- •Федеральное агентство по образованию
- •Оглавление
- •1. Введение
- •Солнечная энергетика
- •Недостатки и преимущества различных видов энергии
- •Терминология
- •Сравнительная стоимость электроэнергии
- •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
- •Вынужденная конвекция
- •Cвободная конвекция
- •Расчёт конвективного теплообмена
- •3.4. Радиационный перенос
- •Серые тела имеют диффузно излучающую поверхность, у которой коэффициенты
- •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
- •Расположение приёмника относительно Солнца
- •Поглощение в атмосфере
- •Оценки солнечной энергии
- •5. Нагревание воды солнечным излучением
- •5.1. Расчёт теплового баланса
- •5.2. Открытые нагреватели
- •5.3. Закрытые нагреватели
- •Эффективность плоского пластинчатого приёмника.
- •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
- •Водяной пар и воздух
- •Влажность сельскохозяйственных продуктов
- •Энергетический баланс и температура просушки
- •Пассивные солнечные системы
- •Активные солнечные системы
- •6.4. Охлаждение воздуха
- •6.5. Опреснение воды
- •6.6. Солнечные пруды
- •6.7. Концентраторы солнечной энергии
- •Обычно выбирают
- •6.8. Солнечные системы для получения электроэнергии.
- •7. Фотоэлектрическая генерация.
- •7.1. Поглощение фотонов.
- •8. Энергия ветра
- •8.1. Ветроэнергетический кадастр
- •8.2. Классификация ветроустановок
- •Технико – экономические характеристики зарубежных вэу
- •8.3. Основы теории ветроэнергетических установок. Преобразование энергии ветра
- •Мощность ветроколеса
- •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.
- •Основные технические характеристики микрогидроэлектростанций
- •Основные технические характеристики гидроагрегатов с пропеллерными
- •10. Геотермальная энергия.
- •11. Энергия Мирового океана.
- •11.1. Энергия приливов и отливов.
- •11.2. 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. Утка Солтера является устройством, обладающим весьма высокой эффективностью преобразования энергии волн. Форма её обеспечивает максимальное извлечение мощности.
- •11.8. Преобразование тепловой энергии океана.
- •12. Энергия биомассы.
- •12.1. Классификация основных типов процессов, связанных с переработкой биомассы.
- •Биохимические
- •Агрохимические
- •12.2. Производство биомассы для энергетических целей.
- •12.3. Сжигание биотоплива для получения тепла.
- •12.4. Пиролиз (сухая перегонка).
- •Выход этанола из различных культур Бразилии
- •12.5. Получение биогаза путём анаэробного сбраживания.
- •13. Аккумулирование и передача энергии на расстояние.
- •Химическое аккумулирование.
- •Аккумулирование тепла.
- •Свинцово – кислотные батареи.
- •Механическое аккумулирование.
- •Маховики.
- •Сжатый воздух.
- •Транспорт биомассы.
- •Транспорт тепла.
- •14. Заключение
- •Динамика прироста мощностей ветроустановок в мире
- •Стоимость угля, нефти и газа растёт, а их природные ресурсы сокращаются.
- •Литература
Обычно выбирают
г = D´·θ, (6.20)
ёмник, рагде D´ - расстояние от концентратора до трубки.
Все тепловые потери, кроме радиационных, можно исключить, поэтому
Ррад = Рабс.
Максимальная температура составит 1160К.
Температура Т = 1160К намного выше той, которую можно получить с помощью плоского пластинчатого приёмника. При благоприятных условиях жидкость можно нагреть до 7000С. Если использовать объёмный параболический концентратор, который имеет форму параболоида вращения, то возможно достижение температуры до 3000К, но конструирование представляет большие трудности.
6.8. Солнечные системы для получения электроэнергии.
Концентрация солнечной энергии позволяет получать высокие темпратуры 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 ного излучения и приспкоторых включает параболический цилиндрический концентратор солнечоложенный 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 15В, 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.