Известно два направления использования солнечной энергии

Нетрадиционные источники энергии, преобразование солнечной энергии

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии – источники электрической и тепловой энергии, использующие для ее производства возобновляемые и вторичные энергетические ресурсы. Традиционную энергетику главным образом разделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику. Наиболее удобный вид энергии – электрическая, которая может считаться основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электрос­танциях: ТЭС, ГЭС, АЭС.Многие специалисты энергетики считают, что единствен­ный способ преодоления кризиса – это масштабное использо­вание возобновляемых источников энергии: солнечной, ветро­вой, океанической, или их еще называют нетрадицион­ных[15].

Наиболее реальным, находящим относительно широкое распростране­ние в таких странах, как Австралия, Израиль, США, Япония, является преобразование солнечной энергии в тепловую и использование в нагревательных системах. Второе направление – системы непрямо­го и прямого преобразования в электрическую энергию.Солнечные нагревательные системы могут выполнять ряд функций:подогрев воздуха, воды для отопления и горячего водоснабжения зданий;сушку пшеницы, риса, кофе, других сельскохозяйственных культур, лесоматериалов для предупреждения их поражения насекомыми и плесневыми грибками;поставку теплоты для работы абсорбционных холодильников;опреснение воды в солнечных дистилляторах;приготовление пищи; привод насосов. Основным направлением использования солнечной энергии является те­плоснабжение. Для прямого преобразования солнечной энергии в тепловую разработаны и широко используются на практике установки солнечного те­плоснабжения (СТС) для различных целей (горячее водоснабжение, отопле­ние и кондиционирование воздуха в жилых, общественных, санаторно-курортных зданиях, подогрев воды в плавательных бассейнах и различных процессах сельскохозяйственного производства).Солнечная электростанция представляет собой сооружение, состоящее из множества солнечных коллекторов, ориентирующихся на Солнце. Каж­дый коллектор передает солнечную энергию жидкости-теплоносителю, ко­торая, превратившись в пар, от всех коллекторов собирается в центральной энергостанции и поступает на турбину энергогенератора.Основным элементом солнечной нагревательной системы является приемник, в котором происходит поглощение солнечного излучения и передача энергии жидкости. Воздухонагреватель представляет собой приемник, в котором имеется пористая или шероховатая черная поглощающая поверхность, на­гревающая поступающий воздух, который затем подается к потребителю.Солнечный коллектор включает в себя приемник, погло­щающий солнечное излучение, и концентратор, представляющий собой оп­тическую систему, собирающую солнечное излучение и направляющую его на приемник. Концентратор представляет собой чаще всего зеркало парабо­лической формы, в фокусе которого располагается приемник излучения. Он постоянно вращается, обеспечивая ориентацию на Солнце [11].

Фотоэлектрические преобразователи представляют собой устройства, действие которых основано на использовании фотоэф­фекта, в результате которого при освещении вещества светом происходит выход электронов из металлов, перемещение зарядов через границу раздела полупроводников с различными типами проводимости, изменение электрической проводимости.

Установки, работающие на возобновляемых источниках, оказыва­ют гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем традици­онные потоки энергии, естественно циркулирующие в окружающем пространстве. Экологическое воздействие энергоустановок на возобнов­ляемых источниках в основном заключается в нарушении естественно­го ландшафта. В настоящее время возобновляемые энергоресурсы используются незначительно. Их применение крайне заманчиво, многообещающе, но требует больших расходов на развитие соответствующих техники и тех­нологий.При планировании энергетики на возобновляемых источ­никах важно учесть их особенности по сравнению с традиционными невозобновляемыми. К ним относятся следующие: периодичность действия в зависимости от не управляемыхчеловеком природных закономерностей и, как следствие, колебания мощности возобновляемых источников – от крайне не­регулярных, как у ветра, до строго регулярных, как у приливов. Низкие, на несколько порядков ниже, чем у невозобновляемых источников (паровые котлы, ядерные реакторы), плотности потоковэнергии и рассеянность их в пространстве. Поэтому энергоуста­новки на возобновляемых источниках эффективны при небольшой
единичной мощности, и прежде всего для сельских районов.Применение возобновляемых ресурсов эффективно лишь прикомплексном подходе к ним. Например, отходы животновод­ства и растениеводства на агропромышленных предприятиях од­новременно могут служить сырьем для производства метана, жид­кого и твердого топлива, а также удобрений [11].Экономическую целесообразность использования того илииного источника возобновляемой энергии следует определять взависимости от природных условий, географических особенностей конкретного региона, с одной стороны, и в зависимости от потребностей в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства, бытовых нужд, с другой. Основными нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии для Беларуси, могущими иметь практическое значение, явля­ются биомасса, гидро-, ветроэнергетические ресурсы, солнечная энер­гия, твердые бытовые отходы, геотермальные ресурсы.

Ветроэнергетика. Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок.Ветроэнергетический потенциал Республики Беларусь

Ветроэнергетика представляет собой область техники, использующую энергию ветра для производства энергии, а устройства, преобразующие энергию ветра в полезную механическую, электрическую или тепловую виды энергии, называются ветроэнергетическими установками (ВЭУ), или ветроустановками, и являются автономными.Энергия ветра в механических установках, например на мельницах и в водяных насосах, используется уже несколько столетий. После резкого скачка цен на нефть в 1973 г. интерес к таким установкам резко возрос. Ветроустановки мощностью от нескольких ки­ловатт до нескольких мегаватт производятся в Европе, США и других час­тях мира. Большая часть этих установок используется для производства электроэнергии. Одно из основных условий при проектировании ветроустановок – обеспечение их защиты от разрушений очень сильными случайными порывами ветра. В каждой местности в среднем раз в 50 лет бывают ветры со скоро­стью, в 5-10 раз превышающей среднюю, поэтому ветроустановки приходиться проектировать с большим запасом прочности. Максимальная проект­ная мощность ветроустановки определяется для некоторой стандартной ско­рости ветра, обычно принимаемой равной 12 м/с.Скорость ветра увеличивается с высотой над поверхностью Земли. Ветроколесо должно устанавливаться, чтобы набегающий на него ветровой по­ток был сильным, однородным с минимальными изменениями скорости и направления [11]. Наилучшим местом для размещения ветроустановки является гладкая, куполообразная, ничем не затененная возвышенность.Ветроэнергетическая установка состоит из ветроколеса, генератора элек­трического тока, сооружения для установки на определенной высоте от земли ветряного колеса, системы управления параметрами генерируемой электро­энергии в зависимости от изменения силы ветра и скорости вращения колеса.Ветроустановки классифицируются по двум основным признакам: геометрии ветроколеса и его положению относительно на­правления ветра. Если ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку, то установка называется горизонтально-осевой, если перпендику­лярно-вертикально-осевой.

Принцип действия ветроэнергетической установки состоит в следующем. Ветряное колесо, воспринимая на себя энергию ветра, вращается и посредством пары конических шестерен и с помощью длинного вертикального вала передает свою энергию на нижний горизонтальный трансмиссионный вал и далее посредством второй пары конических шестерен и ременной передачи – электрическому генератору или другому механизму.Поскольку периоды безветрия неизбежны, то для исключения перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы электрической энергии на случаи безветрия.Энергетическая программа Республики Беларусь до 2010 г. основ­ными направлениями использования ветроэнергетиче­ских ресурсов на ближайший период предусматривает их применение для привода насосных установок и в качестве источников энергии для электро­двигателей. Эти области применения характеризуются минимальными тре­бованиями к качеству электрической энергии, что позволяет резко упро­стить и удешевить ветроэнергетические установки [15]. Особенно перспектив­ным считается их использование в сочетании с малыми гидроэлектростан­циями для перекачки воды. Применение ветроэнергетических установок для водоподъема, электроподогрева воды и электроснабжения автономных по­требителей к 2010 г. предполагается довести до 15 МВт установленной мощности, что обеспечит экономию 9 тыс. т у т. в год.Территория Республики Беларусь находится в умеренной ветровой зоне. Стабильная скорость ветра составляет 4-5 м/с и соответствует ниж­нему пределу устойчивой работы отечественных ВЭУ. Это позволяет использовать лишь 1,5-2,5% ветровой энергии. К зонам, благоприят­ным для развития ветроэнергетики, со среднегодовой скоростью ветра выше 5-5,5 м/с, относится 20% территории страны. Поэтому ветроэнер­гетику можно рассматривать в качестве вспомогательного энергоресурса, решающего местные проблемы, например, отдельных фермерских хо­зяйств. По некоторым оценкам, возможная установленная мощность ВЭУ к 2010 г. в республике может составить 1500 кВт.

Дата добавления: 2015-06-27