ских и электромеханических проблем разработки и производства ВЭУ. Правда, нет опыта изготовления наиболее ответственных деталей – крупноразмерных лопастей ветроколеса. Высказываются опасения по поводу обмерзания ротора установки в зимнее время, особенно при работе на побережье Кольского полуострова, где холодный воздух соседствует с незамерзающим морем. По литературным данным, в Дании и северной Германии работающие ВЭУ зимой не обмерзают – по-видимому, вибрации лопастей из стеклопластика стряхивают налипшие частицы льда. Однако при останове ВЭУ оледенение ротора может вызвать поломки.
Вопросы для самопроверки
2.1.Где целесообразно размещать ветроэнергетические установки в СевероЗападном регионе России?
2.2.Какую предельную единичную мощность имеют современные ВЭУ?
2.3.Как устроена ветроэнергетическая установка?
2.4.Какой формулой определяется мощность ветроэнергетической установки?
2.5.Почему при работе ВЭУ на энергосистему необходим запас резервных
мощностей?
3. СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ
3.1. Ресурсы солнечной энергетики
Реакция термоядерного синтеза легких элементов в глубинах Солнца порождает колоссальную энергию солнечного излучения. Количественно это излучение характеризуется интенсивностью I0 – это мощность лучистой энергии, приходящей за пределами земной атмосферы в секунду на квадратный метр площадки, перпендикулярной солнечным лучам. Для среднего расстояния от Солнца при движении Земли по эллиптической орбите I0 = 1,35 кВт/м2. Суммарная мощность лучистой энергии, поступающей к земной атмосфере, равна примерно 180 млн ГВт (суммарная мощность электростанций России – 215 ГВт). Количество солнечной лучистой энергии, приходящей за год к атмосфере Земли, составляет колоссальную величину 1,57*1018 кВт.ч. 45% приходящей лучистой энергии приходится на видимый свет (длины волн 0,4…0,75 мкм), 45% - на инфракрасное (тепловое) излучение, 10% - на ультрафиолетовые лучи.
Баланс лучистой энергии Земли представлен на рис. 3.1. Около 28% приходящей от Солнца лучистой энергии отражаются облаками и аэрозолями обратно в космическое пространство. Тепловое (инфракрасное) излучение Земли составляет 114% приходящей от Солнца, из них 42% возвращаются атмосферой, а остальные уходят в космос. По поверхности планеты приходящая энергия перераспределяется морскими течениями и ветрами.
26
Рис. 3.1. Баланс лучистой энергии Земли
Локальные значения лучистой энергии Солнца, приходящей к поверхности литосферы или гидросферы, зависят от ориентации к Солнцу (освещенности), облачности, запыленности воздуха, высоты над уровнем моря, времени года и суток. В средних широтах днем интенсивность солнечного излучения I достигает 800 Вт/м2 летом и 200…350 Вт/м2 зимой, уменьшаясь до нуля с заходом Солнца.
Лучистая энергия Солнца используется биосферой со времен появления жизни на планете. Превращение солнечной энергии в механическую впервые было продемонстрировано на Всемирной выставке в Париже, когда солнечный коллектор приводил в движение паровую машину.
Несмотря на относительно низкую плотность лучистой энергии, солнечная энергетика интенсивно развивается в последние годы. В США введены 8 крупных солнечных электростанций (СЭС) модульного типа общей мощностью около 450 МВт, энергия поступает в энергосистемы штатов. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей в мире достиг 300 МВт в год, из них 40% приходится на долю США. В настоящее время в мире работают более 2 млн гелиоустановок теплоснабжения. Площадь солнечных теплофикационных коллекторов в США составляет 10 млн м2, в Японии 8 млн м2. Солнечная энергия находит применение в зерносушилках, опреснительных установках, в установках энергоснабжения космических станций и т.д.
Реализуются экзотические проекты. Так, правительство Австралии приняло план строительства «Солнечной башни» с диаметром основания 130 метров и высотой 1 км. У подножия башни раскинется огромная теплица диаметром 7 км. Воздух, нагретый в теплице, будет устремляться в трубу, вращая установленные в ней ветродвигатели. Мощность ВЭС должна составить 200 МВт. Стоимость проекта оценивается в $308 млн.
27