- •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
11.2. Основы теории приливов.
Жидкость в океанах удерживается на поверхности вращающейся Земли силами гравитации.
ω, Lٰ =4670км.
Рис.11.1.Вращение Луны (mл) происходит вокруг Земли (т. О) с частотой ω, L1 = 4670 км.
Рис. 11.2. Физическое обоснование суточных и полусуточных приливов. При нахождении Луны в плоскости экватора Земли в т. Р полусуточные приливы наблюдаются 2 раза в сутки (а). Обычно Луна не лежит в экваториальной плоскости Земли. Поэтому приливы т. Р возникают 1 раз в сутки(б).
Земля и Луна вращаются в космическом пространстве вокруг друг друга.
Центр этого вращения находится в т. О, для которой справедливо соотношение :
mл*L = mз*L1 (11.1.)
L1= mл*L2/(mз + mл) Г = 6371км (11.2.) G*mл*mз/L22 = mз*L1*ω2 = mл*L*ω2 (11.3.)
где G – гравитационная постоянная.
Элемент в т. Y испытывает уменьшение притяжения Луны и увеличение центробежной силы из-за увеличения радиуса вращения до величины
Г +L1.
Элемент в т. Х испытывает увеличение силы притяжения Луны и уменьшение центробежной силы вследствие уменьшения радиуса вращения
Г – L1.
В результате в океанах возникают приливы и отливы. Если Луна находится в экваториальной плоскости Земли, океанские воды стремятся стянуться в пики в точках Х и Y – максимально приближённой и удалённой от Луны.
Результирующая сила для массы воды mв, вызывающая прилив, определится:
для т. Y
Fy = mв*(L1+Г)ω2 - G*mл*mв/(L2 + Г)2 . (11.4.)
Для ближайшей к Луне т. Х,
Fx = mв*(Г – L1)*ω2 +G*mл*mв/(L2 – Г)2 . (11.5.)
Окончательно имеем:
Fx = Fy = m*Г*ω2*(1 + 2L1/L2). (11.6.)
Т. о. ежедневно наблюдаются два приливных пика с одинаковой амплитудой, если Луна находится в экваториальной плоскости Земли. Высота солнечного прилива в 2,2 раза меньше лунного. Если Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой – оба прилива в фазе – прилив максимальной высоты. Если Земля между Солнцем и Луной находится в квадратуре, то приливы минимальные. Приливное движение в море имеет форму движущейся волны – приливная волна:
u = (g*z)1/2, (11.7.) где – u – скорость волны;
z – глубина моря.
11.3. Мощность приливных течений.
Плотность мощности потока воды:
q = ρ*u3/2. (11.8.) Если u = 3 м/с; плотность морской воды ρ = 1025кг/м3; q = 13.8кВТ/м3
На практике ηмакс= 40%. Скорости приливных течений изменяются во времени:
u = uмакс*Sin(2πt/τ), (11.9.) где τ – период естественного прилива – 12ч 25мин. для полусуточного, а uмакс – максимальная скорость течения.
Т.о. электрическая мощность, снимаемая с 1м2 площади поперечного сечения потока (с учётом η = 40%) , в среднем равняется:
qср= 0,1ρ*u3. (11.10)
Для устройства, которое может работать при прямом и обратном течениях при максимальной скорости 3м/с, q = 2,8кВт/м2. При максимальной скорости 5м/с, q = 14кВт/м2. Перекрыв площадь 1000м2 , можно получить мощность ПЭС – 14МВт.
Рис. 11.3. Схема электростанции на приливном течении.
Бассейн ПЭС наполняется при высокой воде и опустошается через турбины на малой воде. Площадь бассейна А , масса воды в бассейне ρ*А*R. Центр тяжести на высоте R/2. Энергия прилива:
Рср= ρ*А*R2*g/2τ. (11.11.)
Рис. 11.4. Извлечение приливной энергии.
Высота прилива в течение месяца изменяется от максимального до минимального значения.
Рис. 11.5 Положения Солнца (С), Луны (Л) и Земли (З), в результате которых приливы 2 раза в месяц нарастают и угасают.
Средняя мощность, производимая в течение месяца:
Р ср.мес.= (ρ*А*g/2τ)*(Rc2/8)*(3 + 2α +3α2), (11.12.)
где α ≈ 0,5
Рср =(ρ*А*g/2τ)*[(R2макс – R2мин)/2]. (11.13.)