.1. План гоэлро
- •5.2. Использование электрической энергии в народном хозяйстве
- •5.3. Энергетика и общество
- •5.4. Понятие об электроэнергетической системе
- •5.5. Принципы работы и конструктивное выполнение основных элементов электроэнергетической системы
- •5.6. Развитие энергетических систем и электрических сетей в России
- •5.7. Развитие электрических сетей за рубежом
- •5.8. Классификация передовых технических решений в сфере передачи электроэнергии
- •Контрольные вопросы:
- •6. Передача энергии на расстояние
- •6.1. Преимущества объединения энергетических систем
- •6.2. Управление энергетическими системами
- •Контрольные вопросы:
- •5. Назовите основные преимущества объединенной энергетической системы
- •7. Влияние техники и энергетики на биосферу
- •7.1. Энергетика и окружающая среда
- •7.2. Охрана природы
- •7.3. Биосфера и технический прогресс
- •7.4. Развитие энергетической техники и ее влияние на окружающую среду
- •Контрольные вопросы:
- •Заключение библиографический список
- •Содержание
- •Валиуллина Дилия Мансуровна Зимняков Сергей Андреевич Козлов Владимир Константинович
- •140400 «Электроэнергетика и электротехника»
4.9. Солнечные электростанции
К концу XX столетия человечество разработало и освоило ряд принципов преобразования тепловой энергии в электрическую энергию. Их можно условно разделить на машинные и безмашинные методы. Последние часто называют методами прямого преобразования энергии, поскольку в них отсутствует стадия преобразования тепловой энергии в механическую работу.
Среди машинных преобразователей наиболее известны паро- и газотурбинные установки. Пригодны они и для работы в космосе, но в этом случае необходим специальный теплообменник — излучатель, выполняющий роль конденсатора пара. При этом если в наземной паротурбинной установке теплота конденсации отводится циркулирующей водой, то в условиях космоса отвод тепла отработавшего в турбине пара или газа (если это газовая турбина) возможен только излучением. Поэтому энергоустановка должна быть замкнутой.
Отличительной чертой солнечных электростанций является наличие системы аккумулирования теплоты, которая обеспечивает работу станции в периоды кратковременных перерывов в поступлении солнечной радиации.
От недостатков, присущих машинным преобразователям, в известной степени свободны энергоустановки с так называемыми безмашинными преобразователями: термоэлектрическими, термоэмиссионными и фотоэлектрическими (солнечные батареи), непосредственно преобразующими энергию солнечного излучения в электрический ток.
Термоэлектрогенераторы (ТЭГ) основаны на открытом в 1821 году немецким физиком Т.И. Зеебеком термоэлектрическом эффекте, состоящем в возникновении на концах двух разнородных проводников термо-ЭДС, если концы этих проводников находятся при разной температуре.
Открытый эффект первоначально использовался в термометрии для измерения температур. Энергетический КПД таких устройств-термопар, подразумевающий отношение электрической мощности, выделяемой на нагрузке, к подведенному теплу, составлял доли процента. Только после того, как академик А.Ф. Иоффе предложил использовать для изготовления термоэлементов вместо металлов полупроводники, стало возможным энергетическое использование термоэлектрического эффекта, и в 1940-1941 годах в Ленинградском физико-техническом институте был создан первый в мире полупроводниковый термоэлектрогенератор. В 40-50-е годы была разработана теория термоэлектрического эффекта в полупроводниках, а также синтезированы весьма эффективные (по сей день) термоэлектрические материалы.
Открытое Эдисоном явление термоэмиссии (свойство эмиссирования частиц в металлах и полупроводниках при их нагревании) долгое время применялось в технике слабых токов. Позднее ученые обратили внимание на возможности использования метода для преобразования тепла в электричество.
Солнечная батарея основана на явлении внешнего фотоэффекта, проявляющегося на р-n -переходе в полупроводнике при освещении его светом. В результате при попадании на р-n -переход солнечного излучения происходит возбуждение электронов валентной зоны и образуется электрический ток во внешней цепи. КПД современных солнечных батарей достигает 13 — 15%.
Солнечные электростанции чаще всего имеют в своём составе зеркала, которые фокусируют солнечные лучи на приемнике, расположенном на 50-метровой высоте. Там вырабатывается пар с температурой более 600 °С, который приводит в действие традиционную турбину с подключенным к ней генератором тока. Неоспоримо доказано, что на таком принципе могут работать электростанции мощностью 10 — 20 МВт, а также и гораздо больше, если группировать подобные модули, подсоединяя их друг к другу.