
- •Возобновляемые источники энергии
- •Глава 16 посвящена очень важным для новой энергетики вопросам аккумулирования и передачи выработанной энергии.
- •Основы использования возобновляемых источников энергии
- •Введение
- •Основные понятия и определения
- •Энергии
- •Истощаемых источниках энергии
- •Научные принципы использования возобновляемых источнников энергии
- •Технические проблемы использования возобновляемых источников энергии
- •Энергии
- •Социально-экономические последствия развития энергетики на возобновляемых источниках энергии
- •Основы механики жидкости 2.1. Введение
- •Закон сохранения энергии, уравнение Бернулии
- •Закон сохранения количества движения
- •Вязкость
- •Турбулентность
- •Трение при течении в трубах
- •Глава 3.
- •Теплоперенос
- •Введение
- •Метод тепловой цепи и терминология
- •Теплопроводность
- •Конвективный теплообмен
- •Радиационный теплоперенос
- •Свойства прозрачных веществ
- •Теплоперенос посредством теплоносителя
- •Смешанный теплоперенос и его тепловая цепь
- •Глава 4 солнечное излучение 4.1. Введение
- •Космическое солнечное излучение
- •Составляющие излучения
- •Геометрия Земли и Солнца
- •Расположение приемника относительно Солнца
- •Влияние земной атмосферы
- •Оценки солнечной энергии
- •Расчет теплового баланса, общие замечания
- •Открытые нагреватели
- •Закрытые нагреватели
- •Системы с изолированным накопителем
- •Селективные поверхности
- •Вакуумированные приемники
- •Воздух)
- •Другие применения солнечной энергии
- •Введение
- •Подогреватели воздуха
- •Зерносушилки
- •Солнечные отопительные системы
- •Охлаждение воздуха
- •Опреснение воды
- •Солнечные пруды
- •Концентраторы солнечной энергии
- •Солнечные системы для получения электроэнергии
- •Глава 7
- •Фотоэлектрическая генерация
- •Введение
- •Кремниевый р—я-переход
- •Поглощение фотонов
- •Потребляемая солнечная энергия
- •Фотоэлектрические свойства цепи и нагрузки
- •Ограничения эффективности солнечных элементов
- •Конструкции солнечных элементов
- •2 При повышении температуры ширина запрещенной зоны уменьшается в таблице приведены данные для температуры окружающего воздуха
- •7.9. Фотоэмиссиоиные и термоэмиссионные системы
- •Глава 8
- •Гидроэнергетика
- •Введение
- •Основные принципы использования энергии воды
- •Оценка гидроресурсов для небольших станций
- •Активные гидротурбины
- •Реактивные гидротурбины
- •Гидроэлектростанции
- •Гидравлический таран
- •Пользуясь атласом, оцените гидроэнергетический потенциал страны или определенного района, действуя в такой последовательности.
- •Падающий на лопасти турбины Пельтона поток и отраженный образуют угол в в системе координат, связанной с лопастью. Скорость ut — тангенциаль
- •Ветроэнергетика
- •Введение
- •Классификация ветроустановок
- •Основы теории ветроэнергетических установок
- •Режимы работы ветроколеса
- •Метод линий тока
- •Характеристики ветра
- •Использование ветроколесом энергии ветра
- •Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок
- •Энергия; 6 — дорогая электроэнергия
- •Производство механической работы
- •Перспективы использования вэу
- •Фотосинтез
- •Введение
- •Трофический уровень фотосинтеза
- •Фотосинтез на уровне растений
- •Клетки губчатой ткани
- •"Замыкающая клетка устьица
- •Термодинамический анализ
- •Фотофизика
- •Фотосинтез на молекулярном уровне
- •Мембраны
- •Искусственный фотосинтез
- •Глава 11
- •Биотопливо
- •Введение
- •Классификация биотоплива
- •Сжигание биотоплива для получения тепла
- •Пиролиз (сухая перегонка)
- •Другие термохимические процессы
- •Газгольдер
- •Агрохимические способы получения топлива
- •Фермер, имеющий 50 свиней, предполагает использовать их навоз для получения биогаза в качестве топлира своего автомобиля.
- •Глава 12 энергия волн 12.1. Введение
- •Волновое движение
- •Энергия и мощность волны
- •Описание реальных волн
- •Устройства для преобразования энергии волн
- •Глава 13 энергия приливов 13.1. Введение
- •Причины возникновения приливов
- •Масштабы не соблюдены
- •Усиление приливов
- •Мощность приливных течений
- •Мощность приливного подъема воды
- •Угасающие приливы
- •Перспективные районы строительства приливных электростанций
- •Глава 14 преобразование тепловой энергии океана 14.1. Введение
- •Теплообменники
- •Требования к насосным агрегатам
- •Другие практические соображения
- •Глава 15 геотермальная энергия
- •Введение
- •Геофизика
- •Анализ свойств сухих горных пород и естественных водоносных пластов
- •Использование геотермальных ресурсов
- •Аккумулирование и передача энергии на расстояние 16.1. Значение процессов аккумулирования и передачи энергии
- •Биологическое аккумулирование
- •Химическое аккумулирование
- •Аккумулирование тепла
- •Аккумулирование электроэнергии: свинцово-кислотные батареи
- •1 Моль рь 207 г
- •Моль рьОг 239 г
- •Моля h2so4 196 г
- •Топливные элементы
- •Механическое аккумулирование
- •Передача энергии
- •Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
- •Глава 8. Гидроэнергетика 176
- •Глава 9. Ветроэнергетика 195
- •Глава 10. Фотосинтез 243
- •Глава 11. Биотопливо 266
- •Глава 12. Энергия волн 297
- •Глава 13. Энергия приливов 318
- •Глава 14. Преобразование тепловой энергии океана 336
- •Глава 15. Геотермальная энергия 348
- •Глава 16. Аккумулирование и передача энергии на расстояние 360
- •Твайделл Джон, Уэйр Антони Возобновляемые источники энергии
Дж.Твайделл
А.Уэйр
ОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ
ИСТОЧНИКИ
ЭНЕРГИИ
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ
Дж.Твайделл
А.Уэйр
Перевод
с английского под редакцией В. А.
Коробкова
МОСКВА
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ
1990Возобновляемые источники энергии
ББК
31.15 Т 26 УДК 620.92
Рецензенты
В. И. Виссарионов, В. А. Коробков
John
W. Twidell and Anthony D. Weir RENEWABLE ENERGY RESOURCES London: E.
& F. N. Spon, 1986
Твайделл
Джм Уэйр A.
Возобновляемые источники энергии: Пер.
с англ.—М.: Энергоатомиздат. 1990.—392 с.:
ил.
ISBN
5-283-02469-5 (рус.)
Книга
представляет собой введение в научно
обоснованный анализ возможностей
природных источников возобновляемой
энергии. Вопросы использования солнечной
энергии и ее производных, приливной
энергии и тепловой энергии недр планеты
рассмотрены в связи с фундаментальными
физическими процессами.
Для
инженерно-технических работников,
приступающих к работам по программам
использования возобновляемых источников
энергии
2201000000-353 ББК
31.15
051(01)-90
ISBN
5-283-02469-5 (рус.) ©
J. W
Twidell and A.
D. Weir,
1986
ISBN
0-419-12000-9 (англ.) ©
Перевод на русский язык,
Энергоатомиздат,
1990
ПРЕДИСЛОВИЕ
К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Без
преувеличения можно сказать, что история
развития общества — это и история
энергетики, причем первыми источниками
энергии для преобразовательной
деятельности человека были именно
возобновляемые источники энергии —
мускульная сила животных, ветер, реки,
приливы. Затем в ход пошли запасы
ископаемого топлива и в частности
ядерное горючее. Постоянно растущие
потребности в энергии так или иначе
удовлетворялись за счет вовлечения
новых ресурсов," совершенствования
технологии переработки топлива,
совершенствования потребления. И вот
здесь, когда казалось, что перспективы
ставшей традиционной энергетики на
ископаемом топливе (именно оно в
настоящее время является основным
источником энергии) достаточно устойчивы,
в нарастающем темпе стали проявляться
связанные с ней негативные эффекты:
тепловое, химическое, радиоактивное
загрязнение среды в сочетании с быстрым
уменьшением легкодоступных запасов
топлива, особенно нефти, газа,
высококачественного угля. Правда,
есть еще новые, во много раз более
экономичные способы переработки урана,
есть, наконец, возможность создания
термоядерных преобразователей, которые
должны позволить решить проблему
снабжения человечества энергией на
тысячелетия, но это не снимет проблем
теплового загрязнения, проблем
хранения отходов, проблем возможных
аварий энергетических гигантов.
Именно
здесь диалектика жизни вновь повернула
нас лицом к источникам возобновляемой
энергии, природа которых определяется
процессами на Солнце и в глубинах Земли,
гравитационным взаимодействием
Солнца, Земли и Луны. По оценкам
специалистов оказалось, что только
за счет извлечения доступной части
энергии, постоянно возобновляющейся
в Мировом океане путем образования
градиентов температур и соленостей,
волн, течений, приливов, можно получать
примерно в 10 раз больше энергии, чем
сейчас дают ежегодно «сжигаемые» 10
млрд. т условного топлива. А ведь есть
еще собственно излучение Солнца,
есть ветры, есть глубинное тепло Земли.
Даже активные сторонники опережающего
развития ядерной энергетики в своих
прогнозах на конец XXI в. «отдают»
возобновляемой энергии
з
не
менее 18% общего потребления, а это
примерно столько, сколько сейчас
человечество получает за счет ископаемого
топлива.
Возобновляемые
источники энергии привлекают своей
относительной экологической чистотой,
принципиальной возможностью создать
на планете общество, живущее в равновесии
со средой, возможностью распределения
преобразователей самого различного
масштаба и назначения по всей планете.
В перспективе это позволит даже
управлять климатом, что немаловажно,
если учесть энергозатраты, идущие на
преодоление последствий стихийных
бедствий, на отопление жилищ, на получение
пищи. Но чтобы использование возобновляемой
энергии вышло на требуемый уровень,
необходимо совершить революцию в наших
представлениях* о соответствующих
источниках, создать в обществе
предпосылки к широкому внедрению
соответствующих устройств, подготовить
специалистов, которые могли бы не
только разрабатывать такие устройства,
но правильно эксплуатировать их.
И
вот перед нами одна из новых книг по
этому вопросу. Книга несколько необычная.
Книга — учебник, книга — введение в
новую чрезвычайно широкую специальность,
по которой еще не выпускает инженеров
ни один вуз страны. Ее отличительная
особенность — масштабный охват явлений,
лежащих в основе создания соответствующих
преобразователей энергии. В то же время
в ней не отдается предпочтение каким-то
определенным преобразователям, нельзя
сказать даже, что она полностью описывает
всевозможные виды источников
возобновляемой энергии. Внешне
бесстрастная, она позволяет получить
общее представление о теории, лежащей
в основе создания широкого класса
устройств, но делает это так, что сразу
хочется что-то изобрести, что-то
применить у себя дома или на работе.
Книга
состоит из шестнадцати глав, пять из
которых носят обобщенный характер и
практически относятся ко всем видам
источников. Глава 1 посвящена принципам
энергетики на возобновляемых
ресурсах. Здесь не только даны необходимые
определения, но и проведен сравнительный
анализ различных видов возобновляемых
и невозобновляемых ресурсов по их
специфическим свойствам (интенсивность,
локализация, постоянство во времени,
безопасность, экологичность и т. д.).
Наряду с научными принципами
разработки источников такой энергии
рассматриваются общетехнические и
социальные моменты, связанные с ее
использованием. В частности, отмечается
то обстоятельство, что развитие
технологии возобновляемой энергии
должно привести к выравниванию
обеспеченности энергией районов с
различной плотностью населения, в том
числе и труднодоступных, а это
приведет к глубокой перестройке стиля
энергопотребления.
4
Главы
2—4 знакомят читателя с необходимыми
для понимания вопроса сведениями
из механики жидкости, теплопере- носа,
с физикой распространения солнечного
излучения. Здесь раскрыты основные
понятия, приведены наиболее часто
используемые соотношения, объяснены
основные физические законы, лежащие в
основе новой энергетики. С помощью
наглядных примеров показано, как эти
соотношения можно применять для
численных оценок. Здесь сразу следует
оговориться, что мате* матический
аппарат книги предельно упрощен. Это
приближает ее к широкому читательскому
кругу, сводя изначальные знания,
необходимые для понимания материала,
к получаемым на первом курсе любого
технического вуза. Поэтому когда по
ходу изложения авторам требуются более
сложные математические выкладки, они
предпочитают давать качественные
объяснения. Так они поступают, например,
вводя понятие турбулентности или
описывая различные виды теплообмена.
Главы
5—7 посвящены преобразованию солнечной
энергии в технических системах. Здесь
рассмотрены основные способы нагревания
воды — от непосредственного поглощения
излучения свободной водной поверхностью
до реализации систем со сложными
многослойными покрытиями, препятствующими
как отражению коротковолновой части
спектра, так и выходу наружу
.преобразованного длинноволнового
излучения. Интересны и наглядны
приведенные здесь электрические
аналогии процессов, происходящих при
различных способах нагревания. Много
внимания уделено способам
кондиционирования, дистилляции, сушки
— процессам, имеющим большое значение
в производственной деятельности и
требующим больших затрат энергии.
Рассмотрены способы накопления тепла
в солнечных прудах, различные концентраторы
излучения, термохимические преобразователи.
При описании принципов прямого
преобразования солнечной энергии в
электрическую с помощью полупроводниковых
систем особое внимание уделено физике
процессов, принципиальным и
технологическим ограничениям, связанным
с использованием таковых.
В
гл. 8 и 9 приведено описание наиболее
традиционных отраслей использования
возобновляемых источников энергии —
гидро- и ветроэнергетики. Детальность
описания здесь различна. Если в главе
о гидроэнергетике лишь упоминается о
современных крупных гидроэлектростанциях,
а основное внимание уделяется малым
ГЭС, то при описании ветроэнергетики
авторы стараются дать наиболее полную
сводку сведений, рассмотреть теоретические
и практические аспекты проблемы для
энергетики всех масштабов. Это связано
с тем, что сейчас в мире особенно велик
интерес именно к малым ГЭС, а
ветроэнергетика, переживающая
«второе рождение», занимает умы многих
специалистов, особенно в островных
государствах с малыми ресурсами
5