
- •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
твуют
рассматриваемой задаче. Тем не менее
данные метеостанций могут служить
базой для проведения сравнительного
анализа с результатами целевого
мониторинга. Так, например, сравнивая
результаты измерения скорости ветра
в течение нескольких месяцев в месте
предполагаемого размещения ветроустановки
с данными ближайшей метеостанции,
можно, опираясь на метеоданные за
более длительный период, экстраполировать
и результаты мониторинга скорости
ветра.
Значительно
сложнее проводить оценку возобновляемых
источников энергии, в основу которой
не могут быть положены стандартные
метеоданные. В этом случае необходимы
специальные методы измерений и
соответствующие приборы, что требует
значительных людских и материальных
ресурсов. К счастью, опираясь только
на данные метеорологии, сельскохозяйственных
наук и науки о море, можно и в этом случае
получить большую часть необходимой
информации.
Потребители
энергии и их характеристики. Производству
энергии всегда должно предшествовать
всестороннее изучение потребности в
ней. Так как производство энергии всегда
недешево и сопряжено с нежелательным
воздействием на окружающую среду,
очень важно расходовать ее эффективно
и экономично.
В
электросетях потребитель энергии
называется нагрузкой, и от ее характеристик
во многом зависит выбор используемого
источника электроэнергии. Вкладывая
средства в развитие энергетики,
следует помнить, что повышать эффективность
и экономичность потребителей, как
правило, выгоднее, чем увеличивать
производство энергии.
Больше
всего энергии расходуется на транспорте
и для производства тепла. Эти
потребители обладают, как правило,
различными накопителями (аккумуляторами)
энергии, поэтому включение их в
энергетическую систему может существенно
повысить ее эффективность.
Согласование
источников энергии и потребителей.
После
анализа характеристик потребителей и
потенциальных источников возобновляемой
энергии необходимо согласовать их друг
с другом. Согласование предполагает
выполнение следующих условий.
ляет
развязать во времени производство
энергии и ее потребление (в). Развязывание
источника энергии и потребителя с
помощью более крупной энергосистемы
(г). Система управления с прямой связью
с нагрузкой энергоустановки — самая
эффективная система управления при
использовании возобновляемой энергии
(д); число потребителей энергии можно
все время согласовывать с располагаемым
потоком энергии и-на этой основе
управлять работой
энергоустановки:
1
— возобновляемый источник энергии; 2
— источник
истощаемой энергии; 3
— преобразователь энергии, 4
— потребитель, 5
— сброс в окружающую среду; 6—накопитель
23Энергии
Энергоустановка
должна максимально эффективно
использовать возобновляемую энергию.
Сопротивления Г,
Д и Е
потоку энергии (рис. 1.4, а)
должны быть минимальны. В этом случае
будут сведены к минимуму энергетическое
оборудование и его размеры.
Использование
систем управления с отрицательной
обратной связью между потребителем
и источником энергии невыгодно, так
как приходится сбрасывать в окружающую
среду часть выработанной преобразователем
энергии (рис. 1.4, б).
Такое
регулирование оправдано только в
случае крайней необходимости или
когда удовлетворены все возможные
потребители энергии. Следует
заметить, что неэффективность принципа
регулирования с обратной связью в
энергетических установках на
возобновляемой энергии является
следствием постоянного существования
в окружающем пространстве потоков
этой энергии. Для невозобновляемого
источника энергии регулирование с
обратной связью выгодно, так как
уменьшает его расход.
Как
отмечалось в § 1.3, спрос на энергию
никогда не колеблется, точно так же
как ее производство энергоустановками
на возобновляемой энергии. Согласовать
спрос и предложение, не завышая при
этом мощность энергоустановки, можно
только, включив в энергосистему
накопители энергии (рис. 1.4, в).
Хорошие накопители энергии дороги
(см. гл. 16), особенно если разрабатывать
их приходится для уже действующей
энергосистемы.
Если
согласовать энергоустановку на
возобновляемой энергии с потребителями
очень сложно, от решения этой задачи
отказываются (рис. 1.4, г). В этом случае
эту установку подключают к более
крупной и универсальной по составу
источников энергии системе. Если
такие системы имеют накопители энергии
(например, гидравлические или тепловые),
их эффективность повышается и
становится возможным увеличить в них
долю установок на возобновляемой
энергии.
Наиболее
эффективная схема использования
энергии возобновляемых источников
показана на рис. 1.4, д.
При такой схеме к источнику энергии
подключаются в каждый момент столько
потребителей, чтобы суммарная нагрузка
соответствовала текущей мощности
источника. При этом отдельные потребители
могут в свою очередь иметь накопители
энергии или подстраиваться под
изменяющиеся параметры источника. В
таких схемах используется регулирование
с прямой связью (см. § 1-4).
Методы
управления. Для
согласования источников энергии с
потребителями используются различные
методы управления. Из изложенного выше
следует, что в энергосистемах с
возобновляемыми источниками энергии
можно использовать три ме-
24
|
f ) 5 Сток воды > |
||
6 |
|
7 |
билизиробанного
напряжения Потребители неста-
напряжвния
тода
управления, основанные на сбросе
излишков энергии, аккумулировании
энергии и изменении нагрузки. Эти методы
могут быть реализованы различными
способами применительно ко всей
энергосистеме или ее частям и
иллюстрируются такими примерами (рис.
1.5).
Система
со сбросом излишков энергии.
Потоки энергии возобновляемых источников
существуют постоянно, и если их не
использовать, они будут безвозвратно
потеряны. Тем не менее метод управления,
основанный на сбросе части этой
энергии, может оказаться самым
простым и дешевым. Такой метод управления
используется, например, на
гидроэлектростанциях (рис. 1.5, а), в
системах обогрева зданий солнечным
излучением с управляемыми заслонками,
в ветроколесах с изменяемым шагом.
Системы
с накопителями (аккумуляторами) энергии.
Накопители могут аккумулировать
энергию возобновляемых источников
как в ее исходном, непреобразованном
виде, так и в преобразованном, после
энергоустановки. В первом случае
управление запасами возобновляемой
энергии такое же, как и запасами
невозобновляемой энергии. Основной
недостаток систем регулирования с
такими накопителями — их относительно
вы
25
сокая
стоимость, сложность использования в
небольших энергоустановках и при
реализации дистанционного управления.
Например,
водохранилище, показанное на рис. 1.5,
б, сооружается, как правило, на
гидростанциях мощностью не менее 10
МВт. Механические же системы регулирования
расхода воды становятся чрезмерно
громоздкими и дорогими на станциях
мощностью более 10 кВт. Недостатком
водохранилищ является также ущерб,
наносимый ими окружающей среде. В
качестве накопителей преобразованной
энергии можно использовать аккумуляторные
батареи, электролизные установки и т.
д. Такие накопители особенно выгодны
на небольших энергоустановках. Тепловые
накопители в настоящее время уже
устарели.
Системы
с регулированием нагрузки.
Такие системы поддерживают
соответствие между спросом и предложением
энергии за счет включения и выключения
необходимого числа потребителей.
Схема небольшого регулятора такого
типа для бытового электроснабжения
показана на рис. 1.5, в
(см. § 8.6). Такое регулирование может
применяться в любых системах, но
наиболее выгодно оно при наличии
большого числа разнородных потребителей.
Его преимущество при использовании в
энергосистемах с возобновляемыми
источниками энергии заключается в
следующем:
подключение
или отключение потребителей в
соответствии с располагаемой мощностью
источника позволяет избегать потерь
возобновляемой энергии;
в
многоканальной системе регулирования
могут учитываться потребности
различных потребителей и их приоритеты,
при этом, например, потребители с низким
приоритетом, которые отключаются
первыми, могут снабжаться энергией по
низкой цене или, например, нагревательные
установки могут питаться непостоянным
по величине напряжением;
потребители,
сами обладающие определенным
аккумулирующим свойством (водогрейные
баки, кондиционеры), могут с выгодой
использовать это свое свойство,
отключаясь в те периоды времени,
когда энергия дорогая;
в
таких системах регулирования можно
использовать надежные, точные,
малоинерционные и недорогие электронные
и микропроцессорные устройства.
Регуляторы
нагрузки с прямой связью особенно
удобны для применения на автономных
ветроэнергетических установках (см.
гл. 9 и, в частности, § 9.10). Скорость ветра
может колебаться очень сильно, и для
поддержания максимальной мощности
ветроустановки необходимо регулировать
частоту вращения ветроколеса.
Электронные регуляторы нагрузки с
прямой связью в отличие от механических
регуляторов позволяют наиболее
просто и дешево решать эту задачу. Схема
такого регулирования показана на
рис. 1.6.
’6