Конспект лекций по ВИЭ

Лекция №1

Проблемы и перспективы ВИЭ.

Предыстория вопроса.

Опрос: представление о ВИЭ - кто что знает о них?

В результате изучения этого курса должны получить хотя бы общее представленик о ВИЭ и ответить на следующие вопросы:

Что представляют ВИЭ?

С чем связан интерес к ним именно в последнее время?

Каков их потенциал?

Масштабы применения ВИЭ в Мире и в РФ в настоящее время и в будущем;

Причины, сдерживающие широкое внедрение ВИЭ;

Принципы действия, устройство конкретных установок и технологии применения различных ВИЭ;

Технико-экономические показатели.

Литература

Удалов

Гужелев

Журналы, Интернет. Публикаций очень много

Порядок сдачи экз., выполнение РГР, состоящей из двух частей и тест, вместо РГР могут быть другие формы – презентации, подготовка МУ и др. по согласованию.

При современных темпах использования разведанных запасов нефти хватит на 40-70 лет, угля на 500лет, а природного газа на 60 лет.

Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 20 млрд. т/год СО₂.

Общий потенциал ВИЭ – около 20 млрд. т.у.т. в год.

Суммарный потенциал углеводородного сырья составляет около 55∙10¹² МВт∙ч.

Основные недостатки ВИЭ – это высокая стоимость, низкая плотность потока энергии (большая площадь сооружений), зависимость от климата и географических условий, экология (на выпуск оборудования требуется много затрат энергии и ценных материалов).

Причины: проблемы с нефтью, высокая ее цена, а также быстрая иссякаемость запасов.

Первая причина развития ВИЭ – это исчерпаемость и ограниченность запасов нефти и природного газа.

Вторая причина – нарастающее загрязнение окружающей среды выбросами при сжигании органического топлива ~ 20 млрд. т/год СО₂.

Краткий обзор виэ

В Приливы и волны ПЭС Водородная энергетика ИЭ

Фотоэлементы

Солнечные коллекторы

Суммарный потенциал ВИЭ составляет 20 млрд. т.у.т. (все цифры ориентировочные, в разных источниках довольно большие расхождения и это надо анализировать)

Суммарный потенциал гелиоэнергетики около 580·10¹² МВт·ч.

Суммарный потенциал приливов и волн около 70·10¹² МВт·ч.

Суммарный потенциал углеводородного сырья около 55·10¹² МВт·ч.

Энергия, получаемая за год Землей от солнца, примерно в20 тыс. раз превышает современный годовой уровень потребления первичных энергоресурсов в мире.

Тот или иной вид ВИЭ зависит от географического и климатического местоположения региона.

В разных странах уровень развития ВИЭ весьма различается, это зависит от разных факторов.

Например, в Дании на долю ветроэнергетики приходится до 10% всей энергии.

Лекция №2 Гелиоэнергетика

1. Фотоэлектрическая генерация – фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) – прямое превращение энергии солнечного излучения в электрическую.

Принцип действия ФЭП основан на пространственном разделении положительных и отрицательных носителей заряда при поглощении полупроводниками электромагнитных излучений.

Это разделение обеспечивается р-n – переходом.

Понятие о собственной и примесной проводимости полупроводников на основе зонной теории.

4-х валентный кремний легируется 3-х валентными либо 5-ти валентными примесями

n-типа р-типа

р-n-переход

e ЗК

Е_q ЗЗ

h

ВЗ

Eq = 1 эВ; hν > Eq Eq – ширина запрещенной зоны;

ЗП – зона перехода;

ЗЗ – запрещенная зона;

ВЗ – валентная зона.

5

1 – провод;

2 – металлический контакт;

3 3 – светопоглащающая пленка;

4 – металлический контакт;

5 – контакт к другому устройству.

1

2

4

3 5

1

2

Максимальный фотоэлектрический КПД:

η_мах ≤ 45%

η_фак = 12-15% (20%).

Низкий КПД обусловлен:

1. потери за счет нагрева;

2. преждевременная рекомбинация – это когда электроны и дырки взаимоуничтожаются;

3. потери за счет отражения.

ФЭП впервые был создан в 1954 году большой стоимости (100 доллар за 1 Вт мощности).

За счет фотоэлементов стоимость электроэнергии составляет за 1 кВт = 16 центов.

Суммарная мощность: Германия – 50 МВт

США – 60 МВт

Япония – 80 МВт

Россия – 0,5 МВт

Прирост производства в мире около 25-30% в год.

По прогнозам к 2020г суммарная мощность составит 6 ГВт.

Будут применяться для питания аппаратуры, на маяках, для автомобилей.

2. Концентраторы солнечной энергии для генерации электрической энергии (термодинамиеский цикл) – башенные и линейные СЭС

t = 2000 – 3000⁰С

Крым(1985г)= 5МВт–первая СЭС

3.Преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью двигателя Стирлинга

Низкотемпературные гелиоустановки

1. Преобразование солнечной энергии в тепловую с помощью простых водонагревателей (резервуаров)

Недостатки: ограничения по температуре нагреваемой воды из-за низкой поглощательной способности воды (α

Черный резервуар

2,Коллекторы солнечной энергии (КСЭ) или просто - Солнечные коллекторы (СК).

Ранее рассмотрели наиболее простые солнечные водонагреватели –отличающиеся простотой конструкции ,соответственно, надежностью, но в то же время с невысокой эффективностью

t = 100⁰C

α ГВ

ХВ

1

2

4

3

1 – стеклянное прозрачное покрытие;

2 – металлическое зачерненное основание;

3 – металлические трубки;

4 – корпус.

Площадь таких поверхностей 50 млн. м²/год или 8…10 млн. т.у.т.