Солнечная энергетика 4 (стр. 4 из 10)

При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны, чем башенные. В СЭС модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.

В соответствии с прогнозом в будущем СЭС займут площадь 13 млн. км² на суше и 18 млн. км² в океане.

СЭС на базе солнечных прудов значительно дешевле СЭС других типов, так как они не требуют зеркальных отражателей со сложной системой ориентации, однако их можно сооружать только в районах с жарким климатом.

В солнечном пруду происходит одновременное улавливание и накапливание солнечной энергии в большом объеме жидкости. Обнаружено, что в некоторых естественных соленых озерах температура воды у дна может достигать 70 ^оС. Это обусловлено высокой концентрацией соли. В обычном водоеме поглощаемая солнечная энергия нагревает в основном поверхностный слой и эта теплота довольно быстро теряется,

Рис. 5. Схема солнечного пруда

особенно в ночные часы и при холодной ненастной погоде из-за испарения воды и теплообмена с окружающим воздухом. Солнечная энергия, проникающая через всю массу жидкости в солнечном пруду, поглощается окрашенным в темный цвет дном и нагревает прилегающие слои жидкости, в результате чего температура ее может достигать 90-100 ^оС, в то время как температура поверхностного слоя остается на уровне 20 ^оС. Благодаря высокой теплоемкости воды в солнечном пруду за летний сезон накапливается большое количество теплоты, и вследствие низких тепловых потерь падение температуры в нижнем слое в холодный период года происходит медленно, так что солнечный пруд служит сезонным аккумулятором энергии. Теплота к потребителю отводится из нижней зоны пруда

Обычно глубина пруда составляет 1 - 3 м. На 1 м ² площади пруда требуется 500-1000 кг поваренной соли, ее можно заменить хлоридом магния.

Наиболее крупный из существующих солнечных прудов находится в местечке Бейт-Ха-Арава в Израиле. Его площадь составляет 250 000 м ² . Он используется для производства электроэнергии. Электрическая мощность энергетической установки, работающей по циклу Ренкина, равна 5 МВт. Себестоимость 1 кВт·чэлектроэнергии значительно ниже, чем на СЭС других типов.

Описанный эффект достигается благодаря тому, что по глубине солнечного пруда поддерживается градиент поваренной соли, направленный сверху вниз, т.е. весь объем жидкости как бы разделен на три зоны, концентрация соли по глубине постепенно увеличивается и достигает максимального значения на нижнем уровне. Толщина этого слоя составляет 2/3 общей глубины водоема. В нижнем конвективном слое концентрация соли максимальна и равномерно распределена в объеме жидкости. Итак, плотность жидкости максимальна у дна пруда и минимальна у его поверхности в соответствии с распределением концентрации соли. Солнечный пруд служит одновременно коллектором и аккумулятором теплоты и отличается низкой стоимостью по сравнению с обычными коллекторами солнечной энергии. Отвод теплоты из солнечного пруда может осуществляться либо посредством змеевика, размещенного в нижнем слое жидкости, либо путем отвода жидкости из этого слоя в теплообменник, в котором циркулирует теплоноситель. При первом способе меньше нарушается температурное расслоение жидкости в пруду, но второй способ теплотехнически более эффективен и экономичен.

Солнечные пруды могут быть использованы в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, для получения технологической теплоты, в системах конденсирования воздуха абсорбционного типа, для производства электроэнергии.

4.1. Солнечные электростанции башенного типа с центральным приемником

В этих системах употребляется крутящееся поле отражателей-гелиостатов. Они фокусируют солнечный свет на центральный приемник, сооруженный на верху башни, который поглощает термическую энергию и приводит в действие турбогенератор. Управляемая компьютером двуосная система слежения устанавливает гелиостаты так, чтоб отраженные солнечные лучи были недвижны и постоянно падали на приемник. Циркулирующая в приемнике жидкость переносит тепло к термическому аккумулятору в виде пара. Пар вращает турбину для выработки электроэнергии, или конкретно употребляется в промышленных действиях. Температуры на приемнике добиваются от 538 до 1482 C.

1-ая башенная электростанция под заглавием “Solar One” близ Барстоу (Южная Калифорни)с успехом показала применение данной технологии для производства электроэнергии. Предприятие работало в 1980-х. На нем использовалась водно-паровая система мощностью 10 МВтэ. В 1992 г. консорциум энергетических компаний США принял решение модернизировать “Solar One” для демонстрации приемника на расплавленных солях и теплоаккумулирующей системы. Благодаря аккумулированию тепла башенные электростанции стали неповторимой гелиотехнологией, позволяющей диспетчеризацию электроэнергии при коэффициенте перегрузки до 65%. В таковой системе расплавленная соль закачивается из “холодного” бака при температуре 288 C и проходит через приемник, где греется до 565 C, а потом возвращается в “горячий” бак. Сейчас жаркую соль по мере надобности можно применять для выработки электроэнергии. В современных моделях таковых установок тепло хранится в протяжении 3 – 13 часов.

“Solar Two” – башенная электростанция мощностью 10 МВт в Калифорнии – это макет больших промышленных электростанций. Она заработала в апреле 1996 г., что явилось началом 3-летнего периода испытаний, оценки и опытнейшей выработки электроэнергии для демонстрации технологии расплавленных солей. Солнечное тепло сохраняется в расплавленной соли при температуре 550 C, по этому станция может производить электричество деньком и ночкой, в всякую погоду. Успешное окончание проекта “Solar Two” обязано содействовать строительству таковых башен на промышленной базе в границах мощности от 30 до 200 МВт.

4.2. Солнечная башня в Австралии

Форпост альтернативной энергии появится в пустыне на юге Австралии, где фирма EnviroMission в конце этого года намерена построить электростанцию Solar Tower (”Солнечная башня”) - железобетонную трубу высотой около километра. Внутри трубы установят турбины, вращать которые будет поток горячего воздуха, поступающий из огромного “парника” диаметром 7 км. Принцип тот же, что в вытяжной трубе: легкий горячий воздух стремится вверх. “Это не праздные фантазии, - говорит конструктор Роджер Давей. - Мы около десяти лет проводили эксперименты с прототипом нашей электростанции в Испании”.

Согласно предварительным расчетам, общая производительность башни составит порядка 200 мВт/час, т.е. она сможет снабжать электроэнергией небольшой город на полторы-две тысячи домов. Но главное преимущество башни состоит в том, что с ее помощью удастся сократить выбросы двуокиси углерода на 830 000 т/год.

Рис. 6. Проект солнечной башни

“Солнечная башня” будет высотой с километр - вдвое выше одного из самых высоких зданий в мире - отеля “Петронас Тауэр” в Куала-Лумпуре (452 м). При хорошей погоде электростанцию можно будет увидеть с расстояния около 150 км.

“Солнечная башня”, на строительство которой требуется минимум $500 млн, окупит себя уже через десять лет эксплуатации. Правда, львиную долю доходов планируется извлекать из карманов туристов - специально для них на башне сделают лифты и смотровые площадки.

4.3. Гелиоэнергетические расчеты

Гелиоэнергетические расчеты (ГЭР) обычно проводятся для обоснования параметров и режимов работы СЭС разного типа в разных условиях или вариантах их функционирования. В ГЭР используется так называемая базовая информация по ресурсам солнечной энергетики для двух основных случаев:

1. единичная небольшая по мощности СЭУ, расположенная в заданной условной точке A земной поверхности с координатами (φ, ψ);

2. СЭС, расположенная на некоторой территории S ( или

) с заданными координатами по широте ( , ).

Мировой опыт использования солнечного излучения в энергетических целях позволяет выделить три основные варианта функционирования СЭУ:

1. Работа СЭУ в составе большой объединённой энергетической системы (ОЭС);

Для рассматриваемого варианта характерно условие

‹‹

, (2)

где - установленная мощность i-й СЭУ,

- максимум нагрузки ОЭС.

2. Работа СЭУ в локальной энергосистеме относительно небольшой мощности;

В этом случае мощность солнечных энергетических установок сопоставима с мощностью всех дизельных электроустановок в локальной энергосистеме, т. е.

=(), где 0≤≤1. (3)

Надежную и бесперебойную работу всей системы энергоснабжения локальной энергосистемы здесь обеспечивают дизельные энергоустановки, чья общая установленная мощность должна гарантировать обеспечение покрытия графика нагрузки ЛЭС в целом, т. е.

›. (4)

Солнечные энергетические установки, рассматриваемые во втором варианте, работают также, как и в первом – по критерию максимального вытеснения невозобновляемого ископаемого органического топлива при нулевой гарантированной мощности без использования специальных аккумуляторов избыточной в некоторые периоды времени выработки СЭУ. Однако, учитывая четкий закономерный цикл прихода солнечного излучения в течение суток, уже возможно использование аккумуляторов избыточной энергии СЭУ. Это означает, что в данном случае в качестве расчетных интервалов времени следует использовать суточные интервалы без учета аккумуляции энергии и даже часовые – с учетом аккумуляторов энергии.