Солнечные электростанции (2)

Реферат

Стоимость 1 кВт установленной мощности для такой станции составляет 1800 долл., тогда как для обычных топливных станций 200-300 долл.

Преимущество станций башенного типа заключается в том, что не нужно осуществлять транспортировку рабочей жидкости на большие расстояния от приемника до турбины, однако в них система сбора солнечной радиации оказывается дорогой и недостаточно эффективной. Из-за погрешностей в слежении, возможных при наличии большого количества гелиостатов, действительный коэффициент концентрации у термоэлектрогенератора часто составляет 1/3 расчетного.

Как показывает опыт, более перспективными оказываются станции с распределенным приемником энергии. В этих станциях концентраторы, представляющие собой параболоцилиндрические отражатели, вращаются вокруг одной оси и имеют трубчатые приемники, совмещенные с фокальной линией (рис. 9).

Вращение по одной оси позволяет существенно уменьшить стоимость концентратора при уменьшении количества получаемой энергии всего на 5% по сравнению с системой слежения, использующей вращение вокруг двух осей.

Первой станцией данного типа, стоимость электроэнергии которой сравнима со

стоимостью тепловых станций, стала станция, построенная американской фирмой «Луз», основанной в 1979 г. В 1985 г. этой фирмой построена солнечная электростанция в калифорнийской пустыне Мохаве, которая занимает 340 га. Еще на рассвете компьютерная система начинает ориентировать 540 тысяч параболоцилиндрических зеркал, чтобы они могли улавливать свет. Расположенные рядом зеркала поворачиваются за солнцем с восхода до заката. Они фокусируют солнечные лучи и направляют их на тонкую трубу из нержавеющей стали с черным покрытием. По трубе протекает синтетическое масло, которое нагревается до 390◦ С. Перегретое масло поступает в теплообменники, где отдает свое тепло воде, превращая ее в пар, который приводит в действие турбогенератор, обычного типа, вырабатывающий электроэнергию.

2.7. Плоские солнечные коллекторы

Плоский солнечный коллектор представляет собой теплообменник, предназначенный для нагрева жидкости или газа за счет солнечной энергии. Область применения плоских солнечных коллекторов — системы отопления жилых и производственных зданий, горячего водоснабжения, а также энергетические установки с низкокипящим рабочим телом. Основными элементами плоского солнечного коллектора (рис.10) являются:

  • поверхность, нагревающаяся за счет поглощения солнечной радиации и передающая теплоту рабочему телу;
  • стекло, подавляющее потери теплоты за счет излучения;
  • тепловая изоляция и корпус. Совершенство коллектора определяется его оптическим и тепловым КПД.

Оптический КПД η о показывает, какая часть солнечной радиации, достигающая поверхности остекленения коллектора, оказывается поглощенной абсорбирующей излучение черной поверхностью, и учитывает потери энергии, связанные с поглощением в стекле, отражением и отличаем теплового коэффициента теплового излучения абсорбирующей поверхности от единицы.

8 стр., 3685 слов

Солнечная электростанция

... параболические концентраторы " Комбинированные СЭС " Аэростатные солнечные электростанции СЭС башенного типа Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации. В центре станции стоит башня высотой от 18 до ...

Кроме этих потерь, в коллекторе любой конструкции присутствуют потери теплоты в окружающую среду Q ПOT , которые учитываются его тепловым КПД. Тепловой КПД равен отношению количества полезной теплоты Qпол, отведенной от коллектора за определенное время, к количеству энергии, поступающей к нему от Солнца за то же время.

2.8. Вакуумные коллекторы

Плоские солнечные коллекторы имеют при повышенных температурах сравнительно большой полный коэффициент потерь и низкий тепловой КПД. В силу этого обычно их используют в системах, где уровень нагрева теплоносителя не превышает 50 — 80◦С. В том случае, если необходим нагрев до более высоких температур, используют вакуумные коллекторы. В вакуумном коллекторе объем, в котором находится черная поверхность, поглощая солнечное излучение, отделен от окружающей среды вакуумированным пространством, что позволяет практически полностью устранить потери теплоты в окружающую среду за счет теплопроводности и конвекции.

Потери на излучение в значительной степени подавляются за счет применения селективного покрытия. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал, теплоноситель в нем можно нагреть до более высоких температур (120 — 150 ◦С), чем в плоском коллекторе. На рис.11 показаны примеры конструктивного выполнения вакуумных коллекторов.

2.9. Селективные покрытия

Эффективность работы гелиоэнергетических установок во многом зависит от оптических свойств поверхности, поглощающей солнечное излучение. Для сведения к минимуму потерь энергии необходимо, чтобы в видимой и ближней инфракрасных областях солнечного спектра коэффициент поглощения этой поверхности был как можно ближе к единице, а в области длин волн собственного теплового излучения поверхности к единице должен, стремиться коэффициент отражения.

Наибольшее распространение получили двухслойные селективные покрытия. На поверхность, которой необходимо придать селективные свойства, наносится слой с большим коэффициентом отражения в длинноволновой области спектра, например медь, никель, молибден, серебро, алюминий. Поверх этого слоя наносится слой прозрачной длинноволновой области, но имеющий высокий коэффициент поглощения в видимой и ближней ИК-областях спектра. Такими свойствами обладают многие окислы. Простейший пример получения двухслойной селективной поверхности — окисление поверхности металла. Двухслойная селективная поверхность возможна также в «обратном» варианте, когда названные выше слои располагаются в обратном порядке: слой, отражающий длинноволновое излучение, — сверху, а слой, поглощающий видимую и ближнюю ИК-области спектра, — снизу. В этом случае верхний слой для видимой части спектра должен быть прозрачен.

4 стр., 1698 слов

Теплообмен излучением. Теплоэнергетические установки

... коэффициент поглощения - отношение поглощенной телом энергии к падающей энергии. Так, если на тело падает излучение потока dФпад, то одна его часть отражается от поверхности ... работы - изучить особенности теплообмена излучением и теплоэнергетических установок. 1. Понятие теплового излучения Тепловое излучение - это электромагнитное излучение, которое возникает за счет энергии вращательного и ...

Селективность поверхности может быть обеспечена за счет чисто геометрических факторов: неровности поверхности должны быть больше длины волны света в видимой и ближней ИК- областях спектра и меньше длины волны, соответствующей собственному излучению поверхности. Такая поверхность для первой из указанных областей спектра будет черной, а для второй — зеркальной.

Селективными свойствами обладают поверхности с дендритной или пористой структурой при соответствующих размерах дендритных игл или пор.

Интерференционные селективные поверхности образованы несколькими перемежающимися слоями металла и диэлектрика, в которых коротковолновое излучение гасится за счет интерференции, а длинноволновое — свободно отражается.

2.10. Системы солнечного теплоснабжения.

Нагретый в коллекторе теплоноситель может быть использован в системах отопления,

горячего водоснабжения и для технических нужд. На рис.25 показаны примеры систем солнечного горячего водоснабжения.

Схема рис. 12,а работает по принципу термосифона. Бак с водой в этом случае располагается выще коллектора. Нагретая вода поступает в верхнюю часть бака, а ее место занимает холодная вода из его нижней части. Системы горячего водоснабжения с использованием термосифонного эффекта являются простыми (нет насоса и системы регулирования) и потому получили наиболее широкое распространение.

В схеме рис. 12,б предусмотрена принудительная циркуляция воды в контуре с помощью насоса. Насос включается автоматически, как только разность температур в верхней части коллектора и в нижней части бака достигает заданного значения. Бак в этой схеме может располагаться ниже коллекторов.

Если система рассчитана на работу в условиях отрицательных температур, используют двухконтурную схему с антифризом в первом контуре.

Передача теплоты от антифриза к воде может Осуществляться либо в аккумуляторном баке (рис. 12,в), либо в отдельном промежуточном теплообменнике (рис. 12,г).

Как правило, в системах горячего водоснабжения предусматривается вспомогательный источник теплоты (электрический или топливный), который либо встраивается в аккумуляторный бак, либо устанавливается на линии, идущей к нагрузке.

В принципе система теплоснабжения может быть спроектирована таким образом, чтобы полностью удовлетворять потребности в теплоте за счет Солнца, Однако экономически такой вариант, как правило, оказывается неоправданным, так как в летний период дорогостоящее гелио-оборудование оказывается сильно недогруженным.

3. Концентраторы солнечной энергии

Одним из препятствий на пути использования солнечного излучения в энергетике является его низкая плотность. Преодолеть это препятствие можно путем концентрирования излучения. Применение концентраторов позволяет не только поднять энергетическую эффективность солнечных фотоэлектрических установок, но и улучшить их экономические показатели за счет уменьшения расхода дефицитных полупроводниковых материалов, снижения стоимости и массы, повышения устойчивости к действию внешних факторов. При использовании концентрированного излучения для освещения модулей солнечных элементов одним из важных требований является равномерность плотности лучистого потока на приемнике. Для создания такого потока используются концентраторы с плоскими отражающими поверхностями — плоские фоклины. Если образующая концентратора является прямой линией, их называют односекцион-ными (рис.9,а), если ломаной — многосекционными (рис.9,6).

7 стр., 3289 слов

Солнечная энергетика

... конструкций и материалов для солнечных элементов Для эффективной работы солнечных элементов необходимо соблюдение ряда условий: оптический коэффициент поглощения (a) активного слоя полупроводника должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить поглощение существенной части энергии солнечного ...

Концентрация солнечного излучения в них достигается в результате многократного отражения от зеркальных поверхностей. Односекционные плоские системы позволяют увеличить в 2-10 раз концентрацию .солнечного излучения и во столько же раз снизить площадь полупроводниковых элементов для получения той же энергии.

Для этой цели применяются также фокусирующие коллекторные системы, в которых используются отражатели и линзы, фокусирующие лучи на солнечных элементах. Характер работы устройств двух типов различен, так как плоская система эффективна даже в облачную погоду, в то время как фокусирующие системы оправдывают себя только при прямом солнечном свете. Однако степень концентрации у них на много выше. Недостатки фокусирующей системы можно частично компенсировать, если снабдить ее

высокоэффективными солнечными элементами, включая элементы на монокристаллическом кремнии и арсениде галлия, КПД которых в настоящее время достигает 20-26%.

Использование концентрирующих систем позволяет снизить стоимость солнечных электростанций, так как они дешевле солнечных элементов, поэтому их применение на солнечных станциях даст возможность сэкономить на фотоэнергетических устройствах.

4. Гибридные солнечные станции

Рассмотрение основных методов преобразования солнечной энергии показывает, что каждый из них имеет определенные достоинства, однако ни один не может обеспечить надежное производство энергии.

Фотоэлектрические системы дают возможность производить электричество в светлое время суток, при этом радиация может быть прямой или рассеянной. Для их работы не требуется высокая степень концентрации. Однако в темное время суток производство энергии с помощью таких станций невозможно.

Солнечные станции, использующие термодинамический цикл, могут преобразовывать только прямую солнечную радиацию, поскольку для их работы требуется высокая степень концентрации солнечного излучения. Преимущество солнечно-термальных станций в том, что они приспособлены к высокотемпературному аккумулированию тепла в пределах суток, что позволяет производить электричество в темное время суток или в условиях кратковременного отсутствия прямой солнечной радиации. Высокотемпературное аккумулирование тепла в настоящее время потенциально более экономично, -чем батареи или другое нетопливное накопление, особенно когда жидкость-теплоноситель также и аккумулирует тепло. Однако при длительном отсутствии прямой солнечной радиации такие станции работать не могут, поскольку солнечная энергия аккумулируется ненадолго.

Долгосрочную аккумуляцию дает биоконверсия. Специальное выращивание биомассы с последующим ее пе-ребраживанием в спирт или метан позволяет создать искусственные аналогии процесса образования органического топлива,во много раз превосходящие по скорости естественные процессы. Недостатком системы биоконверсии является низкий КПД преобразования солнечной энергии. Он обусловлен низкой эффективностью фотосинтеза, в результате которого получается органическое топливо, требующее дополнительного преобразования, что еще больше уменьшает КПД системы.

14 стр., 6559 слов

Альтернативные источники энергии и возможности их применения в России

... солнечная энергия . Несмотря на такой большой потенциал в новой энергетической программе России вклад возобновляемых источников энергии на ... энергии. Геотермальная энергия по времени использования — наиболее старый источник альтернативной энергии. В 1994 г. в мире работало 330 блоков таких станций ... капитальными затратами на продуктивные скважины и систему сбора пара и является относительно невысокой. ...

Один из возможных путей повышения надежности солнечных станций — подключение к Солнечной системе недорогой системы на ископаемом топливе, энергия от которой может компенсировать колебания «со’лнечного снабжения». Однако гибридные системы такого типа уже не являются солнечными станциями в полном смысле слова.

Вместе с тем задачу надежного производства энергии с использованием только солнечной радиации можно решить, если построить гибридную станцию, совмещающую в себе все три метода преобразования солнечной энергии: фотоэлектрический, солнечно-термальный и биоконверсию. Действительно, в такой станции фотоэлектрическая система прямо преобразует солнечную радиацию в электричество, которое может потребляться сразу в момент его производства. Термодинамическая система аккумулирует солнечную энергию для работы станции в часы пик и в темное время суток. Система биоконверсии обеспечивает работу станции в периоды длительного отсутствия солнечной радиации за счет аккумулирования биотоплива.

Требуемое количество аккумулированной энергии зависит от расположения станций и может быть небольшим. Обычно потребность в электроэнергии имеет суточные пики в середине дня и сезонные в начале лета, т.е. тогда, когда возможна максимальная выработка энергии от солнечных установок. Поэтому для удовлетворения нужд довольно широкого круга потребителей вполне достаточно умеренного количества аккумулированной энергии.