Гелиоустановки. Перспективы использования Солнечной энергетики в Республике Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ФАКУЛЬТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ И ГУМАНИТАРИЗАЦИИ

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Основы энергосбережения»

Тема: «Гелиоустановки. Перспективы использования Солнечной энергетики в Республике Беларусь»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент: гр. 308318 Канашевич В.И.

 

 

 

 

 

 

Минск 2013

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Гелиоустановки…………………………………………………………………4

2. Солнечная энергетика………………………………………………………….5

3. Способы получения  электричества и тепла из солнечного  излучения..……6

4. Достоинства  использования солнечной энергетики………………...……….6

5. Недостатки  использования солнечной энергетики…………………………..6

6. Технологии  солнечной энергетики……………………………………………8

7. Использование  солнечной энергии в Республике  Беларусь……………...….8

8. Заинтересованность  общества………………………………………………..11

9. Сферы деятельности  человека, где энергия солнца  получила наибольшее распространение…………………………………………………………………11

Заключение..……………………………………………………………………..12

Список литературы………………………………………………………………13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Под нетрадиционными (альтернативными или возобновляемыми) топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР) понимают энергетические ресурсы  рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, биомассы, сточных  вод и твердых бытовых отходов. Энергообъекты, использующие альтернативные ТЭР для получения тепловой, механической и электрической энергии, называют альтернативными источниками энергии.

Основной особенностью возобновляемых источников энергии  является то, что воспроизводство  их энергетического потенциала происходит быстрее, чем расходование. Установки, работающие на возобновляемых источниках, оказывают гораздо меньшее воздействие  на окружающую среду, чем традиционные потоки энергии. Государственная программа  Республики Беларусь на период до 2020 г. предусматривает использование нетрадиционных источников энергии в нарастающих масштабах. С учетом природных условий республики предпочтение отдается малым гидроэлектростанциям, ветро- и биоэнергетическим установкам, установкам для сжигания отходов растениеводства и бытовых отходов, гелиоводоподогревателям. В Государственной программе потенциал экономии традиционных (ископаемых) ТЭР за счет использования альтернативных источников энергии к 2020 г. оценивается примерно в 5 млн. т у. т. (более 15 % от всех ТЭР). В отличие от многих других мероприятий использование альтернативных ТЭР дает реальную, легко учитываемую экономию топлива и социальный эффект. Альтернативные источники энергии зачастую не требуют транспортирования, удобны для локального энергоснабжения небольших удаленных объектов, что особенно важно для агропромышленных комплексов (АПК). При выборе источников энергии следует иметь в виду их качество, оценивающееся долей энергии, которая может быть превращена в механическую работу. Возобновляемые источники энергии по их качеству условно делятся на три группы:

— источники механической энергии довольно высокого качества: около 30% - ветроустановки, 60% - гидроустановки, 75% - волновые и приливные станции;

— источники тепловой энергии с качеством не более 35% - прямое или рассеянное солнечное излучение, биотопливо;

— источники энергии, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления, имеют различное качество на разных частотах излучения; в среднем КПД (коэффициент полезного действия) фотопреобразователей составляет примерно 15%. Далее, характеризуя возможности различных возобновляемых энергетических ресурсов (ЭР), уделим особое внимание целесообразности их развития и использования в энергобалансе республики.

 

 

Гелиоустановки

 

Гелиоустановка – это устройство для преобразования энергии солнечной радиации в другие, удобные для использования виды энергии (например, тепловую или электрическую). Гелиоустановки подразделяют на установки с концентраторами и без них. Первые служат для преобразования энергии солнечной радиации после повышения её плотности с помощью гелиоконцентраторов, вторые — при естественной её плотности. Гелиоустановки различают по назначению, приданному концентратору, характеру преобразовательного процесса и другим признакам или сочетанию признаков.

Гелиоустановки  без концентраторов используют для  подогрева воды или воздуха, сушки  фруктов, овощей и материалов, опреснения воды, получения электроэнергии и  др. целей. Большинство этих Г. работает по принципу "горячего ящика".

Гелиоустановки с концентраторами применяют для получения высоких температур с обеспечением "стерильных" технологических условий. КПД таких гелиоустановок обычно не превышает 0,4—0,6.

Для концентрации солнечных лучей чаще используют параболоидные, приближённо параболоидные  и параболо-цилиндрические зеркала. Линзы, а также конические и другие зеркала из-за сложности их изготовления и использования применяют редко.

Параболоидные гелиоустановки с точным концентратором позволяют получать температуры до 3600° С. При такой температуре плавятся практически все металлы и огнеупорные материалы. Параболоидные гелиоустановки с высокой эффективностью применяют в сочетании с различными приёмниками солнечной радиации: высокотемпературной печью, термоэлектрогенератором, термоионным преобразователем, паровым котлом и т.п. С помощью приближённо параболоидных гелиоустановок получают пар промышленных параметров для теплофикации, выработки электроэнергии, опреснения воды, охлаждения.

  Параболо-цилиндрические гелиоустановки позволяют получать пар с давлением 0,2—0,4 Мн/м² (2—4 кгс/см²), их применяют для опреснения воды, приготовления пищи в автоклавах и др. целей.

Наиболее простым  способом использования солнечной  энергии для бытовых и промышленных нужд является ее преобразование в  тепловую энергию. Тепловая гелиоустановка включает в себя:

— приемник, в котором происходит поглощение и преобразование солнечного излучения в тепловую энергию;

— передающее устройство с теплоносителем;

— теплоаккумулятор и другие элементы.

 В качестве  приемника используют коллекторы  различных типов и конструкций.  В основе функционирования плоского  коллектора лежит парниковый  эффект. Плоские коллекторы предпочтительны  при нагреве теплоносителя до температуры не выше 100 ^оС, а эффективность их работы зависит от светопропускающих и теплоизолирующих свойств покрытия, а также поглощающих свойств нагреваемого тела. Тепловая гелиоустановка с плоским коллектором для обеспечения более надежного теплоснабжения должна оборудоваться тепловым аккумулятором. Концентрирующие коллекторы используют в случаях, когда требуется получить температуру нагрева более 100 ^оС. Объемные коллекторы используют солнечное излучение для нагрева больших объемов воздуха, воды, почвы, строительных конструкций и других поглотителей тепла. Для объектов АПК использование тепловых гелиоустановок очень перспективно. Установка небольшой мощности с площадью коллектора до 10 м² способна обеспечивать горячей водой отдельно стоящий сельский дом с семьей 4 - 5 человек с апреля по октябрь. В отопительный период применение таких установок, а также объемных коллекторов, позволит существенно снизить затраты топлива для отопления здания.

 

Солнечная энергетика

 

Солнечная энергетика - использование солнечного излучения  для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и  в перспективе может стать  экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

Ныне солнечная  энергетика широко применяется в  случаях, когда малодоступность  других источников энергии в совокупности с изобилием солнечного излучения  оправдывает её экономически.

Солнце- источник жизни и жесткий убийца, дающий возможность родиться и вырасти каждому живому организму на Земле уже на протяжении нескольких миллиардов лет. Всерьез о технологическом «приручении» солнечного света человек начал задумываться только в прошлом столетии.

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (то есть вне атмосферы Земли), равен 1367 Вт/ м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения атмосферой Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря — 1020 Вт/м². Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную площадку как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раз меньше. Это количество энергии с единицы площади определяет возможности солнечной энергетики.

Перспективы выработки  солнечной энергии также уменьшаются  из-за глобального затемнения - антропогенного уменьшения солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.

 

 

Способы получения электричества и тепла  из солнечного излучения

 

1) Получение электроэнергии  с помощью фотоэлементов.

2) Гелиотермальная  энергетика - нагревание поверхности,  поглощающей солнечные лучи и  последующее распределение и  использование тепла (фокусирование  солнечного излучения на сосуде  с водой для последующего использования  нагретой воды в отоплении  или в паровых электрогенераторах).

3) «Солнечный  парус» - устройство, способное в  безвоздушном пространстве преобразовывать  солнечные лучи в кинетическую  энергию.

4) Термовоздушные  электростанции - преобразуют солнечной  энергию в энергию воздушного  потока, направляемого на турбогенератор.

5) Солнечные аэростатные  электростанции - генерируют водяной  пар внутри баллона аэростата  за счет нагрева солнечным  излучением поверхности аэростата,  покрытой селективно-поглощающим  покрытием. Преимущество - запаса  пара в баллоне достаточно  для работы электростанции в  темное время суток и в ненастную  погоду.

 

Достоинства использования солнечной энергетики

 

1) Общедоступность  и неисчерпаемость источника  (Солнца).

2) Теоретически, полная безопасность для окружающей  среды (однако в настоящее время  в производстве фотоэлементов  и в них самих используются  вредные вещества).

 

Недостатки  использования солнечной энергетики

 

Фундаментальные проблемы

1) Из-за относительно  небольшой величины солнечной  постоянной для солнечной энергетики  требуется использование больших  площадей земли под электростанции (например, для электростанции мощностью  1 ГВт это может быть несколько  десятков квадратных километров). Однако, этот недостаток не так  велик (например, гидроэнергетика  выводит из пользования заметно  большие участки земли). К тому  же фотоэлектрические элементы  на крупных солнечных электростанциях  устанавливаются на высоте 1,8—2,5 метра, что позволяет использовать  земли под электростанцией для  сельско-хозяйственных нужд, например, для выпаса скота.

Проблема нахождения больших площадей земли под солнечные  электростанции решается в случае применения солнечных аэростатных электростанций, пригодных как для наземного, так и для морского и для  высотного базирования.

2) Поток солнечной  энергии на поверхности Земли  сильно зависит от широты и  климата. В разных местах среднее  количество солнечных дней в  году может различаться очень  сильно.

 

Технические проблемы

1) Солнечная электростанция  не работает ночью и недостаточно  эффективно работает в утренних  и вечерних сумерках. При этом  пик электропотребления приходится  именно на вечерние часы. Кроме  того, мощность электростанции может  резко и неожиданно колебаться  из-за смены погоды. Для преодоления  этих недостатков нужно или  использовать эффективные электрические  аккумуляторы (на сегодняшний день  это нерешённая проблема), либо  строить гидроаккумулирующие станции,  которые тоже занимают большую  территорию, либо использовать концепцию  водородной энергетики, которая  также пока далека от экономической  эффективности.

Проблема зависимости  мощности солнечной электростанции от времени суток и погодных условий  решается в случае солнечных аэростатных  электростанций.

2) Дороговизна  солнечных фотоэлементов. Вероятно, с развитием технологии этот  недостаток преодолеют. В 1990—2005 гг. цены на фотоэлементы снижались  в среднем на 4 % в год.

3) Недостаточный  КПД солнечных элементов.

4) Поверхность  фотопанелей нужно очищать от  пыли и других загрязнений.  При их площади в несколько  квадратных километров это может  вызвать затруднения.

5) Эффективность  фотоэлектрических элементов заметно  падает при их нагреве, поэтому  возникает необходимость в установке  систем охлаждения, обычно водяных.

6) Через 30 лет  эксплуатации эффективность фотоэлектрических  элементов начинает снижаться.

 

Экологические проблемы

1) Несмотря на  экологическую чистоту получаемой  энергии, сами фотоэлементы содержат  ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет  массу других опасных веществ.  Современные фотоэлементы имеют  ограниченный срок службы (30—50 лет), и массовое применение поставит  в ближайшее же время сложный  вопрос их утилизации, который  тоже не имеет пока приемлемого  с экологической точки зрения  решения.

Из-за экологических  проблем и возникшего дефицита кремния  начинает активно развиваться производство тонкоплёночных фотоэлементов, в составе  которых содержится всего около 1 % кремния. К тому же тонкоплёночные фотоэлементы дешевле в производстве, но пока имеют меньшую эффективность. (Так, например, в 2005 году компания «Shell» приняла решение сконцентрироваться на производстве тонкоплёночных элементов, и продала свой бизнес по производству кремниевых фотоэлектрических элементов).