- •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
6.9. Солнечные системы для получения электроэнергии.
Концентрация солнечной энергии позволяет получать высокие температуры
для работы теплового двигателя с хорошим КПД. Мощность одного параболического концентратора с диаметром 30м составляет
π(15м)2 *(1кВт/м2) = 700кВт,
что позволяет получить до 200кВт электроэнергии. Солнечная энергия преобразуется в электрическую на солнечных электростанциях (СЭС), имеющих оборудование, предназначенное для улавливания солнечной энергии и её преобразования в теплоту и энергию. Для эффективной работы СЭС требуется аккумулятор теплоты и система автоматического управления. Улавливание и преобразование солнечной энергии в теплоту осуществляется с помощью оптической системы отражателей и приёмника сконцентрированной солнечной энергии, используемой для получения водяного пара или нагрева газообразного или жидкометаллического теплоносителя (рабочего тела). Для размещения СЭС лучше всего подходят засушливые и пустынные зоны. В настоящее время СЭС строятся 2 типов: СЭС башенного типа и СЭС распределённого (модульного типа). В башенных СЭС используется центральный приёмник с полем гелиостатов, обеспечивающих степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем сложная, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 5500С, воздух и другие газы – до 10000С, низкокипящие органические жидкости (в т. ч. фреоны) – до 1000С, жидкометаллические теплоносители – до 8000С. Главным недостатком башенных СЭС является их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так для размещения СЭС мощностью 100МВт, требуется площадь в 220га, а для АЭС мощностью 1000МВт – всего 50га. Башенные СЭС до 10МВт нерентабельны, их оптимальная мощность должна быть не менее 100МВт, высота башни 250м.
В СЭС модульного типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболический цилиндрический концентратор солнечного излучения и приёмник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединён с электрогенератором. При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны чем башенные. В СЭС модульного типа используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.
7. Фотоэлектрическая генерация.
Поглощение электромагнитных излучений (фотонов) в полупроводниках приводит к разделению носителей зарядов и образованию электронно-дырочных пар и внутреннего электростатического поля. Устройство для получения электрического поля за счёт солнечного излучения называется фотоэлементом. Фотоэлементы способны при плотности солнечного излучения
1кВт/м2 создавать разность потенциалов 0,5 В и ток плотностью 300А/м2, т. е. имеют КПД 15%. В типичном солнечном элементе только половина солнечного излучения трансформируется в электрическую. Отдельные фотоэлементы размером 10*10см собираются в модули по 30 штук. В каждом модуле 30 колонок из последовательно соединённых элементов. Такое устройство создаёт ЭДС порядка 15 В, что достаточно для зарядки 12- ти вольтовой батареи. Конструкция фотоэлемента должна быть герметичной и водонепроницаемой. Наибольшее промышленное применение получили фотоэлементы на основе кремния, арсенида галлия и сульфата кадмия. Для получения электрической энергии могут быть использованы генераторы, работающие на принципах фотоэмиссии и термоэмиссии электронов.