Солнечные электростанции. Тепловые солнечные электростанции

Солнечные тепловые электростанции в простейшей интерпретации представляют собой электростанцию с паровой машиной, котел которой нагревается за счет сфокусированного солнечного излучения.

Сфокусированное солнечное излучение позволяет получать достаточно высокие для работы паровой машины температуры (до 700^оС). При этом можно получать и достаточно высокий к.п.д.

Еще более лучших показателей можно достичь, используя тепловые машины внешнего сгорания (двигатели Стирлинга). Такое применение диктуется расположением источника тепла (солнечного излучения) вне камеры сгорания. Кроме того, термический к.п.д. двигателя Стирлинга равен к.п.д. цикла Карно. Еще одним достоинством двигателя внешнего сгорания является малый шум при работе.

Цикл Стирлинга (рисунок 4.1) включает изотермическое сжатие (1 –2), изохорный подвод теплоты (2 – 3), изотермическое расширение (3 – 4) и изохорный процесс (4 – 1), замыкающий цикл.

Рисунок 4.1. Цикл Стирлинга

Устройство и принцип действия реального двигателя Стирлинга, имеющего цикл близкий к теоретическому циклу, показан на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2. Устройство и схема работы

двигателя Стирлинга

1 – источник концентрированного солнечного излучения, 2 – горячая зона, 3 – регенератор, 4 – вытесняющий поршень, 5 – охладитель, 6 – силовой поршень, 7 – холодная зона.

Двигатель работает следующим образом.

Газ под действием концентрированного солнечного излучения нагревается в горячей зоне и, расширяясь, проходит через регенератор, где охлаждается. После прохождения регенератора охлажденный газ поступает в холодную зону и давит на силовой поршень, толкая его вниз. В идеальном цикле это соответствует процессам 3 – 4 и 4 – 1, в реальном двигателе эти процессы идут одновременно и не могут быть разделены.

Силовой поршень связан с вытесняющим поршнем так, что при движении силового поршня вниз, вытесняющий поршень движется вверх, выталкивая газ из горячей зоны через регенератор.

Достигнув нижнего значения, силовой поршень начинает двигаться вверх, вытесняя уже охлажденный газ через регенератор в горячую зону. Проходя через регенератор, газ нагревается до температуры Т₂. Вытесняющий поршень при этом достигает своего нижнего значения.

Газ в горячей зоне нагревается до температуры Т₃ и цикл повторяется.

Серийное производство двигателей внешнего сгорания сдерживается из-за его больших размеров и трудностей конструкции нагреваемой стенки цилиндра. С освоением композиционных материалов, выдерживающих высокие температуры, двигатели внешнего сгорания стали выпускаться некоторыми европейскими фирмами.

Солнечная электростанция с паровым котлом требует конденсатора, который охлаждается водой. Нагретая охлаждающая вода должна сама в свою очередь охлаждаться. Целесообразно тепло от охлаждающей воды отводить путем его передачи тем объектам, которые наоборот требуют нагрева, например, в батареи отопления. Однако следует отметить, что в большее время года (когда солнечное излучение имеет достаточную мощность) нагрев не требуется. В этом случае тепло можно отводить к испарителям холодильников.

Если в качестве теплоносителя использовать какую-либо химическую среду, то можно исключить потери между концентратором и паровой турбиной. Это позволит использовать тепло в течение длительного времени, например, в ночное время или в период облачности. Схема такой электростанции приведена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3. Солнечная электростанция с использованием аммиака

1 - концентратор; 2 - камера диссоциации; 3 - сепаратор; 4 - конденсатор; 5 - камера синтеза; 6 - тепловая машина.

Дата добавления: 2014-01-06