АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ПОЛУЧЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ, ИХ ВИДЫ И ТИПЫ - Студенческий научный форум

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ПОЛУЧЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ, ИХ ВИДЫ И ТИПЫ

Алиев И.А. 1
1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Солнечная энергия – энергия без которой немыслима жизнь человечества. Мы привыкли использовать в качестве источников энергии органическое топливо, которого не бесконечное количество, и возможно настанет время, когда человечество полностью перейдет на альтернативные источники энергии. Все большее внимание в преддверии истощения невозобновляемых источников энергии уделяется солнечной энергии, из-за ее преимуществ в применении. К преимуществам относятся возобновляемость данного источника энергии, отсутствие каких-либо вредных выбросов при ее переработке в другие виды энергии. Существует много способов управлять энергией солнца. Использование солнечной энергии нашло применение в разных отраслях. Она используется не только для выработки электричества, но и для теплоснабжения, подогрева воды. Наиболее перспективное направление альтернативные источники энергии приобретают в системах теплоснабжения, вентиляции, а также в обеспечении энергоэффективности зданий и сооружений. Технологией использования солнечной энергии и улавливания тепла является применение солнечных панелей и солнечных коллекторов. Первое используется для улавливания и последующей переработки солнечного излучения в электричество, а второе для получения энергии в виде тепла. На основе применения конструкций улавливания солнечной энергии строятся солнечные электростанции, которые нашли широкое применение в различных областях.

Солнечная электростанция - инженерное сооружение служащее преобразованию солнечной энергии в электрическую энергию.

Принцип работы современных солнечных электростанций основан на сборе сконцентрированной солнечной энергии и отражения солнечных лучей на приемники. Полученная с помощью этого тепловая энергия используется для выработки электроэнергии, которая способствует работе паровой турбины, приводя в действие генератор, и тем самым вырабатывается электрическая энергия. Строятся малые и большие электростанции. Малые способны обсулуживать частные коттеджи, и их внедрение происходит довольно таки не медленными темпами. Большие в свою очередь способны вырабатывать неограниченное количество электроэнергии, и способствуют развитию электроэнергетической отрасли.

Солнечные электростанции(СЭС) Бывают двух видов: фотоэлектрические и термодинамические.

СЭС, которые преобразуют солнечную энергию в электроэнергию называют фотоэлектрическими, а те, что преобразуют ее (солнечную энергию) в тепловую , потом в электрическую называют термодинамическими.

Фотоэлектрические СЭС

Солнечные батареи являются главными элементами фотоэлектрических солнечных станций. Они состоят из пленок на основе кремния или совершенно других полупроводниковых материалов.

Основными преимуществами таких станций являются: надежность, стабильность, практически не ограниченный срок службы, также простота использования. Данный тип конструкции батареи позволяет создавать установки любой мощности. К качестве недостатков можно привести два показателя, и это: низкий КПД и высокая стоимость. И мы не можем отрицать, что солнечные батареи найдут применение в отоплении и электроснабжении жилых домов.

Термодинамические СЭС

В устройстве данных солнечных электростанций используются элементы (теплообменные) с селективным покрытием, которое способствует поглощению до 97% солнечного света, падающего на них. Эти теплообменные элементы в солнечные дни могут нагреваться до 200°C. Таким образом воду превращают в пар паровых котлах. Пар в свою очередь способствуют получению эффективного термодинамического цикла в паровой турбине.

Аэростатная солнечная электростанция как раз была разработана на основе этого эффекта.

Типы солнечных электростанций

Солнечные электростанции подразделяются на несколько типов

СЭС башенного типа

СЭС тарельчатого типа

СЭС, использующие фотобатареи

СЭС, использующие параболоцилиндрические концентраторы

СЭС, использующие двигатель стирлинга

Комбинированные СЭС

Солнечно-вакуумные электростанции.

Рассмотрим подробнее каждый из вышеперечисленных типов электростанций.

Одним из распространенных типов солнечных электростанций является электростанция башенного типа. Такие системы уже возводятся по всему миру, что неудивительно в силу того, что идея подобного проекта витала в умах около трех столетий назад, но сам проект был реализован только в 1965 году.

Основой этого проекта является башня и поле гелиостатов, которое занимает немалую площадь, собственно в центре которого башня и располагается.

В башне располагается резервуар, который поглощает тепло, и соответственно насосная группа, которая направляет перерабатываемый пар на турбогенераторы. Все гелиостаты соединены между собой компьютером, которая и является сердцем системы. Гелиостаты постоянно находятся в движении в зависимости от расположения солнца, чтобы отраженные лучи попадали на резервуар. Подобная конструкция дает возможность получить в резервуаре температуру порядка 700°, и более. КПД такой конструкции достигает 20%, на основе чего можно говорить об эффективности данной конструкции. Важными элементами электростанций башенного типа являются конденсатоотводчики, которые предотвращают проскоки пара, в результате не теряется тепло.

СЭС тарельчатого типа использует такой же принцип получения электроэнергии как у Башенных СЭС, но отличается конструкцией самой станции. Здесь используются отдельные модули, которые состоят из опоры и ферменной конструкции приемника и отражателя. Отражатель представляет собой элемент круглой формы в виде тарелки, отсюда и название солнечной электростанции. Диаметры зеркал достигают 2 м, а количество может варьироваться в различных пределах (до десятков) в зависимости от мощности модуля.

СЭС, использующие фотобатареи. СЭС данного типа имеют широкое применение. Такого рода станции состоят из большого количества фотоэлементов. Расположение фотобатарей возможно практически везде, начиная от фасада, включая крышу. Они используются как для энергоснабжения малых, так и для крупных объектов, таких как коттеджи, здания различного назначения.

Мощность установки может колебаться в различных пределах, что позволяет применять установку как для одного индивидуального дома, так и для небольшого населенного пункта.

СЭС, использующие параболоцилиндрические концентраторы. Принцип работы таких электростанций заключается в нагревании теплоносителя с помощью отражателей. Отраженные лучи горячее в несколько десятков раз чем обычные солнечные лучи, поэтому способны моментально нагревать теплоноситель, чаще всего которым является масло.

Масло же нагревается до температуры в несколько раз большую чем необходимо. И кипящее масло отводится, чтобы нагревать воду, который образует пар, двигающий турбину, вырабатывая электроэнергию.

При строительстве подобных станций, приходится преодолевать несколько проблем. Первая - обычные зеркала не отражают необходимого количества света. Вторая - зеркала должны быть в движении весь день. Солнце как и земля не будет стоять на одном месте. И третья - что же делать со станцией в ночное время? Чтобы отражать необходимое количество света необходимы совершенно другие зеркала, то есть позволяющие отражать порядка 97-98 % света. Для еще большего нагрева они должны быть вогнуты, а труба расположена четко в фокусе зеркала. Также не менее важным является то, что трубки можно покрывать стеклом, что позволит усилить отраженные лучи, направленные на них.

Зеркало должно следовать наклону лучей. Если бы зеркала стояли на одном месте, то работали бы всего лишь пару минут в день. Поэтому электромоторы располагаются в конструкции зеркал, что позволяет им следовать за солнцем.

И третье, в ночное время вся станция работает на других видах топлива, например на газе, которая обеспечивает вращение турбины для выработки электроэнергии.

СЭС, использующие двигатель Стирлинга. В таких СЭС используются параболические концентраторы, в фокусе у которых располагается двигатель стирлинга (тепловая машина, в которой рабочее тело, в виде газа или жидкости, движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания). В такой конструкции преобразовании колебаний поршня в электрическую энергию происходит без использования кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет достичь высокой эффективности выработки энергии. Эффективность такой конструкции достигает 32%. А рабочим телом в них может служит водород или гелий.

Комбинированные СЭС. Само название о говорит о том, что такая электростанция может содержать в себе несколько типов СЭС. На одной территории могут располагаться например электростанции тарельчатого типа, СЭС, использующие парабоцилиндрические концентраторы, и использующие солнечные батареи.

Также стоить отметить, что на таких солнечных электростанциях устанавливаются теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. Говоря об расположении, то например концентраторы и фотобатареи устанавливаются параллельно.

Аэростатные СЭС. Аэростатные солнечные электростанции считаются самыми энергоэффективными, поскольку способны собрать до 97% энергии солнца. Достоинством таких сооружений является то, что они занимают мало места на поверхности, а большой баллон с фотоэллектрическим слоем располагается в воздухе и способен поглощать солнечные лучи практически полностью. Возможность получения солнечной энергии вне зависимости от погодных условий из-за способности подниматься на необходимую высоту подчеркивает еще одну из преимуществ.

Но стоит отметить, что расположение сооружений подобного рода не ограничивается поверхностью земли и воды.

Наиболее крупные реальные проекты, которые работают на основе солнечной энергии:

Система генерации солнечной энергии SEGS – 354 МВт

Расположение: Калифорния, США

Введена в эксплуатацию в 1984г

Система объединяет солнечные станции, расположенные в трех разных местах, которые в сумме производят 354 мегаватт энергии. Всего комплекс объединяет девять солнечных электростанций, которые собирают солнечную энергию с помощью 936 384 зеркал, размещенных на площади более чем 1,600 акров в пустыне Мохаве, Калифорния. Блоки I и II в местечке Daggett выдают 44 мегаватт; блоки III-VII в Kramer Junction — 150мегаватт; блоки VIII-IX в Harper Lake производят 160 МВт.

Солнечная энергетическая станция Ivanpah — 397 МВт

Расположение: Калифорния, США

Ввод в эксплуатацию: 2013г

Состав сооружений станции:

  • Три башни-концентратора, каждая высотой 140 м;

  • Три участка гелиостатов общей площадью 14,2 км2, число гелиостатов на участках - 173500 шт, каждый площадью 15,2 м2.

В 2014 году выработка электричества в месяц изменялась от 24 млн. кВт⋅ч в феврале до 64 млн. кВт⋅ч в июне. Проектная выработка электричества 1,08 млрд. кВт⋅ч в год, КИУМ станции 31%. Стоимость строительства составила 2,2 млрд долларов.

Электростанция Sunlight Farm (солнечная ферма) – 550 МВт

Расположение: Калифорния, США

Ввод в эксплуатацию: 2015г

Занимаемая электростанцией площадь – 16 кв км. В соответствии с проектом станция использует 8,8 миллионов тонкослойных фотоэлектрических модулей из теллурида кадмия. Стоимость возведения проекта – 336 млн долларов .

Солнечная электростанция Topaz – 550 МВт

Расположение: Калифорния, США

Ввод в эксплуатацию: 2014г

Станция занимает 3-е место в списке самых крупных и дорогостоящих проектов солнечной энергетики. После вода в эксплуатацию, он обошелся в 2,5 миллиарда долларов. Улавливает солнечные лучи с помощью 9.0 миллионов тонкопленочных солнечных модулей, которые сделаны из теллурида кадмия.

Солнечная электростанция Star – 579 МВт

Расположение: Калифорния, США

Ввод в к эксплуатацию: конец 2015г

В 2011 году департамент энергетики США выдал заем в размере 646 млн долларов для строительства солнечной электростанции «Star», и строительство несомненно в тот же период началось. Станция способна обеспечить потребности в электричестве 70000 жителей ежегодно.

Комплекс солнечных электростанций штата Гуджарат – 856.81 МВт

Расположение: Гуджарат, Индия

Ввод в эксплуататцию: 2011, 2012г

Комплекс солнечных электростанций в штате Гуджарат (Gujarat) – это объединение из 46 солнечных парков, раскиданных по Индии, и самая мощная из них — «Солнечный парк» в Чаранке (Charanka) в серверной части Gujarat.

Таким образом солнечные электростанции являются перспективными разработками, строительство которых только расширяется со временем. Говоря о перспективах таких конструкций, мы прежде всего рассматриваем это с экологической и экономической точки зрения.

Список используемой литературы

  1. Солнечные электростанции башенного типа. Особенности и конструкции. [Электронный документъ] URL: http://zeleneet.com/solnechnye-elektrostancii-bashennogo-tipa-konstrukciya-i-osobennosti/14209/

  2. Аэростатные солнечные солнечные элетростанции. [Электронный документ] URL: http://greenevolution.ru/enc/wiki/aerostatnye-solnechnye-elektrostancii/

  3. Солнечная энергетика. Солнечнеы Электростанции. Принцип работы современных солнечных элетростанций. Первые опыты использования солнечной энергии. Башенные и модульные электростанции. [Электронный документ] URL: http://www.gigavat.com/ses.php

  4. Солнечные тепловые электростанции. [Элетронный документ] URL: http://solarsoul.net/solnechnye-teplovye-elektrostancii

  5. "Солнечная энергетика" Умаров Г. Я., Ершов А. А.

Просмотров работы: 2417