- •Возобновляемые источники энергии Учебное пособие для вузов
- •1. Введение
- •2. Сведения из сопутствующих технических дисциплин
- •2.1. Закон сохранения энергии, уравнение Бернулли.
- •2.2. Закон сохранения количества движения
- •2.3. Вязкость
- •2.4. Турбулентность
- •2.5.Трение при течении в трубах
- •3. Теплоперенос
- •3.1. Метод тепловой цепи и терминология
- •3.2. Теплопроводность
- •3.3. Конвективный теплообмен
- •3.4. Радиационный перенос
- •3.5. Свойства прозрачных веществ
- •3.6. Теплоперенос посредством теплоносителя
- •3.7. Смешанный теплоперенос и его тепловая цепь
- •4. Солнечное излучение
- •4.1. Космическое солнечное излучение
- •4.2. Геометрия Земли и Солнца
- •5. Нагревание воды солнечным излучением
- •5.1. Расчёт теплового баланса
- •5.2. Открытые нагреватели
- •5.3. Закрытые нагреватели
- •5.4. Системы с изолированным накопителем.
- •5.5.Селективные поверхности.
- •5.6. Вакуумированные приёмники
- •6. Другие применения солнечной энергии
- •6.1. Подогреватели воздуха
- •6.2. Зерносушилки
- •6.3. Солнечные отопительные системы
- •6.4. Охлаждение воздуха
- •6.6. Опреснение воды
- •6.7. Солнечные пруды
- •6.8. Концентраторы солнечной энергии
- •6.9. Солнечные системы для получения электроэнергии.
- •7. Фотоэлектрическая генерация.
- •7.1. Поглощение фотонов.
- •8. Энергия ветра
- •8.1. Ветроэнергетический кадастр
- •8.2. Классификация ветроустановок
- •8.3. Основы теории ветроэнергетических установок. Преобразование энергии ветра
- •8.4. Лобовое давление на ветроколесо
- •8.5.Крутящий момент.
- •8.6. Характеристики ветра.
- •8.7. Использование ветроколесом энергии ветра.
- •8.8. Удельные мощность и энергия ветрового потока.
- •8.9. Производство механической работы.
- •9.Гидроэнергетика.
- •9.1. Основные принципы использования энергии воды.
- •9.2. Активные гидротурбины.
- •9.3. Размер струи и размер сопла.
- •9.4. Размер колеса турбины и его угловая скорость.
- •9.5. Реактивные гидротурбины.
- •9.6. Гидроэлектростанции.
- •10. Геотермальная энергия.
- •11. Энергия Мирового океана.
- •11.1. Энергия приливов и отливов.
- •1 1.2. Основы теории приливов.
- •11.3. Мощность приливных течений.
- •11.4. Энергия волн.
- •11.5. Энергия и мощность волны.
- •11.6. Отбор мощности от волн.
- •11.7. Утка Солтера.
- •11.8. Преобразование тепловой энергии океана.
- •12. Энергия биомассы.
- •12.1. Классификация основных типов процессов, связанных с переработкой биомассы.
- •12.2. Производство биомассы для энергетических целей.
- •12.3. Сжигание биотоплива для получения тепла.
- •12.4. Пиролиз (сухая перегонка).
- •12.5. Получение биогаза путём анаэробного сбраживания.
- •13. Аккумулирование и передача энергии на расстояние.
- •Литература
5.2. Открытые нагреватели
Открытый резервуар на поверхности Земли (рис.5.1а), например, бассейн. Ёмкость с водой нагревается под действием солнечного излучения, однако повышение температуры ограничено, т.к. тепло легко передаётся Земле. Открытый резервуар, изолированный от Земли (рис.5.1б). Тепловые потери меньше, но повышение температуры ограничено вследствие низкого коэффициента поглощения воды (αпв = 1-τ<<1) и значительная часть тепла идёт на испарение.
Чёрный резервуар (5.1в). Потери тепла на испарение равны 0. Чёрная поверхность поглощает излучение лучше, чем вода (αп = 0,9). Вода нагревается до 450С. Чёрная резина быстро разрушается на Солнце.
Чёрный резервуар с изолированным дном (рис.5.1г). Если изолировать дно приёмника (рис.5.1в), потери тепла можно уменьшить в два раза. В качестве изолятора можно использовать стеклоткань, пенополистирол, древесную стружку, минвату и т.д.
5.3. Закрытые нагреватели
Тд
Тж
Рис. 5.4. Закрытый чёрный нагреватель. Тн; Тс; Тст; Тж; Тд –температура неба, окружающей среды, стекла, жидкости, дна.
Наличие стеклянной крышки примерно в 4 раза повышает сопротивление теплопотерям. Температура воды может быть повышена на 500 С.
Металлические проточные нагреватели (Рис. 5.1е).
Вода протекает по параллельным трубкам, закреплённым на зачернённой металлической пластине. Здесь необходимо обеспечивать низкое термическое сопротивление между пластиной и трубками и вдоль пластины между трубками. Диаметр трубок составляет 2 см, расстояние между ними 20 см, толщина пластины 0,3 см. Пластину с трубками для защиты от ветра помещают в контейнер со стеклянной крышкой. Заполненная водой пластина более эффективна, чем трубчатая, т.к. имеет большую поверхность теплового контакта.
Эффективность плоского пластинчатого приёмника.
Поток тепла от приёмника с площадью Ао к теплоносителю при облучённости G определяется
Р= Ап*q = ηп*Aо*G (5.3)
Эффективность приёмника ηп –это произведение коэффициентов захвата излучения ηзи и передачи тепла жидкости hk :
ηп = ηзи*hk , (5.4)
ηзи = 0,85
Характеристики плоского пластинчатого приёмника могут быть улучшены в результате:
Если применить двойное остекление (Рис.5.1ж).
Уменьшить радиационные потери, если её поверхность делать не чёрной, а селективной, т.е. сильно поглощающей, но слабо излучающей в определённой области спектра.
5.4. Системы с изолированным накопителем.
Рис. 5.5. Нагревательная система с изолированным накопителем и принудительной циркуляцией
1 - приёмник; 2- регулятор; 3- изолированный накопительный резервуар; 4- насос.
Приёмники (Рис. 5.1е) нагревают небольшие объёмы жидкости, которая с помощью насоса перекачивается в изолированную накопительную ёмкость
(Рис. 5.5). Резервуары 100-200л могут обеспечить потребность домашнего хозяйства в горячей воде. Скорость прокачки выбирают такой, чтобы температура воды повышалась на 40С при каждом проходе через нагреватель. Недостатком систем является зависимость от электроэнергии, потребляемой насосом.