Солнечная энергетика

Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах. Солнечные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах.

Эффективно использовать солнечные батареи небольшой мощности (от единиц до сотен ватт) для питания различных маломощных установок (радиоаппаратуры, освещения и др.) удаленных от электрических сетей общего назначения. С учетом непостоянства интенсивности солнечной радиации и ее суточной цикличности целесообразно использование солнечных батарей совместно с другими энергетическими установками (ветроустановки, мотор-генераторы, микро-ГЭС). Наибольшее распространение получили два типа энергетических установок с использованием солнечной энергии:

· Термоаккумулирующие установки

Применение относительно дешевых, технологически несложных солнечных установок по аккумуляции тепла может обеспечить потребность населения в тепловой энергии для приготовления пищи, сушки, нагрева различных жидкостей, опреснения воды.

Системы термоаккумулляции (Рис.6)вне зависимости от сферы использования, состоят из следующих основных элементов:

1. Уловитель солнечной радиации.

2. Преобразователь солнечного излучения в тепловую энергию передаваемую теплоносителю.

3. Система переноса теплоносителя от преобразователя к аккумулятору или рабочему телу.

4. Теплоаккумулятор.

5. Теплообменник - если в этом есть необходимость.

Рис 6. Принципиальная схема простейшей солнечной водонагревательной установки.

На основе теплоаккумулирующих солнечных установок могут быть созданы устройства, позволяющие получать механическую энергию для привода насосов, компрессоров, электрических генераторов и т.п. Одним из направлений солнечной теплоэнергетики является получение холода с помощью абсорбционных холодильных установок.

Применение относительно дешевых, технологически несложных солнечных установок по аккумуляции тепла может обеспечить потребность сельских жителей в тепловой энергии для приготовления пищи, сушки, нагрева различных жидкостей, опреснения воды, получения холода и т.д. Установки такого типа используются во многих странах. Энергия необходимая для приготовления пищи в количестве 300 Втч/кг, легко аккумулируются в этой печи в течении часа. Для быстрого приготовления еды и получения высокой температуры используется простая параболическая печь с диаметром 1,5 м и краевым углом 30°, что обеспечивает мощность 0,5-1,0 кВт. Подобные установки во многих случаях могут решить проблему теплоснабжения, не расходуя на эти цели углеводородное топливо и электроэнергию. Фотоэлектрические установки.

Наиболее распространенными установками солнечных электрических генераторов являются системы с применением полупроводниковых, как правило, кремниевых, фотоэлектрических батарей. По некоторым расчетам, количество солнечной энергии, достигающей поверхности земли каждые 72 часа эквивалентно всей энергии сосредоточенной в мировых запасах угля, нефти и природного газа. Двадцать лет назад, киловатт-час электричества, полученный за счет использования энергии Солнца, стоил $2.50. В настоящий момент его стоимость снизилась до 8- 23 центов. Электроэнергия от таких станций может, помимо использования в качестве сетевого источника, аккумулироваться с помощью гидроаккумуляции или за счет получения водорода с помощью электролиза. Водород можно использовать в бытовых нуждах, как моторное топливо, как технологическое топливо и сырье для получения чистых химических материалов, а также продаваться на сторону.

Рис7.. Мобильная фотоэлектрическая станция мощностью 400 вТ

В горах республики РСО-Алания имеются солнечные долины, в которых бывает до 300 солнечных дней в году. Если учесть, что современные солнечные энергетические установки могут обеспечить мощность до 150 Вт с кв. метра, то в таких долинах на северных склонах гор можно построить солнечные фотоэлектрические или термоэлектрические станции, которые в дневное время будет вырабатывать электрическую энергию для питания электрических насосов для закачивания воды в напорный бассейн. В ночное время насосы в режиме электрического генератора будут использовать накопленную воду для обеспечения ночного максимума нагрузки. В качестве примера можно привести ряд установок разработанных в СКГМИ (РСО-А, г. Владикавказ), например мощностью 400 вТ. (Рис.7). Эти разработки охватывают весь возможный спектр использования: от маломощных, переносимых одним человеком, до мощных, стационарных электростанций для электроснабжения жилого дома. мощностью от 20 Вт до 2000 Вт. Работа всех фотоэлектрических установок полностью автоматизирована. Опытные образцы установок эксплуатируются в различных отраслях. Так, две электростанции типа ПСЭ-40 эксплуатируются в отряде быстрого реагирования МЧС России (г. Жуковский) и дважды побывали на Северном полюсе. Мобильные электростанции эксплуатируются на экологических постах и постах ГАИ в РСО-А и в Кабардино-Балкарии. Срок службы всех электростанций не менее 10 лет.

Основой получения фотоэлектричества является кремний. Полупроводниковый кремний, получаемый из поликристаллического кремния, является базовым материалом для электроники и электротехнической промышленности. В России отсутствует собственная промышленная база по производству поли - кристаллического кремния. Представляется целесообразным организация в РСОА предприятия комплексного производства изделий фотоэлектричества, включая производство пластин монокристаллического кремния, солнечных элементов и солнечных батарей объемом до 50 МВт в год. По прогнозам, к 2030 году 1,8 тысячи гигаватт будут вырабатываться фотоэлектрическими системами, которые будут установлены по всему миру. Выработка этих систем составит 2,6 тысячи TWh (миллиард киловатт-часов) в год, что составит 14% от глобальной потребности в электроэнергии. Этого, по оценкам специалистов, будет достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией 1,3 миллиарда человек в технологически развитых районах и более 3 миллиардов человек в отдаленных сельских районах.
"Использование энергии солнца может к 2030 помочь предотвратить выброс 1,6 миллиарда тонн углекислого газа, что эквивалентно выбросам с 450 электростанций, работающих на угле. Борьба с изменением климата требует революции в области промышленности, а использование энергии солнца - основная часть этой революции. ", - отметил эксперт по энергии организации Гринпис Свен Теске. (http://www.energosovet.ru)

Возможности ветроэнергетики человечеству известны давно. Это, в первую очередь, машины прямого преобразования энергии ветра в механическую энергию (ветряные мельницы и водяные насосы). Несмотря на широкое распространение электрических ветрогенераторов в мире, для северных стран, в том числе и для России, интересными являются тепловые ветроустановки с прямым преобразованием энергии ветра в тепловую энергию, используемую для обогрева помещений, а также в виде тепловых насосов, которые могут использоваться для получения холода. К сожалению в РСОА для строительства ветроэлектростанции мощностью до 3-5 мВт пригодна только долина Чми, где среднегодовая скорость ветра составляет более 5 м/сек. В остальных местах могут найти применение установки мощностью до нескольких кВт для локальных потребителей.

В связи с ростом цен на ископаемое углеводородное топливо большой интерес представляет использование биотоплива, получаемое из биомассы. Выращивание быстрорастущих растений - сахарного тростника, кенафа, подсолнечника, рапса, сорго, маниоки, сине-зеленых водорослей; переработка биомассы с помощью солнечной энергии; биофотолиз воды для производства водорода; биоконверсия органических материалов в метан; пиролиз и химическое восстановление органических материалов с получением твердых, жидких и газообразных топлив - это технологии, с помощью которых можно получить экологически чистое топливо. Привлечение потенциала биотоплива на основе спирта и рапсового масла к энергетическому балансу республики может стать одним из способов энергообеспечения транспорта и сельскохозяйственного производства. Урожайность рапса составляет в среднем 30 центнеров с га и из него можно получить 1,5 тонны топлива (биодизель). Перспективными для коммерческого использования в ближайшие годы можно считать следующие технологии:

· промышленные древесно и мусоросжигающие котлы мощностью 0.1-5 МВт для установки в гослесхозах и на деревообрабатывающих комбинатах;

· соломосжигающие фермерские котлы и котлы для малых теплосетей мощностью 0.1-1 МВт;

· биогазовые установки для крупных ферм КРС, свиноферм, птицефабрик и предприятий пищевой промышленности;

· установки добычи и использования биогаза с полигонов ТБО в мини-электростанциях мощностью 0.5-5 МВт.

· получение жидкого топлива из целлюлозы (метанол) и дизельного топлива на основе рапсового масла.

Биогазовые установки также могут способствовать повышению энергообеспечению села. Их широкое внедрение возможно на овцефермах, фермах крупного рогатого скота (КРС), птицефабриках и предприятиях пищевой промышленности. Использование биогаза с полигонов ТБО является наиболее прибыльным на промышленных предприятиях, расположенных неподалеку от самих полигонов. Рентабельным его использованием является производство электроэнергии мини-электростанциями или мини-ТЭЦ на базе газовых двигателей внутреннего сгорания

В последнее время водород все чаще рассматривается как энергоноситель наступившего века, а водородной энергетике предвосхищают место классической углеводородной энергетике основанной на ископаемых топливах таких как: уголь, природный газ, нефть и продуктах их переработки. Внешне очень привлекательная, экологически безопасная схема получения энергии в результате окисления водорода кислородом воздуха с получением отходов в виде воды и незначительных количеств оксидов азота требует решения ряда сложных технологических задач: получение водорода, его хранение, транспорт и эффективное использование, как энергоносителя. Важным преимуществом водорода является безопасность для окружающей среды. При сжигании водорода образуется вода, не выделяются: угарный газ, диоксид углерода, дающий тепличный эффект, сернистый газ с его кислотными дождями, зола и смолы. Водородная энергетика- это энергетика будущего, а если она будет основана на солнечной энергии, то снизится и тепловое загрязнение. Водород может использоваться в различных преобразователях энергии от двигателей внутреннего сгорания для получения механической энергии до электрохимических генераторов тока - топливных элементов для получения электрической энергии. Основным препятствием для широкомасштабного использования водорода как топлива является отсутствие дешевых методов получения его товарных количеств.

Дата добавления: 2015-10-24