Как обустроить мансарду?



Как создать искусственный водоем?



Как наладить теплоизоляцию?



Как сделать стяжку пола?



Как выбрать теплый пол?



Зачем нужны фасадные системы?



Что может получиться из балкона?


Главная страница » Энциклопедия строителя

содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33]

страница - 1

в весенне-летний период (с 21.03 до 22.09) поступление солнечной энергии на вертикальную поверхность в районе северного полюса максимальное, и с продвижением на юг оно уменьшается и на экваторе достигает • Минимального значения -- нуля — для поверхностей южной ориентации. В^то же время в период с 22.09 до 21.03 поток солнечной радиации на вертикальную поверхность у северного полюса равен нулю, для поверхностей с восточной или западной ориентацией он максимален на экваторе и уменьшается прн удалении от экватора, а зависимость поступления солнечной радиации на южные вертикальные поверхности от широты местности более сломшая.

Потенциал солнечной энергии можно охарактеризовать среднегодовым значением прихода солнечной радиации на 1 горизонтальной поверхности. Годовое поступление солнечной энергии на территории стран СЭВ характеризуется следующими данными (в кВт-ч/м^): СССР — от 800 (68= с.ш.) до 2000 (39° с.ш.); ГДР. ЧСФР и Польша — 9.50—1050; Венгрия — 1200; МНР — 1750; Куба — 1900; Болгария — 2000.

Годовой поток солнечного излучения на территории СССР изменяется в широких пределах. Так, на 1 м^ горизонтальной поверхности на северных островах и северо-восточной оконечности Сибири за год поступает всего 550—830 кВт-ч, на большей части европейской территории и Сибири — 830—1100 кВт-ч, в южных районах Украины, Молдавии, Поволжья, Сибири и Дальнего Востока — 1100—1380 кВт-ч, в Закавказье и Средней Азии - 1400—1600 кВт-ч, в пустынных районах Туркмении — 2000 кВт-ч и более.

Годовое число часов солнечного сияния равно: в Туркмении — 3100, Узбекистане и Таджикистане — 2815— 2880, Казахстане и Киргизии — 2575—2695, Армении. Грузии и Азербайджане — 2125—2520, Украине и Молдавии — 2005—2080.

Условия для использования солнечной энергии в СССР наиболее благоприятны в республиках Средней Азии, Казахстане, Нижнем Поволжье, Северном Кавказе и республиках Закавказья, на юге Украины и Сибири, в Молдавии. В Средней Азии продолжительность светового дня в июне достигает 16 ч, в декабре — 8—10 ч. Здесь в году 300 солнечных дней, продолжительность солнечного сияния 2500—3100 ч в год, а летом — 320—

400 ч в месяц. В районах, благоприятных для использования солнечной энергии, проживает около 130 млн. человек, в том числе более 60 млн. в сельской местности.

В центральной части СССР за летнее полугодие, когда теплопотребление минимально, на Землю поступагт У около 2/з всего годового количества солнечной энергии, а в июле приход солнечной энергии в 5—10 раз больше, чем в декабре.

В табл. П1 приведены данные по дневным потокам суммарной и рассеянной (диффузной) солнечной энергии, поступающим на горизонтальную поверхность в течение года в наиболее крупных городах Советского Союза. Там же указаны среднемесячные значения температуры наружного воздуха в этих городах. Эти данные не- обходимы для выполнения расчетов солнечных установок.

К солнечной энергии добавляются другие возобновляемые источники энергии, среди которых наибольшим 1 потенциалом для практического использования обладает энергия ветра и биомассы. Потенциальные ресурсы ветровой энергии в СССР составляют 8 • 10^ кВт-ч/год, а технически реализуемая мощность — 2-10" кВт. В СССР разработаны ветроэнергетические установки (ВЭУ) мощностью 30 и 100 кВт. За рубежом, например, в США, ФРГ, Швеции, Дании и др., эксплуатируется большое количество больших и малых ВЭУ. В США в 1986 г. сум.марная мощность 30 тыс. ВЭУ составляла 1500 МВт, в том числе 7 ВЭУ имели мощность 25— 72 МВт, а себестоимость электроэнергии от ВЭУ состав» ляет 0,03—0,06 долл/(кВт-ч).

Годовая продукция фотосинтеза, в результате которого образуется биомасса, составляет 57-10^ кг углерода, при это.м накопленная энергия биомассы в десятки раз превосходит годовую потребность человечества в энергии.

2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОТУ, РАБОТУ И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

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, в


технологических процессах, протекающих при низкцх. средних и высоких температурах. Qnn используются для получения горячей воды, опреснения морской или минерализованной воды, для сушки материалов и сельскохозяйственных продуктов и т. п. Благодаря солнечной энергии осуществляется процесс фотосинтеза и рост растений, происходят различные фотохимические процесы.

Известны методы термодинамического преобразования солнечной энергии в электрическую, основанные ча использовании циклов тепловых двигателей, термоэлектрического и термоэмиссионного процессов, а также прямые методы фотоэлектрического, фотогальванического и фотоэмиссионного преобразований. Наибольшее практическое применение получили фотоэлектрические преобразователи и системы термодинамического преобразования с применением тепловых двигателей.

Рассмотрим физическую сущность процессов преобразования солнечной энергии в теплоту и работу, а также состояние работ по производству электрической энергии, поскольку это наиболее полно характеризует современный уровень развития гелиотехники.

Преобразование солнечной энергии в механическую осуществляется в две стадии. Первая стадия включает фототермическое преобразование, в результате которого солнечная энергия, поглощаемая в коллекторе, нагревает теплоноситель или рабочее тело. Этот нагрев молсет происходить непосредственно в солнечном коллекторе—приемнике солнечного излучения ■— или в теплообменнике. При этом помимо нагрева как такового для таких рабочих тел, как водяной пар и пары органических веществ (фреонов), происходит также процесс образования и перегрева пара. Вторая стадия осуществляется в теп.товом двигателе, в котором тепловая энергия рабочего тела преобразуется в работу. В цикле теплового двигателя рабочее тело (водяной пар нли пары фреонов, воздух и т. п.) получает теплоту Qi от источника теплоты, в результате чего оно расширяется и выполняет работу, отдает теплоту Q2 окружающей среде и при этом сжимается с затратой работы. Полезная работа цикла равна разно-- сти количеств подведенной и отведенной теплоты L—Q1—Q2, а эффективность преобразования теплоты в работу характеризуется термическим КПД цикла r]i = L/Qi = l—Q2,Qi.

Наиболее эффективно преобразование теплоты в работу происходит в цикле Карно, состоящем из идеальных процессов с подводом теплоты при постоянной температуре Г, и отводе теплоты при постоянной температуре Тг и имеющем КПД ^tK=i—Tz/T,. Для повышения этого КПД необходимо увеличивать Т, и уменьшать Тг. В данном диапазоне максимальной (Т,) и минимальной (Т2) температур эффективность цикла реальных тепловых двигателей — паровых и газовых турбин, паровой машины, двигателей внутреннего сгорания и др. — значительно ниже термического КПД цикла Карно, но она также повышается при увеличении средней температуры подвода теплоты и уменьшении средней температуры отвода теплоты. Максимальные величины термического КПД при типичных значени-

ях параметров рабочего тела составляют 0,48 для паросиловых

установок и 0,36 для двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок, что в 1,5—-2,5 раза ниже, чем в цикле Карно.

Солнечная энергия преобразуется в электрическую на солнечных электростанциях (СЭС), имеющих оборудование, предназначенное для улавливания солнечной энергии и ее последовательного преобразования в теплоту и электроэнергию. Для эффективной работы СЭС требуется аккумулятор теплоты и система автоматического управления.

Улавливание и преобразование солнечной энергии в теплоту осуществляется с помощью оптической системы отражателей и приемника сконцентрированной солнечной энергии, используемой для получения водяного пара нли нагрева газообразного или жидкометаллнческого теплоносителя (рабочего тела).

Для размещения солнечных электростанций лучше всего подходят засушливые и пустынные зоны. Районы, в которых годовое количество осадков не превышает 250 мм, занимают около Vs части всей суши Земли. На поверхность самых больших пустынь мира общей площадью 20 млн. км^ (площадь Сахары 7 млн. км^) за год. поступает около 5-10"^ кВт-ч солнечной энергии. При эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, равной Ю %, достаточно использовать всего 1 % территории пустынных зон для размещения СЭС, чтобы обеспечить современный мировой уровень энергопотребления.

В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: СЭС башенного типа и СЭС-распределеиного (модульного) типа. Идея, лежащая в основе работы СЭС башенного типа (рис. 4), была высказана более 350 лет назад, однако строительство СЭС этого типа началось только в 1965 г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в США, Западной Европе, СССР и в других странах.

В 1985 г. в п. Щелкино Крымской области была введена в эксплуатацию первая в СССР солнечная электростанция СЭС-5 электрической мощностью 5 МВт; 1600 гелиостатов (плоских зеркал) площадью 25,5 м^ каждый, имеющих коэффициент отражения 0,71, концентрируют солнечную энергию на центральный приемник в виде открытого ци.уиндра, установленного на башне высотой 89 м и служащего парогенератором. Строительство


СЭС-5 обошлось в 30 млн. руб., а удельная -стоимость установленной мощности равна б тыс. руб/кВт.

Выполнены технико-экономические расчеты и проектные проработки блочных СЭС общей мощностью 200 и 320 МВт, включающих четыре блока по 50 п 80 МВт. Удельные капиталовложения составят 1500 руб/кВт.

В США израильской фирмой «Луз» в 1988 г. были Построены семь и продолжалось строительство еще шести СЭС мощностью 30 МВт и стоимостью 104 млн. долл. каждая, а в 1992 г. предусмотрен ввод в действие крупной СЭС мощностью 350 МВт.

width=79width=78

Рис. 4. Схема солнечной электростанции башенного типа:

/ — гелиостаты; 2 — ценТ ральный приемник иэлуче-вия;3 — оборудсваиие

станции

Для покрытия потребностей в электроэнергии всей Западной Европы достаточно построить в Испании серию СЭС на площади, занимающей 1,8 % ее территории. При этом ими будут заменены атомные электростанции.

В Каракалпакии предусмотрено строительство комбинированной солнечно-топливной электростанции общей электрической мощностью 300 МВт. Мощность сол- вечного блока 100 МВт, требуемая площадь 200 га, высота башен 300 м. Расчетная годовая экономия топлива составляет 80 тыс. т условного топлива.

• В СЭС распределенного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых вклю-\ 4ает параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт.

При небольшой мощности более экономичны СЭС модульного типа. В то же время башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250 м. В СЭС мо-. дульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью

концентрации около 100, а в башенных СЭС используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Во втором случае система слежения за Солнцем значительно слолшее, так как при этом требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ.

В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550 °С, воздух и другие газы — до 1000°С, низкокипящие орга-

, нические жидкости (в том числе фреоны) —до 100 ^С, жидкометаллическне теплоносители — до 800С.

В ряде стран разрабатываются гелиоэнергетические установки с использованием так называемых солнечных прудов. На озере Солтон Си (Калифорния, США) площадью 932 км^ предусмотрено сооружение СЭС с мощностью модуля 5 МВт, с дальнейшим развитием до 50 МВт и доведением общей мощности СЭС до 600 МВт, при этом будет использоваться 15 % всей площади озера. В 1987 г. в Израиле построена СЭС мощностью 5 МВт с площадью солнечного пруда 0,25 км-, в дальнейшем намечено построить две СЭС по 20 МВт (площадь пруда 1 км^) и СЭС 50 МВт (площадь 4 км*), а затем на Мертвом море (площадь 500 км^) будет создано несколько СЭС мощностью по 50 МВт и до 2000 г. предусмотрено ввести в строй серию СЭС по 50—100 МВт

общей мощностью 2000—3000 МВт.

СЭС на базе солнечных прудов: значительно дешевле СЭС других типов, так как они не требуют зеркальных отражателей со сложной системой ориентации, однако нк можно сооружать только в районах с жарким климатом. Стоимость производства 1 кВт-ч электроэнергии составляет 0,1 долл., что в 4,5 раза дешевле, чем на СЭС башенного типа.

Главными недостатками башенных СЭС являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения СЭС мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт —всего 50 га. В соответствии с прогнозом в будущем СЭС займут площадь 13 млн. км^ на суше и 18 млн. км^ в океане.

Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей -L устройств, состоящих из тонких пле-




содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33]

© ЗАО "ЛэндМэн"