- •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
6.7. Солнечные пруды
Солнечный пруд представляет собой оригинальный нагреватель, в котором теплозащитной крышкой является вода. Водоём может быть вырыт в земле.
В солнечный пруд заливается несколько слоёв воды различной степени солёности. Наиболее солёный слой толщиной 0,5м располагается на дне. Солнечное излучение поглощается дном водоёма и придонный слой воды нагревается. Придонный слой не поднимается наверх и конвекция исключается. В солнечных прудах температура придонного слоя достигает 900С. Теплоёмкость и термическое сопротивление большого солнечного пруда достаточно, чтобы сохранить тепло до зимы и использовать его дпя отопления зданий.
Рис. 6.6. В солнечном пруду конвекция подавлена и придонные слои сохраняют тепло, полученное от Солнца.
6.8. Концентраторы солнечной энергии
Многие производства требуют высоких температур от 500 до 20000С, чем
те, которые можно получить с помощью лучших плоских пластинчатых нагревателей. Концентрирующий коллектор (гелиостат) включает в себя приёмник, поглощающий излучение и преобразующий его в какой – либо другой вид энергии и концентратор, который представляет собой оптимистическую систему, направляющую поток на приёмник. Обычно концентратор требуется непрерывно поворачивать, чтобы он во время работы был обращён к Солнцу. Апертура системы Аа есть площадь поверхности концентратора, обращённой к потоку излучения. Коэффициент концентрации У определяется как отношение апертуры к площади поверхности приёмника:
У = Аа/Ап (6.16)
Для идеального коллектора Х представляет собой отношение плотности потока излучения на приёмнике к плотности потока на концентраторе. Расстояние до Солнца L и его радиус Гc определяют конечный угол на поверхности
Земли, который ограничивает коэффциент концентрации величиной:
У < ( L/Гc) = 45000 (6.17)
Рис. 6.7. Параболический концентратор.
Показаны: приёмник, проходящий вдоль оси, опоры, поддерживающие приёмник и зеркало (а) и сечение устройства (б). 1- экран; 2- поглотитель; зеркало.
Параболический вогнутый концентратор
На рис.6.8. показан типичный коллектор. Концентратор представляет собой
Параболическое зеркало длиной ℓ с приёмником, расположенным вдоль его оси. Это даёт концентрацию энергии только в одном направлении, поэтому коэффициент концентрации меньше, чем для параболоида. Необходимо, чтобы коллектор следил за Солнцем только в одном направлении. Ось располагают с Запада на Восток и зеркало автоматически поворачивается вокруг оси,
отслеживая наклон в сторону Солнца. Энергия, поглощаемая приёмной трубкой, равна:
Рабс = ρс*αп*Ап*Gс, (6.18)
где ρс – коэффициент отражения концентратора;
αп – коэффициент поглощения приёмника;
Ап – площадь;
Gс – средняя облучённость зеркала.
Экран (рис. 6.8.), уменьшает тепловые потери поглотителя, а также закрывает его от прямого излучения, которое незначительно по сравнению с концентрированным. Приёмник теряет энергию только в направлениях, не защищённых экраном. Он излучает:
Ррад = ε·(σТr4)·(2πrℓ)·(1-ζ/π). (6.19)
где Т, ε и г – температура, излучательная способность и радиус поглощающей трубки; σ – постоянная Стефана – Больцмана = 5,67·10 -8Вт/м2К4
Обычно выбирают
г = D´·θ, (6.20)
где D´ - расстояние от концентратора до трубки.
Все тепловые потери, кроме радиационных, можно исключить, поэтому
Ррад = Рабс.
Максимальная температура составит 1160К.
Температура Т = 1160К намного выше той, которую можно получить с помощью плоского пластинчатого приёмника. При благоприятных условиях
Жидкость можно нагреть до 7000С. Если использовать объёмный параболический концентратор, который имеет форму параболоида вращения, то возможно достижение температуры до 3000К, но конструирование представляет большие трудности.