Гелиоэнергетика

 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему:  
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Гелиоэнергетика

  Гелиоэнергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

  Потенциальные возможности гелиоэнергетики

  Для оценки возможностей солнечной энергетики округленно считают, что плотность потока солнечной  радиации вне атмосферы Земли  равна 1,4 кВт/м², а на уровне океана на экваторе в полдень 1 кВт/м².

  Общая мощность солнечной радиации, перехватываемая  нашей планетой, составляет 1,7×1014 кВт. Мощность солнечной радиации колоссальная, примерно в 500 раз превышает предельные и вряд ли достижимые потребности человеческой цивилизации, которые по оценке Римского клуба, могут составить 3×1011 кВт. Если оценить всю солнечную энергию, которую наша планета получает за один год, то она составит 10¹⁸кВт×ч, что примерно в 10 раз больше энергии всех разведанных и неразведанных ископаемых топлив, включая и расщепляющиеся вещества. Из общего количества поступающей на Землю солнечной радиации около 30% немедленно отражается в космос в виде коротковолнового излучения, 47% адсорбируется атмосферой, поверхностью планеты (сушей и океаном) и превращается в тепло, которое большей частью рассеивается в космос в виде инфракрасного излучения, другие 23% вовлекаются в процессы испарения, конвекцию, осадки и кругооборот воды в природе. Небольшая часть энергии Солнца, около 0,2%, идет на образование потоков в океане и атмосфере, включая океанские волны. И только 0,02% солнечной радиации захватывается хлорофиллом зеленых растений и поддерживает жизнь на нашей планете. Малая доля от этих 0,02% обеспечила миллионы лет назад накопление на Земле запасов ископаемого топлива. 

  Способы получения электричества  и тепла из солнечного излучения:

• Производство электроэнергии с помощью фотоэлементов и концентрационных станций.

  Фотоэлемент - полупроводниковый прибор, вырабатывающий электрический ток путем его солнечного облучения. Основанная на фотоэлементах технология позволяет преобразовать энергию Солнца в электроэнергию. Основанные на фотоэлементах источники энергии обладают очень широкой сферой применения: от калькуляторов до космических станций.

  В концентрационных солнечных электростанциях используется система зеркал для перенаправления и концентрации солнечной энергии. Это позволяет нагреть воду. Аналогично традиционным ТЭС, пары нагретой воды вращают турбину генератора, в результате вырабатывается электроэнергия.

• Использование пассивной солнечной энергетики, для освещения и обогрева помещений, нагрева воды.

  За счет использования  пассивной энергетики повышается эффективность отопления и освещения помещений. Пассивное солнечное отопление осуществляется посредством окон и световых колодцев, пассивные системы для нагрева воды включают солнечный коллектор (прямоугольная коробка с прозрачной верхней стенкой направленной на солнце) и теплоизолированную емкость для нагретой воды.

• Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин:
• паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;

          Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу. 

• двигатель Стирлинга и т. д.

          Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

• 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).
• Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор).
• Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара 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.

 

  Преимущества  и недостатки:

   
Преимущества: 

  

• Общедоступная. Солнечная энергия доступна в  каждой точке нашей планеты, различаясь по плотности потока излучения не более чем в два раза. Поэтому солнечная энергетика привлекательна для всех стран, отвечая их интересам в плане энергетической независимости.
• Солнечная энергия – это практически неисчерпаемый источник энергии, который будет доступен и через миллионы лет.
• Энергия, получаемая от солнечных систем, экологически чистая. Активное использование гелиосистем приведёт к уменьшению концентрации вредоносных компонентов в атмосфере

 

  Недостатки: 

  

• Зависимость времени  суток. В ночное время гелиоэнергии нет.
• Высокая стоимость конструкции.
• Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли.
• Нагрев атмосферы над электростанцией.

 

  Перспективы гелиоэнергетики:

  Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия  сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно. 

  Гелиоэнергетика в мире: 

  В США работают девять электростанций, построенных в Калифорнийской пустыне, вырабатывая 354 мегаватт энергии. Ряд проектов по солнечной энергии запускается и в Европе. Лидером является Германия с десятью работающими солнечными электростанциями. 
 
На юге Испании располагается Platforma Solar de Almeria – компания, занимающаяся исследованиями и тестированием в области технологий солнечной энергии. Главная используемая концепция при возведении подобных сооружений – «центральная башня» – зеркала, называемые гелиостатами, автоматически захватывают наибольшее количество солнечной энергии и концентрируют излучение на центральном ресивере, расположенном на вершине башни. 
 
Первая в Европе коммерческая солнечная электростанция, фокусирующая солнечные лучи, был открыта в Севилье, Испания, в марте 2007 года. Станция получила название Planta Solar 10. 624 больших гелиостата фокусируют солнечные лучи на едином солнечном ресивере высотой 115 метров. При максимальной температуре в 250 градусов Цельсия солнечный ресивер подает воду в поток, который, который, в свою очередь, снабжает энергией турбину. Турбина обладает пиковой мощностью в 11 МВт, что означает выработку 23 миллионов киловатт-часов электричества в год. Этого достаточно для снабжения 6 000 жилых домов и экономии 18 000 тонн угля в год. Вторая башня, Planta Solar 20, пока находится на стадии постройки и будет обладать пиковой мощностью в 20 МВт. 

  Наиболее эффективно в странах ЕС солнечные установки  эксплуатируются в Греции, Португалии, Испании, Франции: выработка солнечными энергоустановками составляет соответственно 870 000, 290 000, 255 200, 174 000 МВт\ч в год.

     Наиболее  большей суммарной площадью установленных  солнечных коллекторов располагают:  США – 10 млн.кв.м, Япония – 8 млн кв.м, Израиль – 1,7 млн. кв.м, Австралия – 1,2 млн. кв.м.

   

  В настоящее  время 1 кв.м солнечного коллектора экономит в год:

• электроэнергии  - 1070-1426 кВт\ч;
• условного топлива – 0,14-0,19 т;
• природного газа – 110-145 нкуб.м;
• угля – 0,18-0,24 т;
• древесного топлива – 0,95-1,26 т.

  В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии.

  В 2010 году 2 % электроэнергии Германии было получено из фотоэлектрических установок.

  В 2011 году около 3 % электроэнергии Италии было получено из фотоэлектрических установок.

  Первая в  России солнечная электростанция мощностью 100 кВт была запущена в сентябре 2010 года в Белгородской области.

  Австрийская компания завершила строительство и начала ввод в эксплуатацию солнечной электростанции «Омао Солар» мощностью 20 мегаватт в Крыму, Сакский район. 

  Гелиоэнергетика в Беларуси:

  В условиях нашей  страны 80% энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости  отапливать жильё, кроме того, солнечных  дней в году недостаточно, чтобы  использование солнечных батарей  стало экономически целесообразно.

  В Республике Беларусь целесообразны 3 варианта использования солнечной энергии: пассивное использование солнечной энергии методом строительства домов «солнечной архитектуры». Расчёты показывают, что количества энергии, падающее на южную сторону крыши домов площадью 100 кв. м. на широте Минска, вполне хватает даже на отопление зимой. Размеры дешёвого гравийного теплового аккумулятора под домом вполне приемлемы. Однако в настоящее время полностью игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси, построенное с использованием этого принципа – немецкий Международный Образовательный Центр; использование солнечной энергии для целей горячего водоснабжения и отопления с помощью солнечных коллекторов; использование солнечной энергии для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок.

  Если проектирование зданий проводить с учётом  энергетического  потенциала климата местности и  условий для саморегулирования  теплового режима зданий, то расход энергии на теплоснабжение можно  сократить на 20-60%. Так, строительство  на принципах «солнечной архитектуры» может снизить годовое теплопотребление до 70-80 кВт\кв. м.

  В настоящее  время финансируется создание отечественной  установки на фотоэлементах. Одна солнечная  электростанция установлена в Беловежской  пуще и отапливает два дома, ещё  несколько установлены в чернобыльской  зоне.

  Солнечные коллекторы рекомендуется устанавливать в  коттеджах, загородных домах. Они экономичнее  традиционных угольных котлов.

  Создано опытное  производство систем горячего водоснабжения, базирующихся на использовании солнечной  энергии. Эти устройства включают в  себя солнечные коллекторы и теплонакопители. Оптимальный для местного климата вариант – система с четырьмя коллекторами – позволяет обеспечить потребности в горячем водоснабжении семьи из 4-5 человек. Зимой установку можно интегрировать со стандартной системой отопления.

  В Республике Беларусь организовано производство гелиосистем  для нагрева воды. Они представляют собой лёгкие, компактные конструкции, собираемые по модульному принципу. В  зависимости от конкретных условий  можно получить установку любой  производительности. Основой гелиосистем  является плёночно-трубочный адсорбирующий  коллектор. Теплообменники, входящие в  состав систем, изготавливаются из специальных материалов, исключающих  коррозию при замерзании. Гелиоустановки могут подсоединяться к централизованной системе отопления или работать автономно с заправкой бака-накопителя требуемой ёмкости.

  Однако в  целом в ближайшее время на значительное увеличение доли солнечной  энергетики в Беларуси рассчитывать не приходится. Но специалисты убеждены, что к 2060 году доля энергии Солнца превысит 50%.